基于多特征融合的光伏系统串联直流电弧故障识别方法

针对目前光伏系统中存在的串联直流电弧故障特征量少、识别定位困难等问题,提出一种基于多特征融合的光伏系统串联直流电弧故障识别方法。首先搭建实验平台,采集正常和串联直流电弧故障下的电流信号并利用小波变换进行降噪;其次,对降噪后信号提取时域上的电流均值变化率和电流周期最值差特征量,并提取频域上的各频带能量及能量比,利用集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition, EEMD）得到各阶信号本征模态函数（intrinsic mode function,IMF）,计算各阶IMF故障信号与正常信号余弦相似度,并提取相似度较低电弧的IMF能量熵特征;然后,以时域、频域、能量熵特征构成多维特征向量,构建故障电弧特征空间,通过实验确定故障空间边界参数,得到特征判据,根据多维特征判据实现直流电弧故障检测;最后,通过实验分析验证所提方法的准确性。     

光伏系统直流电弧故障特征及检测方法研究

该文主要针对光伏系统直流侧常见且危害较大的串联电弧故障问题展开研究。首先,搭建了光伏系统电弧故障实验平台,并利用该平台采集了正常状态及电弧故障状态下工作电流的数据,建立了试验数据库。随后,利用快速傅里叶变换对故障电弧的频率成分进行分析,确定了故障电弧的特征频带,并利用该特征频带选定了适用于串联电弧故障检测的最优小波函数。通过分析故障电弧信号最大值及小波细节系数d1的方差、模极大值,提出了3种能有效检测出电弧故障状态的时频域判据,并发现不同负载电流、不同电压及不同功率对这3种故障判据并无影响,最后提出一种基于时域与频域的电弧故障混合判据,该判据较单一判据具有更高的可靠性,为光伏系统直流电弧检测奠定了理论基础。     

基于平稳小波变换的光伏直流串联电弧故障检测

光伏系统直流串联电弧故障具有随机性和隐蔽性的特点,且容易受到外部环境和光伏系统内部噪声的影响,难以检测。利用小波变换提取的电流时频域特征对电弧故障有很好的辨识度,但面临小波基选取的问题。在采集大量电弧故障数据的基础上,通过小波变换分析和对比实验,提出一种针对常用电弧故障特征指标提取的最优小波基选取方法。通过此方法确定bior4.4小波基为提取电弧故障特征的最优小波基,并由此构建基于bior4.4平稳小波变换的时频域特征。通过对比试验发现,基于bior4.4的时频域特征对电弧故障的辨识度明显提高,且表现出对正常噪声信号的抑制作用。为从多角度反映电弧故障特征,补充时域特征,并与时频域特征结合构成电流特征库,利用随机森林算法实现电弧故障的诊断。电弧故障检测准确率达到98.58%,正常信号的误判率仅为0.76%。     

基于电流相似度与高频能量的串联故障电弧检测方法

故障电弧是引起电气火灾的重要原因,针对非线性负载工况下故障电弧保护算法的误动作和拒动作问题,提出一种基于电流相似度与高频能量的串联故障电弧检测方法。参照标准搭建故障电弧实验平台并进行实验,从时域、频域角度分析电弧电流特征。采用小波函数预处理电流信号,选取电流低、高频特征量。设定故障电弧特征量阈值,以此为基础提出故障电弧识别算法。实验结果表明,该算法能够准确识别多种负载条件下的故障电弧,且未发生误动作和拒动作。     

基于FCM算法的光伏系统电弧故障检测方法研究北大核心CSCD

针对现有光伏系统电弧故障检测中易产生漏判、误判的问题,提出了一种基于FCM(模糊C均值聚类)算法的电弧故障检测方法。通过分析光伏系统电弧故障的时域、频域及电磁辐射特性,选取相邻窗口电流差值的峰峰值、电流频谱10~30 kHz频段的频域总能量与电磁信号的模极大值作为FCM的三维特征量,利用正常情况与故障情况下聚类中心在空间位置上的差异,实现光伏系统电弧故障的识别。仿真分析与试验结果表明,该方法能对光伏系统电弧故障进行准确识别且具有一定的抗干扰能力。     

基于滑动离散傅里叶变换的串联直流电弧故障识别

在直流供电系统中,串联直流电弧故障因难于被检测而成为威胁系统安全运行的最主要因素。针对现有故障电弧识别方法运算较为复杂、实时性相对较差的不足,提出一种基于滑动离散傅里叶变换(DFT)的串联直流电弧故障识别方法。时域与频域分析表明,燃弧起始阶段是直流电弧故障识别的最佳时期,根据该阶段电弧电流的频谱特征确定滑动DFT分析频率点为40 k Hz、80 k Hz和100 k Hz。综合考虑算法分辨率与实时性要求,采用200μs时间窗口对电弧电流进行滑动DFT分析,并用200μs时间窗口进行滑动平均降噪处理。结果表明,发生电弧故障前后滑动DFT频谱在三个特征频率点均有明显变化,验证了滑动DFT算法用于串联直流电弧故障识别的可行性。     

基于电磁辐射时延估计的串联光伏直流电弧故障定位方法

串联直流电弧故障是光伏系统电气火灾的主要诱因,在系统运维中不仅需要识别电弧故障,更需要确定电弧故障的发生位置。针对光伏串联直流电弧故障定位问题,该文提出一种基于电弧电磁辐射信号广义互相关时延估计的故障定位方法。搭建光伏串联直流电弧故障定位试验平台,分析光伏串联直流电弧电磁辐射信号特性,其在电弧产生初期具有明显的脉冲变化特征,且电弧电磁辐射信号强度与电流变化率成正比。通过对比分析,选取性能较为均衡的Vivaldi天线进行电弧电磁辐射信号测量,其带宽为100 MHz～1 GHz。采用4根天线构成的Vivaldi天线阵列进行电弧故障定位,其天线分别位于棱长1 m的正三棱锥顶点。利用最大似然加权算法进行广义互相关时延估计的加权处理,减少信号噪声影响;同时用最小二乘法进行电弧电磁辐射信号互相关频谱峰值拟合,从而减小频谱计算中栅栏效应的影响。试验结果表明,所提方法的定位误差在15%以内,为基于电弧电磁辐射的故障定位策略应用提供了依据。     

光伏系统直流侧故障电弧类型辨识及电路保护

光伏阵列中故障电弧类型分为串联型和并联型,针对不同类型的故障电弧需要采用不同的电路保护策略,研究光伏系统故障电弧特性、检测方法及故障电弧类型辨识方案对保证光伏系统运行的可靠性具有重要意义。为了能准确检测电弧信号,首先采集光伏系统直流母线电流信号,随后通过标准差提取信号时域特征、小波包分析提取信号频域特征,构建特征平面,根据信号在特征平面内的位置进行故障电弧检测;提出后断前检法(断开光伏系统直流母线,在断点前采集光伏阵列电压信号进行故障电弧再检测)进行串并联故障电弧区分。理论分析和实验结果验证了所提方法的可行性和正确性。     

基于改进HHT的直流串联电弧故障检测方法

在直流供电系统中,串联电弧故障因不易熄灭且检测困难而成为导致电气火灾的重要诱因之一。本文通过对电弧故障发生前后电源输出电压的时频域分析,提出了一种基于改进希尔伯特黄变换(HHT)的直流串联电弧故障检测方法。在方法中首先引入互补集合经验模态分解(CEEMD)对HHT进行改进,采用改进HHT提取在不同负载类型下电源输出电压的故障特征,然后计算固有模态函数IMF₁、IMF₂和IMF₃的模糊熵和该频带范围内的谐波能量和,分别作为识别电弧故障发生的时域和频域特征量,最后利用3σ准则(拉依达准则)进行阈值设定。理论分析和实验结果表明,该检测方法可以准确地识别不同工况下的电弧故障,不受负载突变和开关切换的干扰。并且在一个额定功率为10 kW的小型光伏并网系统中进行了串联电弧故障实验,进一步验证了所提检测方法的可行性和适用性。     

基于电弧电流高频分量的串联交流电弧故障检测方法

通过分析典型负载下电弧电流高频分量在时域与频域表现出的不同特征,提出一种串联交流电弧故障检测方法。该方法利用电弧电流变化率与其有效值的比值以及6~12k Hz频段电流幅值这2个特征参量进行串联交流电弧故障识别;并利用负载启动电流持续时间远远小于电弧电流持续时间的特点,设定电弧故障检测时间阈值,降低负载启动过程对串联交流电弧故障检测的影响。试验结果表明,所提方法能够实现串联交流电弧故障的快速检测,对硬件要求相对较低,简便易行。     

Identification technique of DC series arc‐fault strings in photovoltaic systems

The DC series arc‐faults lead a risk due to an aging of photovoltaic system components enhanced by environmental factors and high DC voltages in already existing photovoltaic systems. Until recently, many research activities have focused on the detection of DC series arc‐faults by current signature analysis. However, DC arc detector has two problems. First, it is difficult to distinguish arc noise and switching noise of power conditioner by circuit current in photovoltaic system. Secondly, when a DC series arc fault occurs in the photovoltaic system, DC series arc‐fault string cannot be specified because the arc noise is propagated in the circuit. In this article, we propose two novel techniques for the DC series arc‐fault detection and identification of faulty strings. Experiments were performed by generating DC series arc in the field. The proposed technique is investigated based on the experimental results in the terms of effectiveness and applicability.     

融合 CEEMDAN 分解与敏感 IMF 精选的 串联电弧故障检测

针对串联电弧故障检测困难,以及基于分解策略的检测方法难以捕获敏感判别分量的问题,提出一种融合自适应噪声的完备经验模态分解(CEEMDAN)和敏感本征模态函数(IMF)精选的串联电弧故障检测方法。本方法采用CEEMDAN算法对故障电弧电流进行完备分解;并定义了电弧电流的12个特征指标,以敏感性较强的峭度指标和能量特征作为判定依据,从而实现了IMF分量的频段划分;在此基础上,提出了基于时间窗的特征计算方法,通过获取各高频IMF分量的时间维度局部特征,并通过比较方差、均方根值等特征指标实现敏感IMF分量的准确选取。最后,针对电流特征集,采用主成分分析实现二次降维,并基于支持向量机(SVM)实现串联电弧故障检测。实验证明了所提方法的可行性和电弧故障检测的有效性。     

基于非对称卷积神经网络的电弧故障检测系统

串联电弧故障是引发电气火灾的重要原因,对其有效检测能确保线路的正常运行和电气设备的可靠工作。 根据低压串 联电弧故障的检测难点,提出了基于非对称卷积神经网络的识别模型,用于适应性地提取串联电弧故障信息。 针对串联电弧故 障种类多、信息隐蔽等问题,首先利用格拉姆角差场时域数据处理方法,将负载模拟的时域信号经过极坐标变换、三角变换后映 射到二维矩阵中,以增加故障数据点的空间占有率和数据关联信息。 之后,为了不增加时间开销,同时改善模型的识别效能,使 用自适应非对称卷积、多通道离散注意力机制改进残差神经网络,作为低压线路中的串联电弧故障模型。 最后,利用容器封装 已训练好的故障识别模型,实现故障信息的快速分析。 验证表明,所提方法对串联电弧故障的识别率达到 99. 95%,具有良好的 识别效果。     

基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法

针对现有直流线路差动保护速动性不足、双端数据需要严格同步的问题,以三端混合高压直流输电系统为对象,在S域上对不同故障情况下的功率特性进行数学解析,发现利用S域功率差特征可以有效识别区内外故障,并实现故障区域的准确定位;在此基础上,构造了一种时域故障特征量——卷积功率,实现对S域功率特征的有效提取;进而提出了一种基于时域卷积功率差的多端混合高压直流线路快速纵联保护方法。基于PSCAD/EMTDC的仿真验证表明,该方案能在4 ms/10 kHz的时间窗内正确识别区内故障和故障区域,并具有故障选极的特性,无需双端数据严格同步,且具有较高的可靠性、灵敏性及抗干扰能力。     

基于泰勒级数和离散傅里叶变换的综合自适应相量算法

针对传统相量算法在动态过程中难以同时满足精度和速度要求的问题,提出一种基于泰勒级数和离散傅里叶变换(DFT)的综合自适应相量算法。该算法对稳态和动态情况,分别设计了时域算法和频域算法两种计算模式,并通过反推校验实现二者间的自适应切换。具体地,时域算法利用两相邻数据窗进行DFT分析,并根据特定精度要求进行简化,以此计算频率和相量;频域算法对电力信号模型进行泰勒级数展开,并通过一个数据窗的基波和各谐波含量计算相量、频率和频率变化率。仿真分析和实验测试结果均表明,在稳态和动态情况下所述算法的量测精度和响应性能均优于传统算法及相应的商用同步相量测量装置,满足实际应用要求。     

光伏电站直流汇流电缆选型

光伏电站组件布置面积大,直流侧汇流级数多,直流汇流电缆数量庞大,造价占比较高,光伏电站建成后直流汇流电缆损耗所造成的电站效益损失大,故在直流侧汇流电缆截面选择时,应注重经济截面的选择.目前相关规范、规程或设计手册上的经济电流密度曲线均适用于交流电缆,不适应光伏电站直流侧汇流电缆经济截面的选择.结合光伏发电的特点,提出了基于GB 50217附录B的光伏电站直流汇流电缆经济电流密度的计算方法.在此基础上,结合现有规范,给出了直流汇流电缆的综合选型方法.     

光伏、火电打捆经串补送出系统的次同步振荡研究

光伏、火电捆绑经过含串补的交流系统送出是一种合理可行的并网方案。本文基于加入了并网光伏的IEEE次同步振荡第一标准模型,利用复转矩系数法和时域仿真法分析了并网光伏对系统次同步振荡特性的影响。根据相位补偿原理,考虑发电机转速偏差信号的传输延迟,分别设计了基于多通道结构的有功和无功型附加阻尼控制器以及混合型附加阻尼控制器;论证了配置附加阻尼控制器并未对并网光伏的稳定出力产生影响。这种在光伏逆变器上配置附加阻尼控制器的思路可以作为抑制火电机组次同步振荡的备用方案。分析了并网光伏容量、附加阻尼控制器类型对次同步振荡抑制效果的影响,频域和时域仿真结果表明并网光伏容量越大,对次同步振荡的抑制效果越好;相比单一的附加阻尼控制器,混合型附加阻尼控制器对次同步振荡的抑制效果更好。     

串联电弧故障信号的时频特征分析

针对串联电弧故障,依据美国UL 1699标准搭建了串联电弧试验平台。在此基础上,结合不同负载,对串联电弧的电流信号进行时域和频域特征分析。提出了一种基于短时傅里叶变换的串联电弧分析方法,得到电弧电流信号奇次、偶次谐波时的—频二维图像。试验结果表明,该方法能有效提取串联电弧故障电流的时频特征,实现故障的实时检测。