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。     

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%。     

组串式光伏系统直流串联电弧故障检测与保护策略

直流串联电弧是引发光伏系统火灾事故的主要原因之一。针对直流电弧状态和故障问题,提出一种基于逆变器实现的组串式光伏系统直流串联电弧故障检测与保护方法。依据电弧故障的高频特性,以组串输入端滤波电容支路电流为量测获取串联电弧故障信号,基于样本熵和标准差建立串联电弧检测算法并构建2级保护判据及重投方案,保证故障处理的可靠性和灵敏性,并满足逆变器对高频信号低采样率的制约。根据光伏并网逆变器的工作原理和结构组成,提出实现电弧保护的逆变器硬件改造方案。搭建光伏系统电弧故障实验平台并开展实验研究。提出的方法能够实现可靠的检测与保护,在多种情况下验证了所提方法的有效性。     

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。     

基于小波能谱熵的串联型故障电弧检测方法

低压线路中的串联故障电弧检测多以提取电流信号的故障特征为主,实际中,电流故障特征难以与非线性负载的负荷电流特征进行区分。相比之下,通过识别负载端故障电压特征更易建立统一故障判据。本文通过建立电弧分段仿真模型分析了电弧电阻对负载端电压故障特征的影响,从选择最优小波分解层数与小波基函数出发,提出了一种利用小波能谱熵的电弧故障检测方法,该方法利用故障电弧电压对负载端电压造成的畸变进行故障检测,利用小波能谱熵克服了故障特征频带难以确定的问题。实测及对比实验表明,该方法可有效识别各类负载线路的串联电弧故障,其检测准确率达98%以上。     

光伏系统直流串联电弧故障检测研究

搭建了光伏系统电弧故障实验平台,采集系统运行时的电流作为电弧检测的依据,利用时频域分析相结合的方法对电弧故障进行检测.分析发现系统正常运行和发生电弧故障时的电流信号在时域上的平均值变化特征明显,而在频域上利用小波对电弧电流及正常电流做5层分解,利用d5频段能量可有效对正常、阴影遮挡及故障运行状态进行区分.最后,采用将时...     

基于信息熵的自适应窗长光伏系统直流串联电弧故障识别研究

采用对电流参数最终归一化的时域分析和基于信息熵自适应选取窗长的频域分析相结合的方法,研究了光伏发电系统直流串联电弧故障的识别问题。通过设计自适应窗函数,获得直流侧电流归一化的时域信息和基于信息熵自适应选取窗长的频域信息。根据串联电弧故障状态和正常工作状态下的特征差异,提出了用时频域信息结合以提高识别灵敏度的方法,经实验验证,该方法能可靠地识别各种状态下的串联电弧故障,不受阴影遮挡等条件的影响,可在保障光伏发电系统安全运行中发挥积极作用。     

基于电流频谱积分差值的光伏系统电弧故障检测和定位

光伏系统中的直流电弧故障由于具有负阻性而难以检测,严重危害系统的安全运行。该文提出利用并联电容电流的频谱积分差值检测光伏系统中直流电弧故障的方法,搭建了离网光伏实验平台,在光伏系统中各支路并联电容,利用霍尔电流传感器检测电容电流。同时研究了系统中不同位置发生串联或并联电弧故障时,电容电流的幅值、脉冲极性和频谱特性,并与对地短路故障和开关操作时的电容电流特性进行对比。对故障发生前后0.5 ms时间内的电流频谱进行积分,并计算频谱积分差值。研究结果表明:发生对地短路故障以及开关操作时,电容电流幅值远大于发生电弧故障时的幅值;电弧故障的频谱积分差值在1.1×104～2.5×104A·Hz范围内,能够作为直流电弧故障检测判据;电容电流首个脉冲的极性反映故障与电容并联支路的相对位置,可实现电弧故障定位。     

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。     

光伏系统直流故障电弧时频域特性及其复合模型研究

故障电弧严重威胁着光伏系统的安全稳定运行,研究其物理特性及保护装置具有重要的意义.文中为了探究光伏系统内直流故障电弧的时频域特性,构建更适合系统级仿真的电弧模型,以MATLAB软件作为仿真平台,分别研究了3种不同类型的电弧模型.通过对仿真所得的故障电弧电流信号进行时频分析,得到了不同电弧模型的时频特征,并与实验波形及其...     

阻性负载下低压故障电弧特性分析

通过搭建串联电弧检测试验平台,在不同功率的阻性负载下,采集正常和发生串联故障电弧状态下的线路电流,并分析了电流的时域特征和频域特征,包括零休时间、电流上升率、平均值、有效值以及各奇次、偶次谐波因数等。分析结果表明,选择2~6次谐波因数及其变化率作为串联故障电弧的判据较为合理。     

串联故障电弧电流时频域特性的仿真与实验研究

为了分析和研究低压交流串联故障电弧电流的特性，文中首先搭建了故障电弧模拟实验平台，广泛研究不同负载情况下的电弧电流波形。然后，基于Mayr电弧模型，选取适当参数对故障电弧进行仿真分析。在此基础上，对比分析电弧电流信号仿真结果和实验结果的时频域特性，验证了仿真模型的正确性和可行性。频域特性的分析结合傅里叶变换和小波变换进行，还利用带通滤波器检测了小波分析的准确性。最后，总结出故障电弧电流信号的时频域特点，以此提出了一种低压交流串联故障电弧的检测方法，并对其进行了仿真验证。研究成果对低压供配电系统中串联故障电弧的检测工作具有积极意义。     

串联故障电弧检测方法的研究

提出了一种基于小波包能量熵的故障电弧检测方法,该方首先计算电流信号的小波包能量熵对故障电弧电流信号的能量分布进行定量描述,然后,提取故障电弧电流与正常工作电流的能量熵比值,并将其作为故障发生的判据。结果表明,该方法能有效提取串联故障电弧电流的时频特征,为串联故障电弧的诊断和检测提供了一种新途径。     

基于小波包变换和高阶累积量的电弧故障识别方法

当低压配电系统接入混合负载或在支路中出现电弧故障时,电弧故障识别难度大幅提升。针对此类电弧故障,提出一种基于小波包变换与高阶累积量相结合的电弧故障识别方法。首先采集不同负载、支路电弧故障下的电压、电流数据,建立电弧故障波形数据库;然后利用小波包变换对电弧电流信号进行分析,通过对多种试验数据进行分析,确定了通用电弧特征频带,对电弧电流波形进行重构作为电弧特征信号;通过分析故障电弧特征信号的4阶累积量值,提出了一种能够在时域中识别电弧故障的判据。该判据可以准确、快速地识别单一负载、混合负载以及支路电弧等情况下的电弧故障,且能够较为准确地检测电弧故障发生的时刻,为复杂电弧故障识别及起弧时刻的研究提供参考。     

基于电压特征能量的低压交流串联电弧故障检测方法

串联电弧故障电流波形受负荷类型影响较大,利用电流特征构建通用故障判据难度较大。为识别故障点电弧电压,提出了一种基于电压特征能量的串联电弧故障检测方法。首先,通过分析故障点电弧电压及监测点故障电压特征规律,对故障信息的特征频带选择进行了论证。然后,以不同负荷下的电弧电压波形特征归类为依据,提出了基于电压特征频带全域能量幅值和敏感相位域能量相位信息的故障检测方法。最后,利用全域总能量幅值和敏感域能量相位映射统计比实现了综合故障检测策略的构建。试验结果表明,所提方法在不同线路参数和测试负荷下的故障检测准确率超过了98%且无误检发生,验证了其有效性。     

新能源汽车电弧故障检测方法及测试系统设计

通过调查发现,由电弧故障引发的新能源汽车起火事故呈逐年增多趋势,我国品牌众多的新能源客车尤为严重。为了选择和优化区分故障电弧的特征参量,识别汽车电弧故障,首先介绍了直流故障电弧产生机理、特性和类型,分析了时域、频域和时频域3种直流电弧故障检测方法。其次,搭建了模拟实验测试系统,获取不同负载下的正常电弧和故障电弧回路信号。然后,建立时频域Cassie电弧仿真模型,利用5层小波包分解技术,重构和提取电弧故障发生前后的电流信号,使用能量比值作为特征参量。研究结果表明,在检测周期内大于阈值的特征量区分度明显,能有效识别直流电弧故障。     

基于电流-温度动态映射的新能源直流汇集送出系统串联电弧故障检测

新能源直流汇集送出系统中,汇集支路上的串联电弧故障受电弧自身特性及换流器控制策略约束,无明显电气量特征,传统保护难以动作。为此,该文提出了一种基于电流-温度动态映射关系的直流串联电弧故障检测方法。解析了串联电弧故障的热特性,建立了故障前后线路电流与电缆表皮温度的映射关系曲线,判断故障映射相比正常映射的偏移程度来检测故障。所提判据能够根据新能源出力自适应调整检测阈值,可靠判别串联电弧故障的同时提升检测速度,为串联电弧检测提供新的可选思路。     

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。     

光伏系统直流故障电弧识别方法研究

故障电弧已成为引起光伏产品发生火灾的最常见原因,研究光伏系统中直流故障电弧特性及检测方法对保障光伏系统运行的安全性和可靠性有重要意义。本文设计了光伏系统直流故障电弧测试系统,在光伏电池板不同的工作点下,采集不同电极间隙,不同位置处发生电弧时的电弧电压、电流信号,在研究电弧特性基础上,提取有利于故障电弧模式识别的电流信号的时频特征,通过BP神经网络进行故障电弧的检测。理论分析和实验结果表明了该方法的可行性和有效性。     

基于自适应特征频段的光伏故障电弧检测装置

针对直流故障电弧由于其强烈的随机性而难以检测的问题,提出了一种光伏系统直流电弧检测算法。首先用快速傅里叶变换(FFT)提取信号的频域特征,然后采用幅度熵自适应的方法选取特征频段。但特征频段的频谱分辨率较低,频率泄露严重,因此采用CZT来提高特征频段的频谱分辨率,最后利用极限学习机(ELM)神经网络进行故障电弧识别。并且基于该算法,此处设计了一种基于STM32嵌入式平台的光伏系统直流电弧检测装置,该装置不仅能够在实验室场景下实现故障电弧的检测,还能够在具体的光伏现场中实现高精准度的识别,具有重要的现实意义。