[发明专利]一种用于光伏发电系统的直流电弧检测及保护方法和电路

说明书

技术领域

本技术方案涉及一种电弧故障检测及保护方法及电路，属于电子技术领域，尤其涉及光伏发电系统。

背景技术

全球能源危机和气候变暖等使得光伏、燃料电池等新型绿色可再生能源得到越来越广泛的应用。在光伏发电系统中，由于实际安装或光伏组件的质量问题，使得光伏组件或光伏侧直流电缆容易发生电气火灾。发生火灾的主要原因主要是由于电弧放电故障所引起的。由于原有的光伏保护组件不能有效的判断电弧放电，无法对电弧放电进行检测和故障保护，因此极易造成光伏发电系统及相关设施的财产损失。因此，如何实现对光伏发电系统中电弧放电故障进行有效的检测并实现及时的保护，是本技术领域亟需解决的问题。

发明内容

本技术方案针对现有技术的不足，提供一种直流电弧故障检测及保护方法及电路，尤其适用于光伏发电系统。

本技术方案采用以下技术方案：

一种用于光伏发电系统的直流电弧故障检测及保护方法，步骤包括：

1）先对光伏发电系统主功率回路的检测光伏组件和并网变电器之间的电流信号进行采样；

2）然后把该采样得到电流信号转换成采样电压信号；该采样电压信号同时进行步骤3-a）和3-b）的处理：

3-a）所述采样电压信号的采样电压值与预先设定的电压阀值进行比较；若采样电压超过电压阀值，则认为已经发生了电弧故障，并向光伏发电系统的系统保护执行模块给出电弧故障发生信号（即硬件保护）；

3-b）对采样电压信号的采样电压进行采样并进行相关分析，用以判断该采样电压是否达到预先设定的电压阀值或条件，若采样电压超过该电压阀值或满足设定条件，则认为已经发生了电弧故障，对光伏发电系统进行软件保护，同时向系统保护执行模块给出电弧故障发生信号（即软件保护）；

4）所述系统保护执行模块接收电压阀值比较模块或CPU模块发出的电弧故障发生信号，作为保护执行机构的控制指令，控制串联在主功率回路中的开关器件，从而实现对整个光伏发电系统的保护。

一种实现上述方法的电路，包括电流检测采集模块、信号放大模块、滤波器模块、电压阀值比较模块、CPU模块和系统保护执行模块；

电流检测采集模块与光伏发电系统主功率回路相连，电流检测采集模块的输出端连于信号放大模块的输入端，信号放大模块的输出端与滤波器模块的输入端相连，滤波器模块的输出端分别与电压阀值比较模块的输入端和CPU模块的输入端相连，电压阀值比较模块的输出端和CPU模块的输出端分别与系统保护执行模块的输入端相连。

所述电流检测采集模块为电流采样电路，该电路包括通过串入光伏电池回路中的采样电感L₁₀₁、电容C₁₀₁和电容C₁₀₂组成的高通滤波器；所述电容C₁₀₁的一极和电容C₁₀₂的一极分别接在采样电感L₁₀₁两端；电容C₁₀₁的另一极和电容C₁₀₂的另一极分别作为电流采样电路的输出差分信号的两个输出端；

所述信号放大模块为电压放大电路，该电路为由运算放大器构成的电压差分放大电路；运算放大器的两个输入端分别对应连接电流采样电路的输出差分信号的两个输出端；运算放大器的输出端作为电压放大电路的输出端；

所述电压阀值比较模块具体为电压比较器；

所述CPU模块由数字控制芯片及其外围电路构成。

所述滤波器模块为低通、高通、带通或带阻类型的滤波电路，将信号放大电路的输出信号中期望频带的信号滤取出来，分别传递给电压阀值比较模块和CPU模块。

是所述电压比较器为迟滞电压比较器。

本技术方案原理说明如下：

所述电弧故障检测及保护方法的实现电路包括电流检测与采集模块、信号放大模块、滤波器模块、电压阀值比较模块、CPU模块和系统保护执行模块等。其中，电流检测模块与系统主功率回路相连，其输出连于电流采样放大模块的输入，采样放大模块的输出与滤波器模块的输入相连，滤波器模块的输出分别与电压阀值比较模块的输入、CPU模块的输入相连，电压阀值比较模块和CPU模块的输出与系统保护执行模块的输入相连；