[发明专利]一种直流故障电弧检测方法及系统

说明书

本发明涉及一种直流故障电弧检测方法及系统，该方法包括：对光伏电池输出的直流电压按设定采样频率进行采集，得到输出电压数据；对所述输出电压数据进行时域处理，获得每一个检测周期内的电压平均值U_avg、电压方差σ、最大的峰值差U_m；与上一个检测周期相比较，在所述电压平均值的差值△U_avg大于第一阈值时，如果所述电压方差的差值△σ大于第二阈值或所述最大峰值差的差值△U_m大于第三阈值，则对所述输出电压数据进行频域处理，计算每个频段的谐波能量和，并构成谐波能量和的特征向量空间；利用预先训练的BP神经网络和特征向量空间，确定是否有电弧产生。本发明解决现有直流故障电弧检测不准确、误判率高的问题，提高光伏发电系统的安全性。

技术领域

本发明涉及一种电弧检测技术领域，尤其涉及一种直流故障电弧检测方法及系统。

背景技术

电弧是一种气体放电现象，电气的热插拔和触头开关的通断都可能产生电弧，但这类电弧一般不会引起电气故障，电弧按电流分为直流电弧和交流电弧，电弧放电现象常蕴含巨大的能量，对周围设备和工作人员的安全构成威胁。

近年来，随着光伏发电系统的广泛应用，尤其是光伏电池板在建筑物屋顶和外墙的大规模应用，且大多数光伏阵列的安装，利用的都是长串的高电压直流电源，这增加了与电弧有关的安全问题。由于故障电弧对光伏电池输出特性的影响较小，传统的过压过流断路器和热断路器对预防系统故障电弧的发生无能为力，而光伏发电系统一旦发生故障电弧，这些电弧可使装置带电，导致支架系统也带电，可能会使接触装置的任何人触电，威胁工作人员的生命安全，另外，持续的直流电弧将产生高温，进而引发火灾，若不采取及时有效的防护措施，将导致电气设备损坏，或大范围财产损坏。近年来欧美等地陆续发生多起由故障电弧引发的火灾，给人们的生命财产带来不同程度损失。2011年美国电工法规(NEC)规定光伏发电系统应配备检测故障电弧的检测装置与断路器，检测和隔离引发设备损坏和火灾隐患的直流故障电弧成了必须解决的问题。

目前此类电弧检测方法大致分为两种：一是依据电弧发生时电压、电流等波形的变化判定电弧故障。但光伏发电系统中的直流电弧因为与交流电弧的性质有很大不同，首先直流电弧是一种随机不平稳信号，没有交流电流周期性的“平肩”部特征，此种基于波形的检测方法虽然简单但适用性低。二是通过检测电弧发生时电流时域或者频域的变化特征判定电弧产生。此类方法检测对象是电流，适用性广，光伏电源的伏安特性决定逆变器在正常工作时发生电弧，电流时域特征不明显，且易受其他因素干扰，误判率高。同时，仅对电流频域特征的检测方法由于判据单一也存在误判率高的缺点。

发明内容

本发明提供一种直流故障电弧检测方法及系统，解决现有光伏发电系统产生直流故障电弧检测不准确、易受干扰、误判率高的问题，提高光伏发电系统的安全性。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种直流故障电弧检测方法，包括：

对光伏电池输出的直流电压按设定采样频率进行采集，得到输出电压数据；

对所述输出电压数据进行时域处理，获得每一个检测周期内的电压平均值U_avg、电压方差σ、最大的峰值差U_m；

与上一个检测周期相比较，计算得到电压平均值的差值△U_avg、电压方差的差值△σ、最大峰值差的差值△U_m；

在所述电压平均值的差值△U_avg大于第一阈值时，如果所述电压方差的差值△σ大于第二阈值或所述最大峰值差的差值△U_m大于第三阈值，则对所述输出电压数据进行频域处理，计算每个频段的谐波能量和，并构成谐波能量和的特征向量空间；

利用预先训练的BP神经网络和所述特征向量空间，确定是否有电弧产生