[发明专利]一种共模信号干扰条件下的光伏系统故障电弧检测方法

说明书

技术领域

本发明属于光伏电气故障检测技术领域，具体涉及一种基于平衡增益校正以补偿未发生故障电弧事件时的非零差分信号输出、基于差分转换处理任意相邻两光伏串间检测信号消除光伏系统检测信号所包含的共模信号成分，以及基于平衡增益的当前设定值判断光伏系统运行状态，实现光伏系统能够定位切除故障光伏模块以稳定输出最大功率的方法。

背景技术

伴随着全球不可再生能源集约型开发和可持续发展的要求，以太阳能为一次能源的光伏发电系统得以在全球范围内的住宅区和工商业领域广泛推广并投入使用。然而自上世纪九十年代起，各地光伏发电系统频发火灾事故，加上当时的光伏发电系统常常分布于建筑屋顶外墙、荒郊野外等缺乏监管的易燃外界环境之下，因而造成了大量的经济损失甚至危及生命安全。通过研究发现，这些火灾几乎均是由故障电弧导致的。光伏系统内一旦出现线路绝缘老化、破损或者电气回路存在连接松动等情况，这些位置处便会产生故障电弧。它不存在交流故障电弧所具有的因相位改变而产生的平肩现象，由其发展而来的持续高温电离气体便会释放高达1000摄氏度以上的热量直至光伏系统不再发电为止，这种高热气体及由其熔化金属导体而喷溅的金属熔融物烧毁光伏系统组件或点燃周围易燃易爆品，最终引起区域面积停电及大面积火灾爆炸事故。因此，各国相继制定光伏系统直流故障电弧检测装置设计及测试标准，用以指导敦促检测故障电弧并及时隔离产生故障电弧器件的直流故障电弧检测装置的研发。

目前，针对光伏系统故障电弧检测，尽管国内外经过长期研究得到了用于检测并切除故障电弧的直流故障电弧检测装置，但对光伏系统内的故障电弧检测共模信号现象防范能力还十分薄弱。例如光伏系统内的串话干扰现象便能够引发这类共模信号产生的现象，即系统一旦发生故障电弧后，相应的故障线路上便会产生故障电弧独有特征的信号，直流故障电弧检测装置通常分析检测信号内的这一信号识别故障电弧的存在。然而，部分故障电弧特征信号在传播过程中会通过线路传导或者电磁感应两条途径不同程度地耦合至其余正常线路，这种共模信号干扰正常线路信号传播的同时还令正常线路具备类似故障电弧的特征，使得直流故障电弧检测装置将正常线路误识别为故障线路，造成集成于光伏模块(微型逆变器使用的是单个光伏模块输出的直流电量，故集成于微型逆变器的直流故障电弧保护装置仍属此类)、集成于光伏串(组串型逆变器使用的是单个光伏串输出的直流电量，故集成于组串型逆变器的直流故障电弧保护装置仍属此类)的直流故障电弧检测装置大规模误动。这便违背了使用大量集成于光伏模块(集成于微型逆变器，后同)、光伏串(集成于组串型逆变器，后同)的直流故障电弧检测装置以增加正常线路工作时间、保证发生故障电弧情况下仍旧输出最大功率的初衷。对于集成于逆变器(专指集中型逆变器，其处理的直流电量是经过汇流箱处理的整个光伏系统输出的直流电量，相较前两者更具整体性)的直流故障电弧检测装置而言，只要存在故障电弧，整个光伏系统便停止工作，因而不存在上述弊端，但共模信号的干扰令正常线路类似于故障电弧的现象显然使得该系统内的直流故障电弧检测装置对故障电弧真正的发生位置难以确定。

故障电弧发生后才会产生串话干扰现象，令正常光伏线路都具有某些相同的故障电弧特征信号，也正是这些共模信号的干扰使得直流故障电弧检测装置误认为其发生故障电弧而误动作。

发明内容

本发明的目的在于解决直流故障电弧保护装置在光伏系统发生故障电弧时受到共模信号的影响而引发误动的问题，提供了一种共模信号干扰条件下的光伏系统故障电弧检测方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

第一步、消除光伏系统故障电弧检测共模信号干扰

光伏系统运行过程中，对光伏系统任意相邻两光伏串同步采样，对采样获得的输出电量信号依次进行平衡增益以及差分转换处理；

第二步、由直流故障电弧检测装置利用差分转换处理得到的差分信号进行故障电弧检测；

第三步、根据故障电弧检测结果，在未发生故障电弧事件时，根据非零差分信号对平衡增益进行校正，校正后的平衡增益未超出设定范围时使光伏系统持续运行，在发生故障电弧时，切除对应光伏串内故障光伏模块，然后使光伏系统继续运行直至平衡增益超出设定范围，校正平衡增益的原则是未发生故障电弧事件的情况下保证输入至直流故障电弧检测装置的信号为零差分信号。

所述共模信号干扰条件下的光伏系统故障电弧检测方法具体包括以下步骤：

1)在光伏系统运行初始阶段，根据光伏系统相邻光伏串电量的输出情况确定平衡增益的初始状态；