[发明专利]光伏系统直流故障电弧检测方法

说明书

本发明提供了光伏系统直流故障电弧检测方法，通过采样光伏系统正常情况下直流母线电流信号，通过db4小波5分解得到近似系数a5和细节系数d5、d4、d3、d2、d1，再分别对这些小波系数进行奇异值分解(SVD)，通过奇异值差分谱得到逆变器噪声大小，去除之后对剩余的奇异值进行重构，得到降噪后的小波系数，然后利用这些系数进行小波重构得到降噪后的正常电流；之后，采集光伏系统直流母线电流信号，通过db4小波5分解得到近似系数a5′和细节系数d5′、d4′、d3′、d2′、d1′，再分别对这些小波系数进行奇异值分解(SVD)，参照正常电流中逆变器噪声在奇异值谱中的位置进行去除，然后对剩余的奇异值进行重构，得到降噪后的小波系数，然后利用这些系数进行小波重构得到降噪后的母线电流，通过阈值法计算该母线电流和降噪的正常电流的差值，将阈值选定为0.01，当满足3次及以上电流差值大于该阈值时，判定电弧发生。

技术领域：

本发明属于光伏并网故障检测领域，特别涉及光伏系统直流故障电弧检测方法。

背景技术：

近二十多年来，光伏发电因其清洁可再生性得到了快速发展。但随着设备的老化以及外力因素，光伏系统中的直流电弧故障问题越来越严重。大型的光伏电站直流端输出电压可达上千伏，当线缆或连接设备间出现缝隙，在高压下产生强电场发射，在强电场作用下，从阴极表面逸出的电子加速向阳极运动，发生碰撞游离，导致间隙中带电质点急剧增加，温度骤然升高，此时间隙被击穿，形成电弧。电弧稳定燃烧能够产生上千度的高温，若不能及时检测到，可能会导致严重的火灾事故。据统计，40％以上的光伏电站火灾是因为直流电弧。为此，美国电工法NEC(National Electrical Code)第690.11号文件规定光伏系统中直流电压大于80V必须配备故障电弧检测装置和断路器。

电弧常见的检测方法分为两大类：一种是利用电弧放电时的弧光、发热、噪声以及电磁辐射等特性进行检测，主要适用于开关柜，在大型的光伏系统中并不适用；另一种是对故障电弧信号的时域、频域特征进行分析。时域主要是利用电弧发生前后电压电流的变化进行检测；频域上，根据电弧发生前后信号高频处的谐波含量的差别进行检测。

然而，随着电弧检测研究的不断深入，我们发现在某些工况下，在特定电压电流时，电弧电流信号的时频域特征较弱，上述常见的时频域检测方法有时就会区分不了故障电弧和正常状态，发生漏判，无法实现故障电弧的准确识别。

发明内容

本发明提供了光伏系统直流弱电弧检测方法，目的在于解决在光伏系统中发生微弱电弧故障时准确检测到故障电弧的问题。

光伏阵列故障电弧检测方法，包括如下步骤：

(1)采集非电弧时光伏阵列直流母线处电流信号i(t)，t＝1，2，L，1024，采样频率为500kHz；

(2)对电流信号i(t)进行小波变换，利用db4小波作5层分解，得到不同频段的近似系数a5和细节系数d5、d4、d3、d2、d1；

(3)对近似系数和细节系数分别作奇异值分解(SVD)，得到各自的奇异值谱P＝{σ_k，k＝1，2，L，q}，q＝512，如图3所示；

(4)利用b_k＝σ_k-σ_k+1，k＝1，2，L，q-1处理小波系数的奇异值谱，b_k构成的序列B＝(b₁，b₂，L，b_q-1)为奇异值的差分谱，如图4所示；

(5)确定每个差分谱b_k＞0.1的个数m，将奇异值谱P中前m个奇异值(σ₁，σ₂，L，σ_m)置零，构成非电弧时的奇异值序列C＝(c₁，c₂，L，c_q)；