[发明专利]一种新的光伏系统直流电弧故障及类型的辨识方法

说明书

一种光伏系统直流电弧故障及类型的辨识方法，涉及电气工程领域，尤其涉及一种新的光伏系统直流电弧故障多判据辨识方法及其实验方法；其方法采用图形、时域和频域三判据算法，其技术方案为：在光伏系统汇流箱输入端安装电压、电流传感器和红外摄像仪器，实时采集电压、电流数据，并通过运算得出功率；分别连续采用图像处理的故障检测算法、多路复用对比算法、时域分段快速傅里叶分析算法，检测出光伏系统是否发生直流故障电弧并辨识其故障类型；最终根据不同的故障类型发出不同的报警信号。本发明的有益效果在于：判断精度高、通用性强，尤其适用于中小规模光伏发电系统；多路复用算法成本低、易扩展、范围广、效果好。

技术领域

本发明涉及电气工程领域，尤其涉及一种光伏系统直流电弧故障及类型的辨识方法。

背景技术

社会经济的不断发展，能源消耗量日益增长，环境恶化加剧引起了人们的重视，这方面中国选择了风能、光伏等可再生清洁能源。到2040年中国的太阳能装机容量有望达到738GW，这也预示着中国的光伏产业将持续处于蓬勃发展的状态，越来越多的小型住宅式或是大容量商业性光伏系统得到发展，同时也暴露出了光伏系统直流电弧这一严重的问题。早期光伏系统电气火灾事故可追溯到上世纪九十年代，在瑞典Mont Soleil光伏电站和一家农房屋顶的光伏板发生了火灾。特别是自2006年以来，光伏火灾事故越来越多。由于阳光持续照射而使回路中的电弧不断吸收能量，如果不及时熄灭电弧，将会导致电弧燃烧演变为线路火灾，持续的火焰高温将严重损毁光伏组件、汇流箱和电线等。

按光伏系统中故障电弧发生位置的不同可以分为串联故障电弧和并联故障电弧。并联型故障电弧通常由于线路绝缘皮破损导致线路短接造成的，而串联型故障电弧主要由光伏板内部硅芯片之间、接线盒内以及连接线间等的接触不良造成的。且现场试验结果表明，发生直流故障电弧时相当于在电路中引入电弧电阻，支路电流反而降低，现场熔丝和断路器不能起到保护作用。又因为断路器前端发生的并联电弧故障不会因为断开断路器而熄灭，需要人工参与。因此，找到一种能够快速、准确地辨识出直流电弧故障信号及其故障类型的方法成了避免严重光伏系统故障的可行路径之一。

目前工程上缺少成熟的光伏系统直流电弧故障及类型检测产品，学术界多用电流或电压的时域数据进行一定的处理或是电流的频域分析等电学参数对系统状态进行判断，或是通过紫外、红外等光谱进行判断。但是现有的电流、电压的时域分析受环境的影响较大，准确性有待验证。红外、紫外光谱等检测对检测环境要求很高，而且设备的安装位置固定，可监控区域较小，难以满足室外大型光伏系统的应用场合，且现有的方法无法区分直流电弧故障类型，难以辅助进行针对性保护方案的制订。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的判断精度高、通用性强的光伏系统直流电弧故障及类型的检测算法。本发明针对现有辨识方法的不足，在此提出一种光伏系统直流电弧故障及类型的辨识方法。

本发明的技术方案为：

一种新的光伏系统直流电弧故障及类型辨识方法，具体包括以下步骤：

S01：在光伏系统汇流箱输入端安装电压、电流传感器和红外摄像仪器，实时采集电压、电流数据，并通过运算得出功率；

S02：基于图像处理的故障检测算法，得出图像判据的结论，即根据图像处理器性能设置固定时间间隔对红外图像进行处理，判断是否发生直流故障电弧并确定故障电弧类型；

S03：根据发生直流故障电弧的支路电流、时域特征，采用多路复用对比算法，得出时域判据的结论；

S04：针对信号异常支路采用时域分段快速傅里叶分析算法，得出频域判据的结论，即该信号异常支路是否发生直流故障电弧；

S05：根据不同的故障类型发出不同的报警信号。

所述的判断是否发生直流故障电弧并确定故障电弧类型的方法，是根据串联直流电弧及并联直流电弧高温部分分布方式的不同，通过对红外图像进行识别处理并判断。