一种综合多特征量的光伏系统故障电弧检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光伏电气故障检测技术领域，具体设及一种可变时的综合多个特征 量、依据特征量对故障电弧事件发生的敏感程度构造对应特征量的修正因子、基于线性加 权的思想构造综合辨识特征量，由此实现拓宽光伏系统故障电弧检测阔值设定范围，提升 光伏系统故障电弧检测的快速性和可靠性W保障光伏系统稳定、安全、经济输出运行的光 伏系统故障电弧检测方法。
【背景技术】
[0002] 直流故障电弧检测装置在实际检测工况中，不仅要面对噪声干扰、天气变化等复 杂的外界环境，还要面对逆变器MPPT算法及孤岛检测算法干扰、电力电子装置的运行干扰、 类弧负载的工作干扰等复杂的内部工况。因此，仅应用单一的特征量进行光伏系统故障电 弧检测时，可检测有效工况的局限性引发直流故障电弧检测装置出现拒动现象，运便不符 合直流故障电弧检测装置防范故障电弧持续进行的职能要求;易受干扰的单一特征量也造 成直流故障电弧检测装置不足W区分系统内设备正常工作运行状态、电磁噪声扰动等复杂 多样工况而引发的误动现象，运便不符合直流故障电弧检测装置可靠辨识故障电弧的职能 要求，使得运些正常情况下光伏系统仍旧停运，给光伏发电带来不必要的损失。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于解决直流故障电弧检测装置使用单一特征量检测时，受到有效 检测故障电弧工况有限及该特征量可靠检测抗干扰能力的局限，位于该特征量检测遗漏区 域的特殊工况引发的拒动问题及正常工况下类弧特征对该特征量干扰引发的误动问题，提 供了一种综合多特征量的光伏系统故障电弧检测方法。
[0004] 为达到上述目的，本发明采用了 W下技术方案：
[0005] 实时采集光伏系统故障电弧能引发与正常工况存在差异的检测信号，直流故障电 弧检测装置对所输入的检测信号分时段分析，基于光伏系统故障电弧检测方法形成的多特 征量及所输入的分析时段检测信号获取该时段的多特征值，依据特征量对故障电弧事件检 测的有效性构造修正因子，将所构造的每个修正因子同相应的下一时段特征值线性加权形 成综合特征量，使得各特征量在最终的综合特征量中依据其对故障电弧事件检测有效性决 定其所占比重，用W完成光伏系统故障电弧的综合检测。所述综合特征量能通过变时完成 光伏系统正常态、故障态的变频检测，用W提升光伏系统故障电弧的检测速度。
[0006] 所述光伏系统故障电弧的综合检测具体包括W下步骤：
[0007] 1)光伏系统运行中，按采样频率f对所需的待检测信号进行逐点采样，得到检测信 号X;
[000引2)直流故障电弧检测装置存储模块对输入的检测信号进行分时段存储，检测信号 的分析时段T如目等或不等，j表示分析时段序号，j = l，2'''m，m为大于1的整数，每实时存储 检测信号的一个采样点，便判断已存储的采样点总数是否达到分析时段Ts的要求，若达到， 则判断检测信号采样点数量已足够直流故障电弧检测装置分析模块进行后续分析处理，传 输当前时段检测信号Xj至所述分析模块并按照步骤3)进行当前时段检测信号的后续处理， 直流故障电弧检测装置存储模块则继续实时进行下一时段检测信号XW的存储;若未达到， 则判断检测信号采样点数量还不足W满足所述分析模块进行后续分析处理的要求，返回步 骤1)进行下一采样点的读入存储；
[0009] 3)所述分析模块对输入的当前时段检测信号进行典型值的获取，将当前时段检 测信号带入至多特征量表达式fk，计算得到特征值5^k，k表示选取待计算的特征量序号k = l，2-g，g为大于1的整数，特征值和典型值计算完毕后判断当前时段是否为首个分析时段， 若是，则W使用内存表示最少的特征值为基准，将所得到的全部特征值yj,k归至所述基准 上，进行下一时段典型值与特征值的计算;若不是，则按照已求值将相应特征值归至所述基 准，转至步骤4)进行修正因子的构造；
[0010] 4)直流故障电弧检测装置判断对应典型值之差是否超出设定阔值No,若不 是，则判断两典型值相等，构造半相对修正因子ww,k，牵?至步骤5)进行综合特征量的构造； 若是，则判断两典型值不相等，构造常规修正因子ww,k，转至步骤5)进行综合特征量的构 造；
[0011] 5)直流故障电弧检测装置将计算得到的常规修正因子或半相对修正因子ww,k同 下一时段特征值线性加权，形成综合特征量
，转至步骤6)使用综合特征 量进行光伏系统故障电弧检测；
[0012] 6)直流故障电弧检测装置通过综合特征量进行故障电弧检测，利用计算值与设定 阔值比较判断当前时段内是否发生故障电弧事件，若发生故障电弧事件，则计数变量的十 数，然后转至步骤7);若未发生故障电弧事件，则清零计数变量N，保持分析时段Ts的初始设 定值不变，恢复用W计算修正因子的典型值与特征值yj,k动态变化过程，然后返回步骤3) 进行下一时段检测信号的光伏系统故障电弧~分析；
[0013] 7)判断故障电弧事件是否连续发生:若故障电弧事件连续发生化次，则判定当前 分析时段光伏系统内发生故障电弧，采取相应的保护措施;若故障电弧事件未连续发生化 次，调小或不调整分析时段Ts的设定值，锁存当前时段检测信号计算所得的典型值与特征 值yj,k，j表示首次出现故障电弧事件前一分析时段序号，然后返回步骤3)对下一分析时段 检测信号进行分析。
[0014] 所述检测信号的采样频率f依据所需检测的信号特点而定，取值范围为lOkHz~ 500kHz，检测信号的分析时段Ts依据所选取多特征量的共同有效分析时段而定，取值范围 为2ms~3〇1113，佈为-8~6,8的取值范围为1〇- 3~1〇-15，化的取值范围为3~5。
[0015] 基于W下原则选取检测信号分析时段内的典型值:基于该时段检测信号xj的最值 或位置值获取检测信号在该时段下的典型值最值的获取方式作为优选。
[0016] 特征量表达式fk是输入检测信号解析函数，或者是使用算法数值地计算由检 测信号X所决定的中间值，而后将运些中间值带入至特征量表达式fk中获取特征值，或者是 全程使用算法数值地直接计算得到由检测信号X所决定的特征值。
[0017] 特征量表达式fk必须为多个，其由一种光伏系统故障电弧检测算法生成，或者由 多种光伏系统故障电弧检测算法生成。多种光伏系统故障电弧检测算法的生成方式作为优 选。
[0018] 修正因子依据特征量对故障电弧事件发生的敏感程度构造，所构造的修正因子使 得对故障电弧事件发生检测效果最优的特征量在最终的综合特征量中占据最大比重，具体 地，基于W下原则并行地构造常规修正因子:基于当前时段特征值yj,k与下一时段特征值 yw,k的相对变化同当前时段输入检测信号典型值与下一时段输入检测信号典型值的 相对变化之比的绝对值构造相对修正因子Wj+i,k= I (yj+iA-yj,k) X互j/(互j+i-互j)/yj,k|，或者， 基于当前时段特征值yj,k与下一时段特征值yw,k的绝对变化同当前时g输入检测信号典型 值苗与下一时段输入检测信号典型值的绝对变化之比的绝对值构造绝对修正因子ww,k =I (yw,k-化k)/(互互J) I，前后分析时段检测信号所使用的常规修正因子构造原则相同 或不相同。相对修正因子作为优选。
[0019] 在判断当前时段输入检测信号典型值S為下一时段输入检测信号典型值相等 时，此时相应的修正因子按半相对修正因子构造，即基于当前时段特征值yj,k与下一时段特 征值化l,k的相对变化同当前时段输入检测信号典型值^之积的绝对值ww,k= I (化i,k-yj,k) X互j/yj,k| 构造。
[0020] 调小检测信号分析时段Ts所订立的时间间隔后，对每个特征量而言，基于调整前 分析时段Ts与调整后分析时段Ts对当前时段输入检测信号xj分别获取相应特征值yj,k、y '川，基于两者之比获取补偿系数化=y川/V'j,k，j表示首次出现故障电弧事件前一分析时 段序号，通过乘积的形式用于校正相应特征量对检测信号进行高频分析输出的特征值y j，k。
[0021] 所述光伏系统故障电弧检测方法适用于鉴别光伏系统故障电弧种类，即选取的特 征量表达式fk分别用于完成串联、并联光伏系统故障电弧的检测，由此形成的综合特征量 可辨识多种光伏系统故障电弧，并通过较大修正因子ww,k对应的特征量确定当前所发生的 光伏系统故障电弧种类。
[0022] 本发明具有如下有益的技术效果：
[0023] 1)该方法硬件实现简单，仅需在原有的直流故障电弧检测装置中加设修正因子输 出模块、多特征量综合处理模块，用于形成对应特征量的修正因子和多特征量的线性加权 处理，其中，多特征量综合处理模块所需的乘法器与加法器、修正因子输出模块所需的减法 器与除法器批量生产工艺成熟，成本低廉；
[0024] 2)该方法亦可用软件全程实现而不必对现有的直流故障电弧检测装置进行任何 的硬件变更，仅需在直流故障电弧检测装置软件程序中故障电弧检测时间要求范围内增加 故障电弧检测特征量，按照本发明所述的原则构造相应的修正因子，线性加权后综合设定 辨识阔值，编程原理简单，实现成本低廉；
[0025] 3)该方法综合了多个用于光伏系统故障电弧检测的特征量，相应的有效检测工况 亦为所有单个光伏系统故障电弧检测特征量有效检测工况的并集，各个特征量有效检测工 况的综合互补，极大提高了光伏系统在特殊工况下的故障电弧检测防范能力，拓宽了直流 故障电弧检测装置辨识故障电弧的范围，避免了光伏系统在运些故障电弧工况下所引发的 直流故障电弧检测装置拒动问题，由此有效提升了光伏系统故障电弧检测的快速性和可靠 性，避免了运些工况下潜在的故障电弧威胁造成的生命财产损失；
[0026] 4)该方法通过相应特征量修正因子的构造，使得相同检测信号变化的输入下所引 发的变化较大的特征量被进一步放大，所形成的综合特征量检测稳定性得w大幅增加，排 除了因单一特征量抵御外界检测干扰能力有限而造成的正常工况误动问题，使得光伏系统 在运些工况下仍能够不因误动而停运，有效提升了光伏系统故障电弧检测的针对性和可靠 性，大大延长了光伏系统的有效工作时间，增加了经济效益；
[0027] 5)该方法面对不同的输入检测信号典型值选取时，提供了多样化的挟择方法，极 大