一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法

本发明涉及光伏系统的电弧故障检测方法，尤其是一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法。

背景技术：

1、光伏系统在发电过程中，直流侧电弧故障可能会导致系统的损坏和火灾事故，从而影响系统的安全性和可靠性。因此，针对光伏系统直流侧的电弧故障检测方法一直是研究的热点，研究人员提出了许多基于不同特征和方法的电弧故障检测技术。z.wang,s.mcconnell等人基于小波变换进行电弧故障检测，通过分析电流信号在不同尺度上的小波系数，提取电弧故障的特征信息。然而，这种方法对信号的突变敏感，容易受到环境干扰。赵晨时，马琪等人基于多特征融合的方法进行电弧故障检测，通过融合多种特征，如波形因数、希尔伯特-黄变换(hht)的时频域特征等，提高了故障检测的准确性。然而，当光伏系统受到外界干扰时，仍然会出现误报漏报的可能。

2、为了克服上述方法的缺点，本发明提出了一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法。该方法结合了电流信号的有功能量和无功能量的变化，以及能量守恒定律，有效降低了误报的可能性，提高了光伏系统直流侧电弧故障检测的准确性和可靠性。

技术实现思路

1、基于以上技术问题，本发明提出一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法，首先通过数据采集器进行电流数据采集，包含直流信号和交流信号，经过滤波器将直流信号和交流信号分离，然后根据公式计算直流信号的能量和交流信号的能量，最后根据直流信号和交流信号计算的结果与正常工作状态下信号能量相比较。由于光伏系统直流侧产生电弧故障时，并没有外部的能量引入，因此发生电弧故障时的总能量较未发生电弧故障时，不会存在明显变化。在发生电弧故障时，直流信号的能量相比于未发生电弧故障时有所降低，而交流信号能量相比于未发生电弧故障时有所升高，但同时直流信号能量与交流信号能量之和与未发生电弧故障时差别不大，则可判断为发生电弧故障。其余情况下，例如存在外部干扰时，交流信号能量增高，但是直流信号能量和交流信号能量之比正常工作时有明显增大，则认为是外部干扰引入了外部能量，从而不判定为电弧故障。

2、基于上述思路，本发明的实施方式可按以下步骤进行：

3、1.通过数据采集器进行电流数据采集：数据采集器实时监测光伏系统中的电流信号，包括直流信号和交流信号。数据采集器需要具有高精度和高速度的采样性能，以确保数据的准确性和实时性。

4、2.滤波器将直流信号和交流信号分离：将采集到的电流信号输入滤波器，通过低通滤波器和高通滤波器分别提取直流信号和交流信号。滤波器的设计和选择需要考虑到信号的特性和干扰抑制需求，以确保信号的质量。

5、3.根据公式计算直流信号的能量和交流信号的能量：对分离得到的直流信号和交流信号进行能量计算。直流信号能量和交流信号能量具体计算公式如下：

6、直流信号能量：

7、e_dc＝i 2

8、e_dc表示直流信号能量，i为其直流信号均值；该公式即表示将直流信号的均值平方作为直流信号能量值。

9、交流信号能量：

10、

11、e_ac表示交流信号能量，i表示交流信号，n表示交流信号的采样点数，k表示能量比系数，为保证交流信号能量与直流信号能量处于同一数量级此处k取100；该公式即表示取交流信号n个点的平方和均值的k倍作为交流信号能量值。

12、4.与正常工作状态下的信号能量进行比较：在光伏系统正常工作状态下，记录直流信号能量e_dc_base和交流信号能量e_ac_base作为基准值。在系统运行过程中，实时比较当前e_dc和e_ac与基准值e_dc_base和e_ac_base的差异。

13、5.判断电弧故障：如果直流信号能量e_dc相比于正常工作状态下的能量e_dc_base降低，而交流信号能量e_ac相比于正常工作状态下的能量e_ac_base升高，且e_dc、e_ac之和与e_dc_base、e_ac_base之和相差幅值在10以内，最终判断为发生电弧故障。

14、6.区分环境干扰：若只有直流信号能量改变或者只有交流信号能量改变，且直流信号能量和交流信号能量之和与未发生电弧故障时相比有明显变化，即幅值相差超过10，不满足电弧故障的判断条件，则认为是环境干扰造成的结果。

15、通过本发明的上述实施方式，本发明实现了基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测。该方法不仅提高了故障检测的准确性和可靠性，而且可以有效区分电弧故障和环境干扰，降低了误报的可能性。

16、在本发明中，基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法具有以下优点：

17、1.结合了直流信号和交流信号，提高了故障检测的准确性：传统方法主要依赖交流信号进行故障检测，容易受到外界环境的影响而产生误报。本发明通过同时分析直流信号和交流信号，可以更全面地监测光伏系统的工作状态，从而提高故障检测的准确性。

18、2.基于能量守恒定律，使得故障检测更加可靠：本发明利用能量守恒定律，当采集的光伏系统的直流信号能量降低而交流信号能量增大，且直流信号能量与交流信号能量之和与未发生电弧时的能量差别不大，则判断为电弧故障。这种方法更加符合实际物理规律，提高了故障检测的可靠性。

19、3.降低了因环境干扰造成的误报可能性，提高了系统的安全性和稳定性：外界环境因素，如温度、湿度、光照等，容易对光伏系统产生干扰，导致误报。本发明通过结合直流信号和交流信号，并利用能量守恒定律进行故障判断，有效降低了环境干扰对故障检测的影响，提高了系统的安全性和稳定性。

20、综上所述，本发明提供了一种基于能量守恒的光伏系统直流侧电弧故障检测方法，通过结合直流信号和交流信号，以及利用能量守恒定律进行故障判断，可以有效提高故障检测的准确性、可靠性和实时性，降低环境干扰造成的误报，从而提高光伏系统的安全性和稳定性。

技术特征：

1.一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求书1所述的一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法，其特征在于，步骤s1，具体包括以下步骤：

3.根据权利要求书1所述的一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法，其特征在于，步骤s2，具体包括以下步骤：

4.根据权利要求书1所述的一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法，其特征在于，步骤s3，具体包括以下步骤：

技术总结
本发明涉及一种基于能量守恒定律的光伏系统直流侧电弧故障检测方法，将光伏系统的直流信号能量和交流信号能量与其正常工作状态下的信号能量相比较，直流信号的能量相比于未发生电弧故障时有所降低，而交流信号能量相比于未发生电弧故障时有所升高，但同时直流信号能量与交流信号能量之和与未发生电弧故障时差别不大，则可判断为发生电弧故障；其余情况下，例如存在外部干扰时，交流信号能量增高，但是直流信号能量和交流信号能量之比正常工作时有明显增大，则认为是外部干扰引入了外部能量，从而不判定为电弧故障。本发明的方法能够有效区分电弧故障和环境干扰，提高故障检测的准确性和可靠性，降低误报的可能性。

技术研发人员：漆星,邱婷婷,曹文平
受保护的技术使用者：安徽大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13