一種聯(lián)合多檢測(cè)信號(hào)的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于光伏電氣故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種可變時(shí)的聯(lián)合多路檢測(cè)信 號(hào)、特征量對(duì)故障電弧事件發(fā)生的敏感程度構(gòu)造對(duì)應(yīng)特征量的修正因子、基于基準(zhǔn)特征量 的輸入檢測(cè)信號(hào)選定用W表征故障電弧發(fā)生程度的典型值、基于線性加權(quán)構(gòu)造聯(lián)合辨識(shí)特 征量，由此實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確把握故障電弧發(fā)生時(shí)區(qū)別其他工況的獨(dú)有特征，拓寬光伏系統(tǒng)故障電 弧檢測(cè)闊值設(shè)定范圍，提升光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)的快速性和可靠性W保障光伏系統(tǒng)穩(wěn) 定、安全、經(jīng)濟(jì)輸出運(yùn)行的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，針對(duì)光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)，國(guó)內(nèi)外所關(guān)注的都是提出更加可靠的檢測(cè)方 法來分析故障電弧電流運(yùn)一單一的電量檢測(cè)信號(hào)對(duì)象，運(yùn)種單一的檢測(cè)信號(hào)抵抗干擾的能 力局限，易受到光伏系統(tǒng)內(nèi)其它類弧狀態(tài)的干擾而使得直流故障電弧檢測(cè)裝置誤動(dòng)。譬如， 負(fù)載正常變動(dòng)會(huì)引發(fā)電量檢測(cè)信號(hào)變化、電力電子裝置及其他類弧負(fù)載的正常運(yùn)行亦會(huì)向 電量檢測(cè)信號(hào)中引入諧波，也便使得直流故障電弧檢測(cè)裝置誤認(rèn)為運(yùn)些系統(tǒng)內(nèi)的正常工作 運(yùn)行狀態(tài)等復(fù)雜多樣工況是故障電弧而引發(fā)裝置誤動(dòng)，運(yùn)便不符合直流故障電弧檢測(cè)裝置 增加光伏系統(tǒng)正常運(yùn)行工作時(shí)間的職能要求，使得運(yùn)些正常情況下光伏系統(tǒng)仍舊停運(yùn)，給 光伏發(fā)電帶來不必要的損失。此外，光伏系統(tǒng)故障電弧所引發(fā)的單一特征變化所能檢測(cè)的 有效工況具有局限性，由此所得到的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)方法難W滿足復(fù)雜工況下故障 電弧檢測(cè)的要求。譬如，光伏系統(tǒng)在面對(duì)噪聲干擾、天氣變化等復(fù)雜的外界環(huán)境時(shí)，其中便 存在云層剛過時(shí)光伏系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障電弧等特殊工況，運(yùn)時(shí)單一的電弧電流檢測(cè)信號(hào)同正 常運(yùn)行時(shí)的光伏系統(tǒng)電流信號(hào)并未發(fā)生電量突變，由此造成特征量幅值較低而引發(fā)的直流 故障電弧檢測(cè)裝置拒動(dòng)現(xiàn)象，運(yùn)便不符合直流故障電弧檢測(cè)裝置及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障電弧并切斷 的本質(zhì)要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于解決直流故障電弧檢測(cè)裝置使用單一檢測(cè)信號(hào)辨識(shí)時(shí)，受到有 效檢測(cè)故障電弧工況有限及該路檢測(cè)信號(hào)可靠檢測(cè)抗干擾能力的局限，位于該檢測(cè)信號(hào)辨 識(shí)遺漏區(qū)域的特殊工況引發(fā)的拒動(dòng)問題及正常工況下類弧特征對(duì)該檢測(cè)信號(hào)干擾引發(fā)的 誤動(dòng)問題，提供了一種聯(lián)合多檢測(cè)信號(hào)的光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)方法。
[0004] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了 W下技術(shù)方案：
[000引實(shí)時(shí)采集光伏系統(tǒng)故障電弧能引發(fā)與正常工況存在差異的多路檢測(cè)信號(hào)，直流故 障電弧檢測(cè)裝置對(duì)所輸入的運(yùn)些檢測(cè)信號(hào)分時(shí)段分析，任意兩路檢測(cè)信號(hào)的分析時(shí)段相 等，而每一路檢測(cè)信號(hào)的分析時(shí)段相等或不相等，基于光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)方法形成的 特征量及所輸入的多路分析時(shí)段檢測(cè)信號(hào)獲取該時(shí)段的多特征值，依據(jù)特征量對(duì)故障電弧 事件檢測(cè)的有效性構(gòu)造修正因子，將所構(gòu)造的每個(gè)修正因子同相應(yīng)的下一時(shí)段特征值線性 加權(quán)形成聯(lián)合特征量，使得各特征量在最終的聯(lián)合特征量中依據(jù)其對(duì)故障電弧事件檢測(cè)效 果決定其所占比重，用W完成光伏系統(tǒng)故障電弧的聯(lián)合檢測(cè)。所述聯(lián)合特征量能通過變時(shí) 完成光伏系統(tǒng)正常態(tài)、故障態(tài)的變頻檢測(cè)，用W提升光伏系統(tǒng)故障電弧的檢測(cè)速度。
[0006] 所述光伏系統(tǒng)故障電弧的聯(lián)合檢測(cè)具體包括W下步驟：
[0007] 1)光伏系統(tǒng)運(yùn)行中，按采樣頻率fi對(duì)所需的多路待檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行并行逐點(diǎn)采樣， 得到n路檢測(cè)信號(hào)xi，i表示輸入檢測(cè)信號(hào)序號(hào)，i = l，2'''n，n為大于1的整數(shù)；
[0008] 2)直流故障電弧檢測(cè)裝置存儲(chǔ)模塊對(duì)同時(shí)輸入的多路檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分時(shí)段存儲(chǔ)， 各路檢測(cè)信號(hào)的同一序號(hào)分析時(shí)段Tl,如目等，而第i路檢測(cè)信號(hào)的分析時(shí)段Tl,如目等或不相 等J表示分析時(shí)段序號(hào)J = I, 2-m，m為大于1的整數(shù)，每實(shí)時(shí)存儲(chǔ)各路檢測(cè)信號(hào)的一個(gè)采 樣點(diǎn)，便判斷已存儲(chǔ)的采樣點(diǎn)總數(shù)是否達(dá)到分析時(shí)段Ts的要求，若達(dá)到，則判斷各路檢測(cè)信 號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)量已足夠直流故障電弧檢測(cè)裝置分析模塊進(jìn)行后續(xù)分析處理，傳輸當(dāng)前時(shí)段各 路檢測(cè)信號(hào)Xi,J至所述分析模塊并按照步驟3)進(jìn)行當(dāng)前時(shí)段各路檢測(cè)信號(hào)的后續(xù)處理，直 流故障電弧檢測(cè)裝置存儲(chǔ)模塊則繼續(xù)實(shí)時(shí)進(jìn)行下一時(shí)段各路檢測(cè)信號(hào)Xi, W的存儲(chǔ);若未達(dá) 到，則判斷各路檢測(cè)信號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)量還不足W滿足所述分析模塊進(jìn)行后續(xù)分析處理的要 求，返回步驟1)進(jìn)行下一采樣點(diǎn)的讀入存儲(chǔ)；
[0009] 3)所述分析模塊依據(jù)各特征量的輸入要求將相應(yīng)當(dāng)前時(shí)段檢測(cè)信號(hào)并行地帶入 至特征量表達(dá)式fk，計(jì)算得到特征值對(duì)單輸入特征量，i表示輸入檢測(cè)信號(hào)序號(hào)，i = 1，2…n，對(duì)多輸入特征量，i表示該特征量所使用的輸入檢測(cè)信號(hào)路數(shù)，i = ? 'n，k表示選取 待計(jì)算的特征量序號(hào)，4=1，2'''邑，邑為大于等于1的整數(shù)，特征值計(jì)算完畢后判斷當(dāng)前時(shí)段 是否為首個(gè)分析時(shí)段，若是，則W使用內(nèi)存表示最少的特征值為基準(zhǔn)，將所得到的全部特征 值yi,川歸至所述基準(zhǔn)上，選定基準(zhǔn)特征量輸入檢測(cè)信號(hào)中的一路檢測(cè)信號(hào)獲取典型值互J， 進(jìn)行下一時(shí)段典型值與特征值的計(jì)算;若不是，則按照已求值將相應(yīng)特征值歸至所述基S， 依據(jù)已選定檢測(cè)信號(hào)獲取典型值，轉(zhuǎn)至步驟4)進(jìn)行修正因子的構(gòu)造；
[0010] 4)直流故障電弧檢測(cè)裝置判斷對(duì)應(yīng)典型值之差是否超出設(shè)定闊值No,若不 是，則判斷兩典型值相等，構(gòu)造半相對(duì)修正因子Wi, w,k，轉(zhuǎn)至步驟5)進(jìn)行聯(lián)合特征量的構(gòu) 造;若是，則判斷兩典型值不相等，構(gòu)造常規(guī)修正因子Wi, w,k，轉(zhuǎn)至步驟5)進(jìn)行聯(lián)合特征量 的構(gòu)造；
[0011] 5)直流故障電弧檢測(cè)裝置將計(jì)算得到的常規(guī)修正因子或半相對(duì)修正因子Wi, w,k 同下一時(shí)段特征值線性加權(quán)，形成聯(lián)合特征量化,+U，轉(zhuǎn)至步驟6)使用聯(lián)合 i=I & = 1 特征量進(jìn)行光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)；
[0012] 6)直流故障電弧檢測(cè)裝置通過聯(lián)合特征量進(jìn)行故障電弧檢測(cè)，利用計(jì)算值與設(shè)定 闊值比較判斷當(dāng)前時(shí)段內(nèi)是否發(fā)生故障電弧事件，若發(fā)生故障電弧事件，則計(jì)數(shù)變量的十 數(shù)，在首次發(fā)生時(shí)計(jì)算此時(shí)聯(lián)合特征值超出闊值的倍數(shù)G，然后轉(zhuǎn)至步驟7);若未發(fā)生故障 電弧事件，則清零計(jì)數(shù)變量N，保持分析時(shí)段Ts及故障電弧事件計(jì)數(shù)變量闊值化的初始設(shè)定 值不變，恢復(fù)用W計(jì)算修正因子的典型值互J與特征值動(dòng)態(tài)變化過程，然后返回步驟3) 進(jìn)行下一時(shí)段多路檢測(cè)信號(hào)的光伏系統(tǒng)故障電弧分析；
[0013] 7)依據(jù)所得G值調(diào)整化，判斷故障電弧事件是否連續(xù)發(fā)生:若故障電弧事件連續(xù)發(fā) 生化次，則判定當(dāng)前分析時(shí)段光伏系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生故障電弧，采取相應(yīng)的保護(hù)措施;若故障電弧 事件未連續(xù)發(fā)生化次，調(diào)小或不調(diào)整分析時(shí)段Ts的設(shè)定值，鎖存當(dāng)前時(shí)段檢測(cè)信號(hào)計(jì)算所得 的典型值苗與特征值yij,k，j表示首次出現(xiàn)故障電弧事件前一分析時(shí)段序號(hào)，然后返回步驟 3)對(duì)下一分析時(shí)段多路檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行分析。
[0014] 所述各路檢測(cè)信號(hào)的采樣頻率fi相同或不相同，取值范圍為10曲Z~500曲Z，各路 檢測(cè)信號(hào)的分析時(shí)段Ts依據(jù)所選取特征量的共同有效分析時(shí)段而定，取值范圍為2ms~ 30ms ,No為-B~B，B的取值范圍為1(T6~初始化化的取值范圍為3~5,調(diào)整后化在不小 于2時(shí)，按斯=斯-U/j使用倍數(shù)G調(diào)整化，否則便取化=2。
[0015] 特征量表達(dá)式fk是任意一路或者多路輸入檢測(cè)信號(hào)的解析函數(shù)，或者是使用算法 數(shù)值地計(jì)算由任意一路或者多路檢測(cè)信號(hào)所決定的中間值，而后將運(yùn)些中間值帶入至特征 量表達(dá)式fk中獲取特征值，或者是全程使用算法數(shù)值地直接計(jì)算得到由任意一路或者多路 檢測(cè)信號(hào)所決定的特征值，不同特征量表達(dá)式的輸入可重合，所選特征量的輸入并集應(yīng)為n 路檢測(cè)信號(hào)。
[0016] 特征量表達(dá)式fk由一種光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)算法生成，或者由多種光伏系統(tǒng)故 障電弧檢測(cè)算法生成，其數(shù)量為一個(gè)或者多個(gè)，當(dāng)所選取的特征量fk為一個(gè)時(shí)，此時(shí)該特征 量fk必須為單輸入的或者為未覆蓋n路檢測(cè)信號(hào)的多輸入。多種光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)算 法生成的多個(gè)多輸入特征量作為優(yōu)選。
[0017] 對(duì)于基準(zhǔn)特征量具有多路輸入檢測(cè)信號(hào)時(shí)，選取其中被所有特征量使用頻次最 高、受到干擾最小的檢測(cè)信號(hào)獲取典型值，基于W下原則并行地選取所選定檢測(cè)信號(hào)分析 時(shí)段內(nèi)的典型值:基于選定檢測(cè)信號(hào)在該時(shí)段的最值或位置值獲取檢測(cè)信號(hào)在該時(shí)段下的 典型值最值的獲取方式作為優(yōu)選。
[0018] 修正因子依據(jù)特征量及其對(duì)應(yīng)的輸入檢測(cè)信號(hào)對(duì)故障電弧事件發(fā)生的敏感程度 構(gòu)造，所構(gòu)造的修正因子使得對(duì)故障電弧事件發(fā)生檢測(cè)效果最優(yōu)的特征量及其對(duì)應(yīng)的輸入 檢測(cè)信號(hào)在最終的綜合特征量中占據(jù)最大比重，具體地，基于W下原則并行地構(gòu)造常規(guī)修 正因子:基于當(dāng)前時(shí)段特征值yij,k與下一時(shí)段特征值yi,w,k的相對(duì)變化同當(dāng)前時(shí)段選定檢 測(cè)信號(hào)典型值與下一時(shí)段選定檢測(cè)信號(hào)典型值的相對(duì)變化之比的絕對(duì)值所構(gòu)造的相 對(duì)修正因子wi,j+i,k= I (yi,j+i,k-yi,j,k) X互互j)/yi,j,k|，或者，基于當(dāng)前時(shí)段特征值 與下一時(shí)段特征值yi,w,k的絕對(duì)變&同1§前時(shí)段選定檢測(cè)信號(hào)典型值^與下一時(shí)段 選定檢測(cè)信號(hào)典型值的絕對(duì)變化之比的絕對(duì)值所構(gòu)造的絕對(duì)修正因子Wi, j + l,k = 川)/(互+廣互）I，前后分析時(shí)段各路檢測(cè)信號(hào)所使用的常規(guī)修正因子構(gòu)造原則 相同或不相同。相對(duì)修正因子作為優(yōu)選。
[0019] 在判斷當(dāng)前時(shí)段選定檢測(cè)信號(hào)典型值與下一時(shí)段選定檢測(cè)信號(hào)典型值相等 時(shí)，此時(shí)相應(yīng)的修正因子按半相對(duì)修正因子構(gòu)造，即基于當(dāng)前時(shí)段特征值yiu,k與下一時(shí)段 特征值的相對(duì)變化同當(dāng)前時(shí)段選定檢測(cè)信號(hào)典型值之積的絕對(duì)值wi,j+i,k = (yi'j+i'k-yi'j'k) X互j/yi'j'k| 構(gòu)造。
[0020] 調(diào)小檢測(cè)信號(hào)分析時(shí)段Ts所訂立的時(shí)間間隔后，對(duì)每個(gè)特征量而言，基于調(diào)整前 分析時(shí)段Ts與調(diào)整后分析時(shí)段Ts對(duì)當(dāng)前時(shí)段所輸入檢測(cè)信號(hào)Xi, J分別獲取相應(yīng)特征值 71,川、7'1,川，基于兩者之比獲取補(bǔ)償系數(shù)化=71〇,1<分'1〇心1表示該特征量所使用的輸入 檢測(cè)信號(hào)序號(hào)或者所使用的輸入檢測(cè)信號(hào)路數(shù)，j表示首次出現(xiàn)故障電弧事件前一分析時(shí) 段序號(hào)，通過乘積的形式用于校正相應(yīng)特征量對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行高頻分析輸出的特征值 y i.j.ko
[0021] 檢測(cè)信號(hào)為電流、電壓等電量信號(hào)、或者是由故障電弧引發(fā)的火花、明光、高溫、煙 霧、超聲波或氣壓等多個(gè)變化特征構(gòu)成的。
[0022] 所述光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)方法適用于鑒別光伏系統(tǒng)故障電弧種類，即選取的特 征量表達(dá)式fk及其使用的檢測(cè)信號(hào)Xi分別用于完成串聯(lián)、并聯(lián)光伏系統(tǒng)故障電弧的檢測(cè)，由 此形成的聯(lián)合特征量可辨識(shí)多種光伏系統(tǒng)故障電弧，并通過形成較大修正因子Wi, w,k對(duì)應(yīng) 檢測(cè)信號(hào)Xi確定當(dāng)前所發(fā)生的光伏系統(tǒng)故障電弧種類。
[0023] 本發(fā)明具有如下有益的技術(shù)效果：
[0024] 1)該方法硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，需在原有的光伏系統(tǒng)中按照一定原則鋪設(shè)所需檢測(cè)信號(hào) 的檢測(cè)裝置，用于獲取待分析的光伏系統(tǒng)原始檢測(cè)信號(hào)，需在原有的直流故障電弧檢測(cè)裝 置中加設(shè)檢測(cè)信號(hào)輸入端口、修正因子輸出模塊、多特征量聯(lián)合處理模塊，用于輸入檢測(cè)信 號(hào)、形成對(duì)應(yīng)特征量的修正因子和多特征量的線性加權(quán)處理，其中，多特征量聯(lián)合處理模塊 所需的乘法器與加法器、修正因子輸出模塊所需的減法器與除法器批量生產(chǎn)工藝成熟，成 本低廉；
[0025] 2)該方法亦可用軟件全程實(shí)現(xiàn)，僅需在原有的光伏系統(tǒng)中鋪設(shè)所需檢測(cè)信號(hào)的傳 感器、原有的直流故障電弧檢測(cè)裝置中加設(shè)檢測(cè)信號(hào)輸入端口，直流故障電弧檢測(cè)裝置軟 件程序中在故障電弧檢測(cè)時(shí)間要求范圍內(nèi)增加檢測(cè)信號(hào)輸入路數(shù)，線性加權(quán)后聯(lián)合設(shè)定辨 識(shí)闊值，編程原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)成本低廉；
[0026] 3)該方法聯(lián)合了光伏系統(tǒng)故障電弧所引發(fā)的電壓、電流、火花、明光、高溫、煙霧、 超聲波、氣壓等多個(gè)變化的特征信號(hào)，相應(yīng)的有效檢測(cè)工況亦為所有單個(gè)光伏系統(tǒng)故障電 弧檢測(cè)信號(hào)有效檢測(cè)工況的并集，各個(gè)檢測(cè)信號(hào)有效檢測(cè)工況的綜合互補(bǔ)，極大提高了光 伏系統(tǒng)在特殊工況下的故障電弧檢測(cè)防范能力，拓寬了直流故障電弧檢測(cè)裝置辨識(shí)故障電 弧的范圍，避免了光伏系統(tǒng)在電流運(yùn)一檢測(cè)信號(hào)電量變化辨識(shí)失效工況下所引發(fā)的直流故 障電弧檢測(cè)裝置拒動(dòng)問題，由此有效提升了光伏系統(tǒng)故障電弧檢測(cè)的快速性和可靠性，避 免了運(yùn)些工況下潛在的故障電弧威脅造成的生命財(cái)產(chǎn)損失；
[0027] 4)該方法聯(lián)合了光伏系統(tǒng)故障電弧所引發(fā)的電壓、電流、火花、明光、高溫、煙霧、 超聲波、氣壓等多個(gè)變化的特征信號(hào)，可W抓住故障電弧同負(fù)載變動(dòng)、類弧負(fù)載所引發(fā)的火 花、明光、高溫、煙霧、超聲波、氣壓等多個(gè)額外變化的本質(zhì)特征，所形成的聯(lián)合特征量檢測(cè) 穩(wěn)定性得W大幅增加，使得即便產(chǎn)生相同的電量變化特征的負(fù)載變動(dòng)和類弧負(fù)載亦能夠被 區(qū)分開來，排除了運(yùn)些光伏系統(tǒng)正常運(yùn)行工況下的誤動(dòng)問題，使得光伏系統(tǒng)在運(yùn)些工況下 仍能夠不因