一种光伏逆变器的电弧故障检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术属于光伏逆变器技术领域，公开了一种光伏逆变器的电弧故障检测系统及检测方法，利用故障诊断电路采集光伏逆变器的故障信号数据；利用计算程序对光伏逆变器的输入电量进行计算；利用网卡接入互联网进行网络通信操作；利用分析程序对光伏逆变器的故障信号进行统计分析；利用检索程序检索网络中故障解决方案；利用评估程序对光伏逆变器健康状态进行评估；利用显示器显示采集光伏逆变器的故障信号数据、解决方案。本发明专利技术能够更加清晰、准确地向用户和运维人员展示光伏逆变器的运行状态，有助于运维人员在故障发生时更加快速的定位故障位置，明确故障原因。

An Arc Fault Detection System and Detection Method for Photovoltaic Inverter

【技术实现步骤摘要】
一种光伏逆变器的电弧故障检测系统及检测方法
本专利技术属于光伏逆变器
，尤其涉及一种光伏逆变器的电弧故障检测系统及检测方法。
技术介绍
光伏逆变器(PVInverter或solarInverter)可以将光伏(PV)太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电(AC)的逆变器，可以反馈回商用输电系统，或是供离网的电网使用。光伏逆变器是光伏阵列系统中重要的系统平衡(BOS)之一，可以配合一般交流供电的设备使用。太阳能逆变器有配合光伏阵列的特殊功能，例如最大功率点追踪及孤岛效应保护的机能。然而，现有计算光伏逆变器输入电量误差较大，以此输入电量计算出来的光伏逆变器能耗指标精确度不高，不能真实反映逆变器的实际运行情况；同时，不能对光伏逆变器健康状态进行准确的评估。综上所述，现有技术存在的问题是：现有计算光伏逆变器输入电量误差较大，以此输入电量计算出来的光伏逆变器能耗指标精确度不高，不能真实反映逆变器的实际运行情况；同时，不能对光伏逆变器健康状态进行准确的评估。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种光伏逆变器的电弧故障检测系统及检测方法。本专利技术是这样实现的，一种光伏逆变器的电弧故障检测方法，所述光伏逆变器的电弧故障检测方法包括：通过故障信息分析模块利用分析程序对光伏逆变器的故障信号进行统计分析；参与合作检测的节点开始进行周期为τs的频谱检测过程，获得正常电弧运行频谱资源的特征；正常检测节点和故障检测节点通过正交的公共控制信道向主控模块进行检测信息的汇报；主控模块对收集到的检测信息进行数据统计，并依据故障节点的故障攻击模式计算电弧运行的虚警概率；故障信息分析模块与主控模块共享正常电弧运行频谱资源，如果检测到正常电弧运行处于闲状态，则将以大功率发射信号，否则将以小功率发射信号；构建优化模型，确定有关发射功率和检测时间的约束条件，求解所建立的最优化问题，得到使得故障信息分析网络的吞吐量最大的合作检测的检测周期和故障信息分析模块的信号发射功率；对得到的最优解取平均，以平均值作为故障信号频谱检测参数。进一步，所述光伏逆变器的电弧故障检测方法具体包括：步骤一，通过故障信号采集模块利用故障诊断电路采集光伏逆变器的故障信号数据；步骤二，主控模块通过电量计算模块利用计算程序对光伏逆变器的输入电量进行计算；通过网络通信模块利用网卡接入互联网进行网络通信操作；通过故障信息分析模块利用分析程序对光伏逆变器的故障信号进行统计分析；通过故障方案检索模块利用检索程序检索网络中故障解决方案；步骤三，通过健康评估模块利用评估程序对光伏逆变器健康状态进行评估；步骤四，通过显示模块利用显示器显示采集光伏逆变器的故障信号数据、解决方案。进一步，所述电量计算模块计算方法包括：(1)通过检测设备获取光伏电站、光伏逆变器小室、光伏逆变器、汇流箱、汇流箱支路和光伏组件之间依次包含的从属关系；(2)获取单条汇流箱支路的有功功率；(3)根据属于同一汇流箱的各汇流箱支路有功功率，计算得到单台汇流箱的有功功率；(4)根据连接同一光伏逆变器的各汇流箱有功功率，计算得到单台光伏逆变器的有功功率；(5)根据单台光伏逆变器的有功功率，计算单台光伏逆变器的输入电量值。进一步，所述步骤(3)中，计算得到单台汇流箱的有功功率的具体过程为：对属于同一汇流箱的各汇流箱支路有功功率计算代数和，得到单台汇流箱的有功功率；所述步骤(5)中，计算单台逆变器的输入电量值的具体过程为：根据以下公式计算单台逆变器的输入电量值：kc＝kp+(pp+pc)*t*fa/2/3600其中，kc为单台逆变器输入电量当前时刻值；kp为单台逆变器输入电量上一时刻值；pc为单台逆变器有功功率当前时刻值；pp为单台逆变器有功功率上一时刻值；t为单台逆变器输入电量统计周期，单位是秒；fa为单位换算系数。进一步，所述健康评估模块评估方法包括：1)通过输入设备预设光伏逆变器的各个健康度参数对应的满分值；2)获取所述光伏逆变器在设定时间内的每个所述健康度参数的参数值；3)根据所述参数值获取所述健康度参数对应的第一分值；其中，所述第一分值小于或者等于所述满分值；4)将各个所述第一分值进行相加求和，获取目标分值；5)根据所述目标分值对所述光伏逆变器的健康度进行评估。进一步，所述预设光伏逆变器的各个健康度参数对应的满分值的步骤包括：预设所述光伏逆变器的各个所述健康度参数的权重；根据所述权重设置各个所述健康度参数对应的所述满分值；其中，所述权重与所述满分值之间呈正比。进一步，所述当所述健康度参数包括单位容量发电功率的离散程度时，所述获取所述光伏逆变器在设定时间内的每个所述健康度参数的参数值的步骤包括：获取所述光伏逆变器在所述设定时间内的单位容量发电功率；采用局部离群因子算法根据所述单位容量发电功率计算所述光伏逆变器的单位容量发电功率相对其他光伏逆变器的单位容量发电功率的离散程度值；所述根据所述参数值获取所述健康度参数对应的第一分值的步骤包括：当所述单位容量发电功率的离散程度值小于第一设定阈值，或所述光伏逆变器的单位容量发电功率大于或者等于其他光伏逆变器的单位容量发电功率的平均值时，则确定所述单位容量发电功率的离散程度对应的所述第一分值为所述单位容量发电功率的离散程度对应的所述满分值；当所述单位容量发电功率的离散程度值大于或者等于所述第一设定阈值，且所述光伏逆变器的单位容量发电功率小于其他光伏逆变器的单位容量发电功率的平均值时，则计算所述光伏逆变器的单位容量发电功率与其他光伏逆变器的单位容量发电功率的平均值之间的平均绝对百分比误差，并根据所述平均绝对百分比误差所属的第一阈值范围对所述单位容量发电功率的离散程度对应的所述满分值进行扣分，得到所述单位容量发电功率的离散程度对应的所述第一分值。进一步，参与合作检测的节点确定每条链路上多个服务质量度量参数的变化区间和分布函数，按如下过程进行；第一步，根据正常电弧运行信号的特征和信道衰减系数，计算各本地检测节点CRi接受到的信号yi(n)；第二步，根据能量检测原理，得到检测节点CRi处的信号能量的统计量Vi，当采样量足够大时，Vi近似服从高斯分布。进一步，正常检测节点和故障检测节点通过正交的公共控制信道向主控模块进行检测信息的汇报，正常检测节点将如实地汇报自己的检测信息，故障节点则采用虚警攻击模式进行汇报：当信号能量统计量Vi大于攻击阈值η，则如实地报告自己的检测结果；否则将以概率pa发动攻击，向主控模块发送一个较高的能量值以达到故障攻击的目的；根据各个节点的信噪比γi为每一个参与合作检测的故障信息分析模块CRi,i＝1…k设计一个权重然后对收集得到的信号能量统计量Ui进行线性加权得到最终的信号能量的统计量分析虚警故障攻击模式对频谱检测造成的影响，得到电弧运行虚警概率Pf和攻击概率pa、攻击阈值η、攻击强度Δ之间的函数表达式如下：其中：本专利技术的另一目的在于提供一种光伏逆变器的电弧故障检测系统，包括：故障信号采集模块，与主控模块连接，用于通过故障诊断电路采集光伏逆变器的故障信号数据；主控模块，与故障信号采集模块、电量计算模块、网络通信模块、故障信息分析模块、故障方案检索模块、健康评估模块、显示模块连接，用于通过单片机控制各个模块正常工作；电量计算模块，与主控模块连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光伏逆变器的电弧故障检测方法，其特征在于，所述光伏逆变器的电弧故障检测方法包括：通过故障信息分析模块利用分析程序对光伏逆变器的故障信号进行统计分析；参与合作检测的节点开始进行周期为τs的频谱检测过程，获得正常电弧运行频谱资源的特征；正常检测节点和故障检测节点通过正交的公共控制信道向主控模块进行检测信息的汇报；主控模块对收集到的检测信息进行数据统计，并依据故障节点的故障攻击模式计算电弧运行的虚警概率；故障信息分析模块与主控模块共享正常电弧运行频谱资源，如果检测到正常电弧运行处于闲状态，则将以大功率发射信号，否则将以小功率发射信号；构建优化模型，确定有关发射功率和检测时间的约束条件，求解所建立的最优化问题，得到使得故障信息分析网络的吞吐量最大的合作检测的检测周期和故障信息分析模块的信号发射功率；对得到的最优解取平均，以平均值作为故障信号频谱检测参数。

【技术特征摘要】
1.一种光伏逆变器的电弧故障检测方法，其特征在于，所述光伏逆变器的电弧故障检测方法包括：通过故障信息分析模块利用分析程序对光伏逆变器的故障信号进行统计分析；参与合作检测的节点开始进行周期为τs的频谱检测过程，获得正常电弧运行频谱资源的特征；正常检测节点和故障检测节点通过正交的公共控制信道向主控模块进行检测信息的汇报；主控模块对收集到的检测信息进行数据统计，并依据故障节点的故障攻击模式计算电弧运行的虚警概率；故障信息分析模块与主控模块共享正常电弧运行频谱资源，如果检测到正常电弧运行处于闲状态，则将以大功率发射信号，否则将以小功率发射信号；构建优化模型，确定有关发射功率和检测时间的约束条件，求解所建立的最优化问题，得到使得故障信息分析网络的吞吐量最大的合作检测的检测周期和故障信息分析模块的信号发射功率；对得到的最优解取平均，以平均值作为故障信号频谱检测参数。2.如权利要求1所述的光伏逆变器的电弧故障检测方法，其特征在于，所述光伏逆变器的电弧故障检测方法具体包括：步骤一，通过故障信号采集模块利用故障诊断电路采集光伏逆变器的故障信号数据；步骤二，主控模块通过电量计算模块利用计算程序对光伏逆变器的输入电量进行计算；通过网络通信模块利用网卡接入互联网进行网络通信操作；通过故障信息分析模块利用分析程序对光伏逆变器的故障信号进行统计分析；通过故障方案检索模块利用检索程序检索网络中故障解决方案；步骤三，通过健康评估模块利用评估程序对光伏逆变器健康状态进行评估；步骤四，通过显示模块利用显示器显示采集光伏逆变器的故障信号数据、解决方案。3.如权利要求2所述的光伏逆变器的电弧故障检测方法，其特征在于，所述电量计算模块计算方法包括：(1)通过检测设备获取光伏电站、光伏逆变器小室、光伏逆变器、汇流箱、汇流箱支路和光伏组件之间依次包含的从属关系；(2)获取单条汇流箱支路的有功功率；(3)根据属于同一汇流箱的各汇流箱支路有功功率，计算得到单台汇流箱的有功功率；(4)根据连接同一光伏逆变器的各汇流箱有功功率，计算得到单台光伏逆变器的有功功率；(5)根据单台光伏逆变器的有功功率，计算单台光伏逆变器的输入电量值。4.如权利要求3所述的光伏逆变器的电弧故障检测方法，其特征在于，所述步骤(3)中，计算得到单台汇流箱的有功功率的具体过程为：对属于同一汇流箱的各汇流箱支路有功功率计算代数和，得到单台汇流箱的有功功率；所述步骤(5)中，计算单台逆变器的输入电量值的具体过程为：根据以下公式计算单台逆变器的输入电量值：kc＝kp+(pp+pc)*t*fa/2/3600其中，kc为单台逆变器输入电量当前时刻值；kp为单台逆变器输入电量上一时刻值；pc为单台逆变器有功功率当前时刻值；pp为单台逆变器有功功率上一时刻值；t为单台逆变器输入电量统计周期，单位是秒；fa为单位换算系数。5.如权利要求1所述的光伏逆变器的电弧故障检测方法，其特征在于，所述健康评估模块评估方法包括：1)通过输入设备预设光伏逆变器的各个健康度参数对应的满分值；2)获取所述光伏逆变器在设定时间内的每个所述健康度参数的参数值；3)根据所述参数值获取所述健康度参数对应的第一分值；其中，所述第一分值小于或者等于所述满分值；4)将各个所述第一分值进行相加求和，获取目标分值；5)根据所述目标分值对所述光伏逆变器的健康度进行评估。6.如权利要求5所述光伏逆变器的电弧故障检测方法，其特征在于，所述预设光伏逆变器的各个健康度参数对应的满分值的步骤包括：预设所述光伏逆变器的各个所述健康度参数的权重；根据所述权重设置各个所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王燕锋，
申请(专利权)人：湖州师范学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33