多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置及方法，是构建统一的光伏组串输出特性的数学模型，将各个光伏支路电流采样值代入数学表达式中计算出该光伏支路中所有组件输出总电压，将逆变器直流侧输入电压分别减去各支路中组件输出总电压得到电压差值，进而由电压差值与支路电流值计算得到反映各支路串联电弧强弱的功率值和能量值，当功率值大于设定阈值时，根据并联回路共模电流判断光伏系统是否发生电弧事件，进一步依据能量值的大小判断电弧故障的等级和定位，并向光伏电站监控系统发出分级告警信号，以确保光伏系统安全稳定运行。系统安全稳定运行。系统安全稳定运行。

【技术实现步骤摘要】
多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置及方法


[0001]本专利技术涉及一种多光伏支路并联情况下串联电弧故障定位装置及方法，属于光伏故障诊断领域。

技术介绍

[0002]光伏电站发生电弧故障时，电弧持续放电时会产生高温，进而导致火灾和停电事故的发生，UL 1699B标准给出了电弧能量与火灾风险之间关系。
[0003]现有的光伏系统电弧故障检测技术主要是对单光伏支路提出的回路电流检测技术，主流方法有时域电流变化率检测法、频域特定频段能量检测法和时频域上用小波分解法、集合经验模态分解法。在实际光伏电站中，通常由多光伏支路并联后接入汇流箱或逆变器，当光伏支路发生串联电弧故障时，故障支路的回路电流会经由汇流箱汇流到直流母线上，依据这一特征，现有多光伏支路并联情况下串联电弧故障的检测技术，是通过在直流母线上安装基于并联回路的电弧电流检测装置来判断电弧是否发生。
[0004]回路电流检测技术在检测串联故障电弧上存在一定的缺陷，主要体现在易受逆变器开关管高频噪声的影响，故障电弧特征频段与系统的高频噪声存在重叠，进而干扰频域特征的识别结果；另一方面，实际电弧故障是发生在直流母线处还是组串内，现有检测技术未能解决串联电弧故障定位问题，给运维人员排查故障带来困难。因此研究一种针对光伏电站中光伏支路发生串联电弧故障时的串联电弧的检测和定位方法，成为亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术提出一种多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置及方法，以期能在光伏系统运行中准确检测光伏阵列直流故障电弧位于的光伏支路，以便及时阻断故障支路的直流电弧故障，保持其他支路的光伏组串依旧正常运行，从而使得光伏系统运行效率始终保持在较高水平。
[0006]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0007]本专利技术一种多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置的特点是应用于光伏系统中，所述光伏系统包括光伏阵列、汇流箱、逆变器、电网；所述串联电弧故障定位装置包括采样模块、数据处理模块、诊断模块和通讯模块；
[0008]所述光伏系统运行中，所述采样模块按照采样频率f对所述光伏阵列中各光伏支路{N
i
|i＝1,2...n}的电流和逆变器直流侧的端口电压进行并行采样，得到n路电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}和逆变器直流侧输入的电压信号U，I
i
表示第i路电流采样值，i＝1,2
…
n，n为光伏支路的总支路数；
[0009]所述数据处理模块对并行输入的n路电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}和电压信号U进行分块储存处理，包括：先构建统一的光伏组串输出特性的数学模型，然后分别将n个光伏支路的电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}代入数学模型中，得到各个光伏支路{N
i
|i＝1,2...n}
中所有组件输出总电压的计算值{U
i
|i＝1,2...n}，再对第i个光伏支路N
i
中所有组件输出总电压的计算值U
i
与逆变器直流侧的端口电压采样值U做差得到第i个电压差ΔU
i
＝U
‑
U
i
；
[0010]所述诊断模块根据第i路电流采样值I
i
和电压差值ΔU
i
得到当前时刻第i个支路N
i
的功率P
i
＝I
i
×
ΔU
i
，从而断当前时刻第i个光伏支路N
i
的功率P
i
是否小于所设定的功率阈值ε，其中，ε>0；若小于ε，将标志位flag置“0”，所述采样模块重新进行并行采样；否则，将标志位flag置“1”，所述数据处理模块中的定时器从当前采样时刻t1开始计时，令定时器的初始值time＝t1，所述诊断模块利用传导干扰共模电流检测方法判断是否因电弧故障产生所述第i个支路N
i
的功率P
i
；若是，计算Δt<η时间内的第i个支路N
i
的能量值其中，η为计时器设定的计算能量的时间，T为采样周期，k表示计时器计时期间的采样次数，Δt表示计时器计时的采样时间，Δt＝time
‑
t1，否则，所述采样模块重新进行并行采样；
[0011]当定时器计满规定的时间η时，所述诊断模块依据第i个支路N
i
的能量值J
i
是否大于能量阈值δ以划分电弧故障的等级；若大于，则表明电弧故障危险等级较高，所述通讯模块向光伏电站的监控端发出报警信号，并同时断开第i个支路N
i
的断路器以阻断串联电弧故障，所述断路器等待人工复位；若小于，则表明电弧故障危险等级较低，所述通讯模块向光伏电站的监控端发出提示灯信号，并同时断开第i个支路N
i
的断路器以阻断串联电弧故障，等待故障消失后，所述断路器自动复位，使得所述光伏系统正常工作。
[0012]本专利技术所述的多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置的特点也在于，所述传导干扰共模电流检测方法是在所述汇流箱和所述逆变器之间的输电线上连接一个接地电容，所述接地电容与光伏阵列中对地的寄生电容以及各个光伏支路共同构成共模回路的通路，从所述接地电容所在的线路上获取传导干扰共模电流信号，并将所述传导干扰共模电流信号送入数据处理模块中得到串联电弧特定频段的高频谐波能量值；所述诊断模块依据所获取的高频谐波能量值是否超过预设的高频谐波能量阈值E，若超过，表示光伏系统在当前采样时刻t1发生串联电弧故障，否则，表示未发生串联电弧故障。
[0013]本专利技术一种多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位方法的特点是应用于光伏系统中，所述光伏系统包括光伏阵列、汇流箱、逆变器、电网；所述串联电弧故障定位方法是按如下步骤进行；
[0014]步骤1、所述光伏系统运行中，按照采样频率f对所述光伏阵列中各光伏支路{N
i
|i＝1,2...n}的电流和逆变器直流侧的端口电压进行并行采样，得到n路电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}和逆变器直流侧输入的电压信号U，I
i
表示第i路电流采样值，i＝1,2
…
n，n为光伏支路的总支路数；
[0015]步骤2、对并行输入的n路电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}和电压信号U进行分块储存处理，包括：先构建统一的光伏组串输出特性的数学模型，然后分别将n个光伏支路的电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}代入数学模型中，得到各个光伏支路{N
i
|i＝1,2...n}中所有组件输出总电压的计算值{U
i
|i＝1,2...n}，再对第i个光伏支路N
i...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置，其特征是应用于光伏系统中，所述光伏系统包括光伏阵列、汇流箱、逆变器、电网；所述串联电弧故障定位装置包括采样模块、数据处理模块、诊断模块和通讯模块；所述光伏系统运行中，所述采样模块按照采样频率f对所述光伏阵列中各光伏支路{N
i
|i＝1,2...n}的电流和逆变器直流侧的端口电压进行并行采样，得到n路电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}和逆变器直流侧输入的电压信号U，I
i
表示第i路电流采样值，i＝1,2
…
n，n为光伏支路的总支路数；所述数据处理模块对并行输入的n路电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}和电压信号U进行分块储存处理，包括：先构建统一的光伏组串输出特性的数学模型，然后分别将n个光伏支路的电流采样值{I
i
|i＝1,2...n}代入数学模型中，得到各个光伏支路{N
i
|i＝1,2...n}中所有组件输出总电压的计算值{U
i
|i＝1,2...n}，再对第i个光伏支路N
i
中所有组件输出总电压的计算值U
i
与逆变器直流侧的端口电压采样值U做差得到第i个电压差ΔU
i
＝U
‑
U
i
；所述诊断模块根据第i路电流采样值I
i
和电压差值ΔU
i
得到当前时刻第i个支路N
i
的功率P
i
＝I
i
×
ΔU
i
，从而断当前时刻第i个光伏支路N
i
的功率P
i
是否小于所设定的功率阈值ε，其中，ε>0；若小于ε，将标志位flag置“0”，所述采样模块重新进行并行采样；否则，将标志位flag置“1”，所述数据处理模块中的定时器从当前采样时刻t1开始计时，令定时器的初始值time＝t1，所述诊断模块利用传导干扰共模电流检测方法判断是否因电弧故障产生所述第i个支路N
i
的功率P
i
；若是，计算Δt<η时间内的第i个支路N
i
的能量值其中，η为计时器设定的计算能量的时间，T为采样周期，k表示计时器计时期间的采样次数，Δt表示计时器计时的采样时间，Δt＝time
‑
t1，否则，所述采样模块重新进行并行采样；当定时器计满规定的时间η时，所述诊断模块依据第i个支路N
i
的能量值J
i
是否大于能量阈值δ以划分电弧故障的等级；若大于，则表明电弧故障危险等级较高，所述通讯模块向光伏电站的监控端发出报警信号，并同时断开第i个支路N
i
的断路器以阻断串联电弧故障，所述断路器等待人工复位；若小于，则表明电弧故障危险等级较低，所述通讯模块向光伏电站的监控端发出提示灯信号，并同时断开第i个支路N
i
的断路器以阻断串联电弧故障，等待故障消失后，所述断路器自动复位，使得所述光伏系统正常工作。2.根据权利要求1所述的多光伏支路并联情况下的串联电弧故障定位装置，其特征是，所述传导干扰共模电流检测方法是在所述汇流箱和所述逆变器之间的输电线上连接一个接地电容，所述接地电容与光伏阵列中对地的寄生电容以及各个光伏支路共同构成共模回路的通路，从所述接地电容所在的线路上获取传导干扰共模电流信号，并将所述传导干扰共模电流信号送入数据处理模块中得到串联电弧特定频段的高频谐波能量值；所述诊断模块依据所获取的高频谐波能量值是否超过预设的高频谐波能量阈值E，若超过，表示光伏系统在当前采样时刻t1发...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪海宁，沈钰，赵毅，李浩然，张健，苏建徽，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司，
类型：发明
国别省市：