障电弧检测装置每隔一定的采样时间T1便检测系统的电量信号， 带入至特征量计算式并与此时的设定特征量阈值比较，判断是否发生故障电弧事件。若发 生故障电弧事件，则记为一次故障电弧事件，相应计数变量N计数加一，转向步骤六；若未 发生故障电弧事件，则判断当前光伏系统未发生故障电弧，N即使有值也是偶发因素引起的 故障电弧误判断，清零变量N，转向步骤三。
[0041] 其中，采样时间T1越小，采样频率fi越高，对故障电弧事件发生时刻的检测越准 确，光伏故障电弧检测系统对故障电弧的灵敏度也越高，结合硬件设计考虑，^一般取为 IOkHz?IOOkHz。
[0042] 步骤三、确认系统未发生故障电弧事件后，立即检测查询连接于逆变器与直流故 障电弧检测装置之间的通信线有无MPPT动作信号。
[0043] 光伏系统一旦进入非正常光照条件下，光伏模块受到的光照将会较正常光照动态 持续变化或短时动态变化后进入另一光照稳态。此时光伏系统U-I输出特性曲线将随之发 生变化，必然较正常光照时的U-I输出特性曲线低，变化后的U-I输出特性曲线与未变动的 系统负载特性曲线相交，确定新的系统工作点，触动逆变器中的MPPT算法调整工作点直至 系统输出功率最大。此时，逆变器中MPPT算法动作令逆变器端口跃变发出高电平信号，使 得通信线传输高电平并保持，并随后从另一端口输出光伏系统工作点的变化曲线；若逆变 器中MPPT算法不动作，则逆变器端口输出为低电平并保持。
[0044] 步骤四、直流故障电弧检测装置通过查询检测通信线传输信号得知此时MPPT算 法是否动作。若通信线输入为高电平信号，则判断系统内MPPT算法动作是由光伏块所受光 线变化引起，系统工作点发生变化，此时光伏系统处于非正常光照条件之下，转向步骤五； 若通信线输入为低电平信号，则判断逆变器中的MPPT算法未发生动作，光伏系统工作点未 发生变化，光伏模块处于持续稳定的光照条件之下正常运行，保持原设定特征量阈值不变， 返回步骤二继续进行下一轮故障电弧检测。
[0045] 这里的非正常光照条件通常会引发系统工作点变化，引起系统检测电量偏低导致 初始阈值失效和直流电弧检测装置失效，主要有以下情况：1)光伏系统进入阴雨天气、乌 云连绵、树叶动物长期遮盖等稳定非正常光照天气环境，光伏模块受到的光照将会经历极 短时间的动态变化后进入新的光照稳态，光伏系统输出特性曲线随之变化到新状态；2)光 伏系统遇到卷积云飘过、飞机掠过、树叶飘过、鸟儿飞过等短时光照变化环境下，光伏模块 受到的光照将会经历较长时间的动态变化后恢复至原正常光照稳态，光伏系统输出特性曲 线随之变化到新状态，经过短暂停留后恢复至初始状态；3)光伏系统进入日出日落等短时 光照变化环境下，光伏模块受到的光照将会经历较长时间的持续动态变化，光伏系统输出 特性曲线持续动态变化至新状态。
[0046] 步骤五、确认系统未发生故障电弧事件后，逆变器采集这一时刻下MPPT算法动态 调整的工作点并通过端口输出，直流故障电弧检测装置等待获取通信线传输的新系统工作 点。一旦直流故障电弧检测装置读入此时的新系统工作点后，比照初始设定特征量阈值及 其对应的额定光伏系统工作点，计算得到下一次读入时间段内的新设定特征量阈值。利用 依据系统工作点调整后的新阈值取代原阈值作为特征量判据的设定值，返回步骤二继续进 行下一轮故障电弧检测，由此实现非正常光照条件下的特征量阈值对系统工作点的动态实 时跟踪。
[0047] 本发明方法提出进行下一次故障电弧检测之前查询MPPT算法是否动作，故而获 取MPPT算法真正动作时刻和光伏系统工作点变化时刻的准确程度均取决于故障电弧的检 测频率，也就是系统电量采样频率 fl。
[0048] 步骤六、为了避免偶然因素引起直流故障电弧检测装置的误动作，通过设定故障 电弧事件计数变量阈值Ntl，认为只有故障电弧事件连续发生达到Ntl次后，才认为系统内发 生故障电弧，由此提高直流故障电弧检测装置检测可靠性。若N=Ntl，则判定光伏系统中产 生了故障电弧，直流故障电弧检测装置控制相应线路上的脱扣装置断开断路器，熄灭故障 电弧，并及时向监管人员发出警报，如果进一步要求切除故障光伏块后剩余的光伏组件仍 旧正常运行工作，此时故障光伏块所在光伏串和逆变器端的电量均发生改变，应当根据当 前系统新工作点对这些直流故障电弧检测装置中的特征量阈值重新设立；若N<Ntl,则需 要进一步进行故障电弧检测避免偶发误动干扰故障电弧的判断，此时由于系统可能发生故 障电弧，系统工作点及电量变化可能是由故障电弧引发的，应当保持原设定阈值不变，返回 步骤二继续进行下一轮故障电弧检测。
[0049] 其中，故障电弧事件计数变量阈值Ntl越大，所检测到的系统电量变化是由故障电 弧引发的概率越高，故障电弧检测可靠性也越高，结合快速切断故障电弧的要求考虑，队一 般取为3?5。
[0050] 结合图2,阐述应用本发明的检测方法于包含集成于逆变器的直流故障电弧检测 装置的特定光伏系统。
[0051] 图2中光伏系统1输出直流功率，经断路器6、检测电量装置8输入至逆变器3中， 逆变器3将直流电转变为交流电输送至交流电网7。
[0052] 正常稳定光照条件下，未发生故障电弧时，对应的逆变器端口30始终保持低电平 信号，不会触发逆变器3输出光伏系统工作点的变化曲线，通信线4上并不会传输系统工作 点。此时直流故障电弧检测装置2内的特征量阈值保持不变，通过检测电量装置8计算得 到判别特征量，并始终与原始设定特征量阈值比较，进行正常光照条件下的故障电弧检测 过程。一旦判别故障电弧事件发生，相应计数变量N加1，保持特征量阈值不变继续故障电 弧检测，有效避免新设定阈值受到故障电弧的干扰。只有当该计数变量达到Ntl，才判定光伏 系统中产生了故障电弧，直流故障电弧检测装置2控制脱扣装置5断开断路器6,熄灭故障 电弧，并及时向监管人员发出警报；否则，清零计数变量N排除引发误判的偶然因素，并继 续进行检测判定。
[0053] 而在光伏系统经历卷积云飘过、飞机掠过、树叶飘过、日出日落等短时光照变化环 境或由正常光照环境突然经历长时间的阴雨天气、乌云连绵、树叶动物长期遮盖等稳定非 正常光照天气环境时，光伏系统光照较之前状态发生变化，光伏系统的输出特性曲线发生 变化，触发逆变器3中的MPPT算法动作开始调节光伏系统工作点至最大功率点。此时，逆 变器端口 30保持输出高电平信号，经通信线4触发直流故障电弧检测装置2读入另一逆变 器端口 31所输出的光伏系统工作点变化曲线。直流故障电弧检测装置2获得此时的光伏 系统工作点（P'，U'）后，比照原设定特征量阈值F对应的光伏系统正常光照工作点（P，U)，
【主权项】
1. 一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，其特征在于；该故障电弧检 测方法包括W下步骤： 在光伏系统未发生故障电弧事件的情况下，基于逆变器中的MPPT算法动作信号识别 光伏系统工作点变动，基于光伏系统工作点变动同步调节直流故障电弧检测装置中用于故 障电弧事件判断的特征量阔值，使得所述特征量阔值随着光伏系统工作点中的系统电量的 变化而呈现同样的变化趋势。
2. 根据权利要求1所述一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，其特征 在于；所述故障电弧检测方法具体包括W下步骤： 1) 直流故障电弧检测装置根据所述特征量阔值进行故障电弧检测，并判断当前采样时 刻是否发生故障电弧事件，若发生故障电弧事件，则计数变量N计数，然后转至步骤3);若 未发生故障电弧事件，则清零计数变量N，转至步骤2); 2) 判断逆变器中的MPPT算法是否动作，若动作，则判断当前采样时刻光伏系统进入非 正常光照条件，直流故障电弧检测装置读入逆变器输出的变动后的光伏系统工作点，结合 所述特征量阔值的初始设定值及初始设定值对应的光伏系统工作点计算得到所述特征量 阔值在下一次故障电弧检测时对应的设定值，然后返回步骤1)进行下一次故障电弧检测； 若未动作，则保持所述特征量阔值的当前设定值不变，然后返回步骤1)进行下一次故障电 弧检测； 3) 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N。次，则判定光伏系统 内发生故障电弧，采取相应保护措施；若故障电弧事件未连续发生N。次，则返回步骤1)继 续使用所述特征量阔值的当前设定值进行下一次故障电弧检测。
3. 根据权利要求2所述一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，其特征 在于；所述采样的频率为10曲Z?100曲Z，N。的取值范围为3?5。
4. 根据权利要求2所述一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，其特征 在于；计算所述特征量阔值的设定值中，反映特征量阔值的初始设定值所对应光伏系统工 作点及变动后的光伏系统工作点的系统电量应当一致，该系统电量的数值的改变仅由光照 条件变化引起。
5. 根据权利要求2所述一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，其特征 在于；对于根据故障电弧检测结果切除故障光伏块后剩余的光伏组件所组成的光伏系统， 应根据所述光伏组件对应的光伏系统工作点对所述特征量阔值的设定值进行初始化，然后 按照步骤1)至步骤3)继续进行故障电弧检测。
6. 根据权利要求1述一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，其特征在 于；所述MPPT算法动作信号和光伏系统工作点变动均由直流故障电弧检测装置与逆变器 通信后获取。
【专利摘要】本发明公开了一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，在MPPT算法动态调节系统工作点不是由故障电弧事件引起时，通过使判断故障电弧特征量阈值紧密跟踪MPPT算法调节的系统工作点变动曲线，便能应对光照变化引发故障电弧检测电量动态变动或持续偏低等情形，保障检测装置能随时有效检测到光伏系统内的故障电弧。本发明极大的提高了光伏系统在由天气环境变化等引起的非正常光照条件下的故障电弧检测防范能力，有效解决了光伏故障电弧保护装置在上述情况下原设定阈值失效而引发的拒动问题，弥补了传统检测装置对这些特殊情况下的潜在电弧威胁难以检测的漏洞。
【IPC分类】H02S50-00
【公开号】CN104601105
【申请号】CN201510012155
【发明人】李兴文, 陈思磊, 屈建宇, 陈德桂
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月8日