基于时频域联合阈值判定的光伏电站直流故障电弧在线检测系统

直流故障电弧是引起光伏电站火灾、造成重大损失的主要原因之一。现已提出多种检测方法对直流故障电弧进行防控,但大部分方法需要通过人工电弧进行验证,缺乏现场实用性和可靠性;且光伏电站现场直流故障电弧的偶发性和检测装置的复杂性,导致真实直流故障电弧的检测验证难以实施。针对该问题,基于时频域联合阈值判定法,搭建了云边协同的光伏电站直流故障电弧在线检测系统,并在光伏电站现场对其检测效果进行了实验验证。验证结果表明:该直流故障电弧在线检测系统可有效检测真实直流故障电弧,但存在42.1%的误判率,现场检测的抗干扰性仍需进一步提高;同时,发现了光伏组件MC4端子在直流故障电弧影响下的失效过程,可为MC4端子直流故障电弧类火灾防控技术的研究提供参考。

基于CEEMDAN-HT和SAE的直流故障电弧诊断方法研究

为了解决直流系统中工况变动及负载变更条件下造成的故障电弧识别准确率低的问题,提出了一种基于自适应噪声的完全集合经验模态分解-希尔伯特(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise-Hilbert transform,CEEMDAN-HT)包络谱和堆叠自编码器(stacking automatic encoder,SAE)的直流串联故障电弧诊断方法。首先参考雄安高铁站区直流系统典型负载搭建含混合负载的直流串联故障电弧实验平台,采集多工况下的电流信号并建立故障电弧数据库。其次采用CEEMDAN对原始信号进行分解得到多个固有模态函数(intrinsic mode function,IMF),然后进行HT变换(Hilbert transform)分析包络谱,组成首尾相接的高维特征样本,最后将样本输入SAE模型中学习特征,实现变负载下的直流故障电弧识别。实验结果表明:该方法能够很好地发挥CEEMDAN-HT从原始信号中提取故障电弧特征和SAE无监督学习的能力,不需要人工设置阈值即可准确识别故障电弧并进行负载分类,平均准确率可达98.9%。

包络微分算子增强直流故障电弧特征及其半监督式辨识方法

针对生弧材料弱化故障电弧特征和监督式学习方法依赖于大量标记数据的问题,提出了包络微分算子增强故障电弧特征,并采用半监督学习模型融合该特征辨识直流故障电弧和生弧材料的方法。首先依据UL 1699B搭建直流故障电弧实验平台,采集了铝、黄铜、不锈钢、石墨铸铁以及球墨铸铁常见电力设备材料下的故障电弧信号,再采用包络微分算子增强电弧小波特征,有效提升了多生弧材料条件下的故障电弧特征显著性。然后通过K⁃Means算法进行离群点检测,有效降低了同种生弧材料的特征波动。最后通过采用半监督学习算法MixMatch改进长短期记忆网络(long short⁃term memory,LSTM)模型,实验结果验证了该模型可在有限故障数据条件下获得比现有监督式学习模型更高的故障电弧和生弧材料辨识性能,为直流故障电弧精准运维提供了可行的技术手段。

光伏系统直流故障电弧实验研究

光伏系统中的直流故障电弧严重威胁光伏系统的安全运行,由于其随机性和不稳定性且不具有交流电弧的零休现象,使得光伏系统中的直流故障电弧难以检测。研究光伏系统直流故障电弧的特性及其有效的检测方法对保障光伏系统运行的安全性和可靠性具有重要意义。设计了一套光伏直流故障电弧实验系统并有针对性地研究了光伏系统中直流故障电弧的特性和检测方法,提出了经验模态分解(EMD)算法和概率神经网络(PNN)算法相结合的光伏系统直流故障电弧检测方法,综合实验数据分析表明该方法能有效检测光伏系统中直流故障电弧。

直流故障电弧研究综述

基于直流故障电弧较交流故障电弧所存在的独特特征,强调了直流故障电弧研究的差异性,阐述了目前工程实践工况下导致不同类别直流故障电弧的原因。以时域、频域、时频域的视角讨论了现有的直流故障电弧检测方法,指出了直流故障电弧建模、产生、定位等多个延拓研究层面,更进一步地强调了直流故障电弧检测多信息融合的趋势及其多类型甄别、精确定位等问题。

光伏系统直流故障电弧研究现状及发展趋势

光伏系统中的直流故障电弧严重危害光伏系统的安全运行。研究光伏系统直流故障电弧的特性及检测方法对保障光伏系统运行的安全性和可靠性具有重要意义。介绍了光伏系统中直流故障电弧产生的原因及分类、国内外对光伏系统直流故障电弧的研究成果,对比分析了光伏系统中直流故障电弧的定位方法以及检测原理和检测方法,综述了故障电弧断路器的研究现状和发展方向。最后,对光伏系统直流故障电弧研究的发展趋势进行了展望。

直流故障电弧稳态传热特性仿真研究

直流系统中的故障电弧具有持续性,其产生的高温会释放能量诱发可燃物燃烧。直流故障电弧难以检测又极具危害性,该文针对直流故障电弧的温度分布,基于磁流体动力学建立了直流故障电弧稳态传热数值模型,对不同电路电压、电阻、电极间距下的放电过程进行系统的数值研究,得到直流故障电弧的稳态传热模型的温度分布。在模型计算结果的基础上,揭示了电弧最高温度变化规律及电弧热源对于电极内部温度的传热规律。研究表明,电弧最高温度会随电阻的增大呈反比例下降趋势,随电极间距的增大呈现分数指数上升规律,随电路电压在一定范围内呈现线性增长,但随电压增加温升速率减小;电弧温度的提高会使靠近电弧侧的电极导体具有较高的温度下降速率,该速率会随着导体的延长而降低;电极间距的增大会使电弧最高温度向尖端电极偏移。

分布式光伏发电系统直流故障电弧保护装置测试和评估技术的研究与探讨

针对分布式光伏发电系统直流故障电弧发生的原理、常见评价手段及功能检测评估方法等方面进行了综合论述,为分布式光伏发电系统直流故障电弧保护装置的测试和评估提供了一些建议。

直流故障电弧检测技术综述

直流故障电弧检测技术在许多领域特别是新能源行业和通信行业具有广大的应用前景。总结了直流故障电弧发生的原因和分类,并对故障电弧进行分析。阐述了不同故障电弧检测方法的机理,列举了当前直流故障电弧检测技术存在的一些问题和注意事项。最后借助于多参量信息融合、互联网技术和人工智能技术,展望了直流故障电弧检测的发展前景。

光伏系统直流故障电弧检测装置的研制

分析了光伏系统直流侧故障电弧检测的研究现状,并结合常用的时、频域检测方法,对不同光伏系统及运行工况进行直流故障电弧的检测测试。通过测试结果,总结了直流故障电弧的时、频域特性,以及不同系统、工况对直流故障电弧检测的影响。最后,提出一种支持向量机与自适应消谐波相结合的直流故障电弧检测方法,并研制了光伏系统直流故障电弧检测装置,可用于不同光伏系统及工况下的直流故障电弧检测,同时验证了装置的有效性。

光伏直流系统故障电弧检测方法研究综述

直流故障电弧,特别是串联故障电弧是光伏系统(PV)发生火灾的重要原因。如果不及时发现和中断,此类危险事件可能导致灾难性火灾,将对人身安全和财产构成严重威胁。文中分析了直流故障电弧发生的机理和故障特征;综述了近几年光伏发电系统中直流故障电弧检测、定位方法。对近年发表的论文进行技术细节的总结和讨论;最后,针对直流系统,从实际应用的角度出发指出了当前亟需解决的问题,并展望了未来直流故障电弧检测以及故障电弧定位的应用场景和研究方向。

基于时频域参数分析的直流电弧故障检测装置

针对现有的直流电弧故障检测方法容易受到环境影响,无法实现精准检测,且算法结构复杂,难以部署于实际应用,基于短时傅里叶变换设计一种直流电弧故障检测算法。通过分析电弧电流信号在频域上的幅值变化趋势,将频谱划分为不同的阶段,计算不同阶段频率积分的比值,根据大量实验结果得到判定的阈值从而实现电弧故障检测。最后,选择合适的单片机实现检测算法并进行测试,验证所提算法的有效性。结果表明,所提算法不仅能在多种类型负载并联的情况下及时检测出电弧故障,检测的准确率可达94.4%,而且在面对正常状态电流时的误判率为0,证明其具有较好的稳健性。

基于逻辑回归的直流串联电弧故障检测算法与设计

针对光伏系统中直流串联电弧故障,搭建了直流电弧试验平台。利用霍尔电流传感器获得大量故障电流数据,从数据的时频域中提取了四个能反映电流与电弧故障关系的特征量;提出一种计算特征量变化量的方法,有效避免了传统固定阈值比较法难以适用于复杂多样工况的问题;利用机器学习逻辑回归方法,得到电弧故障的检测参数,通过大量数据验证,发现几乎不会有电弧错报情况。所提算法能够运用于嵌入式设备并部署在光伏系统用于电弧检测。

基于电磁辐射时延估计的串联光伏直流电弧故障定位方法

串联直流电弧故障是光伏系统电气火灾的主要诱因,在系统运维中不仅需要识别电弧故障,更需要确定电弧故障的发生位置。针对光伏串联直流电弧故障定位问题,该文提出一种基于电弧电磁辐射信号广义互相关时延估计的故障定位方法。搭建光伏串联直流电弧故障定位试验平台,分析光伏串联直流电弧电磁辐射信号特性,其在电弧产生初期具有明显的脉冲变化特征,且电弧电磁辐射信号强度与电流变化率成正比。通过对比分析,选取性能较为均衡的Vivaldi天线进行电弧电磁辐射信号测量,其带宽为100 MHz~1 GHz。采用4根天线构成的Vivaldi天线阵列进行电弧故障定位,其天线分别位于棱长1 m的正三棱锥顶点。利用最大似然加权算法进行广义互相关时延估计的加权处理,减少信号噪声影响;同时用最小二乘法进行电弧电磁辐射信号互相关频谱峰值拟合,从而减小频谱计算中栅栏效应的影响。试验结果表明,所提方法的定位误差在15%以内,为基于电弧电磁辐射的故障定位策略应用提供了依据。

直流微电网系统电弧故障特征及检测方法

直流微电网电弧故障发生位置分散,易被变换器高频噪声淹没,难以进行检测。针对现有直流电弧故障保护方法在直流微电网中应用时存在误动作和拒动作的问题,搭建直流微电网故障电弧实验平台,开展了不同位置串并联故障电弧实验,从时频域角度对直流微电网故障电弧信号特性进行研究,采用快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)分析微电网直流母线电流信号,将得到的频谱进行分段积分,将电弧信号10 Hz~10 kHz、20~30 kHz、40~50 kHz这3个特征频段积分值作为第一特征,采用互补集合经验模态分解(complementary ensemble empirical mode decomposition,CEEMD)算法进行时频分析,将母线电流信号分解成若干各本征模态分量(intrinsic mode function,IMF),计算各分量能量值,比较分析选取局部分量IMF7和IMF8的能量作为第二特征。在此基础上,提出基于阈值比较的故障电弧检测方法。研究结果表明:所提方法能够准确实现不同位置的串并联故障电弧检测,且在负载投切和变换器动态调整时未发生误判,为开发可靠的电弧故障检测与灭弧装置提供参考.

基于高斯过程分类的串联直流电弧故障检测

随着可再生能源和电力电子技术的飞速发展,直流系统在各个领域都得到了广泛应用。但由绝缘损坏、接头松动等原因引起的直流电弧故障是威胁直流系统正常运行的主要因素。为了解决直流电弧故障由于不存在过零点和平肩现象而难以检测的问题,文中将高斯过程模型引入电弧故障研究,进行不同负载下串联直流电弧故障试验。通过提取电流差均值、谐波能量和组成特征向量,利用高斯过程分类进行电弧故障训练、预测分类。试验结果表明,该检测方法能够准确识别电弧故障。

光伏电站中直流电弧故障的噪声强度分析

针对大型光伏阵列中不同位置的直流串联电弧或并联电弧故障,基于电弧静态伏安特性和光伏阵列输出I-V特性,分析电弧的稳态工作点和电阻特性,进而定性推断电弧电流信号噪声的强度关系。结合实验测试,从电弧电流频域分量大小的角度,明确了光伏阵列不同位置的同类型电弧故障检测的难易程度,为大型光伏电站中各种位置的电弧故障有效检测提供了参考。

光伏系统直流串联故障电弧检测方法

故障电弧是光伏系统电气火灾事故的常见原因,研究可靠的光伏系统直流故障电弧检测方法对保障系统运行和人身安全有重要意义。首先搭建了光伏系统直流故障电弧实验平台,采集了故障电弧典型电信号;接着对其进行了稳定性分析、时变性分析、相关性分析和随机性分析,并以特征显著、计算量小、抗干扰强为比选条件,选取欧拉特征作为故障电弧检测的最优特征;然后构建了故障电弧检测算法,算法以多阈值判断体系为核心发掘故障电弧差异于系统暂态过程的特征模式;最后,将算法硬件实现后在系统中再进行实验测试。结果表明,所提出的算法对不同光伏系统工作点和电弧产生方式条件下的故障电弧均可在0.5 s内实现正确检测。

建筑直流供用电系统故障电弧检测技术研究综述

直流供用电系统集成光伏、储能、直流配电、柔性用电为一体,是目前建筑和电力行业的研究热点。直流电不过零点,直流电弧一旦产生将很难自行熄灭,产生火灾风险大,需要对直流故障电弧做有效识别及可靠保护。通过综述光伏、电储能、电动汽车、飞机、船舶、特/超高压等直流场景下故障电弧的研究现状,总结了典型场景下故障电弧检测方法并分析了建筑直流供用电系统的适用性。结合格力光伏未来屋直流社区真实场景,搭建故障电弧测试平台实测,提出构建单一用电电器的仿真模型及内置故障电弧检测专用算法,指出了建筑直流供用电系统电弧检测的技术研究方向,可为建筑直流供用电系统的故障电弧试验规范制定及检测技术研究提供支撑。

一种基于SVM的直流电弧故障检测方法

直流电弧故障检测方法能够在低压直流电源系统中实时准确地检测出电弧故障的发生。针对电动自行车电池系统,提出一种基于支持向量机SVM的直流电弧故障检测方法,该方法包括电流电压时域和频域特征量提取、特征量数据预处理和直流电弧故障SVM分类器三部分,可根据特征量通过SVM分类器来判别电弧故障。在SVM分类器设计中还采用粒子群优化算法结合K折交叉验证寻找最优SVM参数,以优化分类器的分类性能。实验结果表明,该方法能够准确有效地检测出发生的直流故障电弧。