CN113437723A - 故障电弧的检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了故障电弧的检测方法，涉及到电弧检测领域。故障电弧的检测用于检测待测线路是否存在故障电弧。在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻作为起始时间而开始计时，先行计时到一个第一时刻、然后再计时到一个另外的第二时刻；继续监测直流电弧再现的时间点与第一、第二时刻之间的关系：若第一时刻到第二时刻这段时间内再次出现了直流电弧，则判定是真实的故障电弧事件。若第一时刻到第二时刻这段时间内没有再出现直流电弧，则判定直流电弧是可以忽略的偶发性电弧事件或者直接就是意外发生的非故障电弧事件。

Description

故障电弧的检测方法
技术领域
本发明主要涉及到电弧检测领域，更确切的说，涉及到应用于光伏发电***的用于检测直流电弧现象的故障电弧检测方法。
背景技术
鉴于传统化工能源的短缺和电力技术的发展，太阳能受到广泛的关注，太阳能在电力的应用上须满足安全用电。太阳能中常见的电弧是气体放电现象，电流流经诸如空气之类的绝缘介质所产生的火花是气体放电的直观表现。尽早发现电弧以及灭弧，是维持太阳能***安全可靠的关键要素。尽管光伏领域试图寻找电弧现象的共性和规律，以找到精确检测电弧的有效手段，然而难以回避的事实情况是：目前在业界很难针对电弧给出合理并严谨的检测机制亦很难设计出相应的精确检测仪器。市面上能够真实有效的检测出电弧的量产型产品寥寥可数，直流电弧检测产品面对的近乎是空白的市场。本申请的目标是检测出光伏***中存在的直流电弧故障以避免拉弧现象引发的火灾事故。
按照电流性质划分电弧大致可分为直流电弧和交流电弧。交流电应用时间较早及交流电弧相对容易识别、已经存在成熟的检测方法和商业化产品，然而光伏***的起步时间较晚再加之直流电弧的外在特性与交流电迥然迥异，例如直流电并没有交流电那样的存在着交流过零点的特征，因此光伏无法套用交流电弧的检测手段。影响直流电弧性质的变量原本就纷繁复杂和多样化，又因光伏使用环境的不同更促使电弧复杂化：所以要建立直流电弧的数学模型比较困难。尽管部分电弧模型被提及但这些简化模型通常是基于电弧的某些孤立特性或若干个极其有限的特性而进行的研究，事实上光伏环境中必然存在的各类噪声和电力***的偶发性干扰极易误导直流电弧检测，造成误导性的结果。动态变化的辐照强度和环境温度及电路中大量存在的开关噪声等都是误判漏判的干扰源。
当前主流的故障电弧检测手段的检测能力差的主因是：需要先行定义出一套或多套故障电弧参数模型，将实际检测到的电流信息与故障电弧参数模型比对，如果实际检测到的电流相关信息符合故障电弧参数的模型则认为发生了真实的电弧事件、反之若实际检测到的电流相关信息不符合故障电弧参数模型则认为未发生真实电弧事件。最大的弊端是每个待测场景的电力***均存在差异、每个待测场景的逆变器型号亦不同，所以传统故障电弧检测手段总是存在检测误差甚至错误，这些固有的弊端几乎不可抗拒。
光伏电力中接触不良和老化短路引起拉弧起火的事故越来越频繁，可见直流电弧故障检测在光伏***中日益重要。直流电弧故障是电气类火灾的罪魁祸首，光伏***一旦发生了直流电弧故障，由于没有过零点保护、且光伏组件在阳光照射下产生源源不断的能量则使***的故障电弧存在稳定的燃烧环境。倘若不及时有效地予以灭弧，会产生数百摄氏度甚至数千摄氏度以上的高温并引发火灾，火灾事故点的某些物质熔化通常会蒸发产生大量的有毒有害气体，并危及人身生命安全和导致社会经济遭受重大损失。
总而言之，因电弧的频谱特征变化多端，如果单纯从频谱特征去判断是否存在着真实的直流电弧则是难以完成的任务：缘由是作为比对目标的故障电弧参数模型之标准在当前并无统一定论，制定标准电弧参数模型的意义不大。再者实际检测到的电流相关信息必然会或多或少的存在着天然的误差，这都是无法测到电弧或误报电弧的因素。
发明内容
本申请涉及到一种故障电弧的检测方法，用于检测待测线路是否存在故障电弧：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻作为起始时间而开始计时，先行计时到一个第一时刻、然后再计时到一个第二时刻；
继续监测直流电弧再次出现的时间点与第一、第二时刻之间的关系：
若第一时刻到第二时刻这段时间内再次出现了直流电弧，则判定直流电弧是真实的故障电弧事件；
若第一时刻到第二时刻这段时间内没有再出现直流电弧，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
上述的方法，其中：所述待测线路包括由光伏组件向逆变器供电的直流线路。
上述的方法，其中：引起所述非故障电弧事件的原因至少包括逆变器引入到直流线路上的谐波干扰。
上述的方法，其中：发生真实的故障电弧事件时切断所述直流线路，发生可忽略的偶发性电弧事件时或发生非故障电弧事件时不切断所述直流线路。
上述的方法，其中：检测待测线路上的代表直流电弧情况的高频电流分量，当所述高频电流分量的值不低于设定的阈值时，表示在待测线路处初步检测到直流电弧。
上述的方法，其中：利用电弧传感器检测待测线路上的用来代表直流电弧情况的高频电流分量，高频电流分量的值不低于设定的阈值，表示在待测线路处初步检测到直流电弧。
本申请涉及到一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，继续监测直流电弧所出现的时间间隔是否在一个预设时间的范围之内：
只有所述时间间隔不超过该预设时间才判定直流电弧是真实的故障电弧事件，否则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
本申请涉及到一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，同步监测直流电弧重现所需的时间是否超过了一个预设时间，所述待测线路包括由光伏组件向逆变器供电的直流线路：
如果直流电弧重现所需的时间超过该预设时间或者直流电弧不再重现，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件，此时不切断直流线路；
如果直流电弧重现所需的时间不超过该预设时间，判定直流电弧是真实的故障电弧事件并且直接切断直流线路。
上述的方法，其中：可忽略的偶发性电弧事件包括直流电弧引起的燃烧闪现一下却自行熄灭的情况；引起非故障电弧事件的原因包括逆变器在执行直流转交流的工作过程中引入到直流线路上的谐波干扰。
本申请涉及到一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻作为起始时间而开始计时，直至计时到一个事先设计的预设时间；
继续监测直流电弧再次出现的时间点与该预设时间之间的关系：
若在该预设时间内再次出现了直流电弧，则判定直流电弧是真实的故障电弧事件；
若在该预设时间内没有再出现直流电弧，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
本申请涉及到一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
利用处理器来判断待测线路中的直流电弧情况，所述处理器存储有用于判断直流电弧是否是真实的故障电弧事件的电弧检测程序，所述电弧检测程序被所述处理器运行时所执行的步骤包括：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，触发所述处理器同步计算直流电弧再次重现所需的时间是否是超过了一个预设时间：
如果直流电弧重现所需的时间超过该预设时间或者直流电弧不再重现，则所述处理器判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件，所述处理器给出不切断直流线路的第一指示或第一指令；
如果直流电弧重现所需的时间不超过该预设时间，则所述处理器判定直流电弧是真实的故障电弧事件并给出需切断直流线路的第二指示或第二指令。
本申请涉及到一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
利用配置有处理器的电弧传感器来检测待测线路中的直流电弧情况，所述处理器存储有用于判断直流电弧是否是真实的故障电弧事件的电弧检测程序，所述电弧检测程序被所述处理器运行时所执行的步骤包括：
在电弧传感器初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，触发所述处理器同步计算直流电弧再次重现所需的时间是否是超过了一个预设时间：
如果直流电弧重现所需的时间超过该预设时间或者直流电弧不再重现，则所述处理器判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件，所述处理器给出不切断直流线路的第一指示；
如果直流电弧重现所需的时间不超过该预设时间，则所述处理器判定直流电弧是真实的故障电弧事件并给出需切断直流线路的第二指示。
附图说明
为使上述目的和特征及优点能够更加明显易懂，下面结合附图对具体实施方式做详细的阐释，阅读以下详细说明并参照以下附图之后，本发明的特征和优势将显而易见。
图1是光伏组件先串联再并联并为执行逆变的逆变器供电的光伏发电***。
图2是故障电弧检测***所展示的部分电路模块以及高频分量的处理过程。
图3是待测线路存在故障电弧事件或偶发性电弧事件或者非故障电弧事件。
图4是用虚线表示逆变器引起的干扰或表示没有持续燃烧而可忽略的电弧。
图5是用实线表示待测线路初步检测出的直流电弧是真实的故障电弧事件。
图6是如果发生真实的故障电弧事件时需要切断直流线路以消除拉弧燃烧。
图7是如果发生真实的故障电弧事件时则拉弧的持续燃烧现象会非常密集。
图8是偶发性电弧事件或者是非故障电弧等现象引起的直流电弧不再重现。
图9是某些情况下直流电弧重现所需要的时间超过了定义的一个预设时间。
具体实施方式
下面将结合各实施例，对本发明的方案进行清楚完整的阐述。所描述的范例仅仅只是用作叙述说明所用的实施例而非全部的实施例，基于该等实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的方案都属于本发明的保护范围。
参见图1，光伏组件阵列是光伏发电***从光能到电能转换的基础。图示的光伏组件阵列中安装有电池组串。关于电池组串：每一个电池组串由多个相互串联连接的光伏组件串接构成，光伏组件还可以替换成燃料电池或化学电池等直流电源。多个不同的电池组串它们之间是并联连接的关系：虽然每一个电池组串由多个光伏组件构成而且内部的多个光伏组件是串联的关系，但是多个不同的电池组串彼此之间是相互并联的连接关系并且共同向光伏逆变器INVT之类的能源收集装置提供电能。在某个电池组串中本申请以串联型的多级光伏组件PV1-PVN为例，它们各自的输出电压相互叠加后将总的具有较高电势的串级电压提供给逆变器INVT，逆变器INVT汇聚串联的多级光伏组件各自的输出功率后再进行直流电到交流电的逆变。诸多电池组串如ST1-STK彼此间是并联连接关系且各组串的串级电流汇总后的总电流视为逆变器的输入电流。K和N是大于1的正整数。
参见图1，当前对于光伏发电***直流侧电弧故障检测的两类方法之第一类是基于电压电流波形变化的检测方法。在电弧故障发生时电弧两端的电流会瞬间变化而电弧两端的电压也瞬间变化。此类方法的优点是检测方法的原理容易理解，且电压和电流是能轻易检测和测量的对象，故而是普遍采用的方案。但由于光伏发电***受光照强度和环境温度等因素的影响较大，输出电流电压的幅值天然的就具有不稳定性，例如阴影遮挡或者光照的忽强忽弱都会产生电流和电压的瞬时变化，再者逆变器输出的交流电导致输入侧与生俱来的电流脉动亦会改变光伏组件的输出特性。因此此类方法的弊端之一就是很难区分电流和电压的变化是由环境原因造成的还是由于电弧故障引起的变化。
参见图1，当前对于光伏发电***直流侧电弧故障检测的两类方法之第二类方法是基于频率特性的检测方法。电弧伴随着高频杂波信号并体现电弧特征，正常工作情况下这些高频杂波信号不会出现。因此这些信号的出现表明有直流电弧故障。部分商家基于第二类方法生产了专用的直流电弧故障检测器。以上检测均是在光伏组件和汇流箱或逆变器端所进行的检测，是对整个光伏***直流侧电弧故障检测而非组件级的检测。当电弧故障出现时会出现火灾隐患，现有的方案无法快速定位故障点，需要运维人员对所有光伏组件和线缆再次排查，工作量巨大且效率低下，安全隐患较大。排除故障电弧的时间导致整个光伏***的关停，不仅仅难以做到及时准确并快速的预警处理与事件响应，进一步还会造成电站发电收益的损失。传统电弧故障检测方案的最大弊端是漏判和误判，光伏***本身存在着大量的开关噪声和环境因素都会对真实电弧检测造成干扰。因此实施组串级别的电弧检测也即排查出发生电弧的具体组串显得尤为重要且也最棘手。
参见图1，当前光伏电弧故障技术都是采用被动的检测技术。具体而言就是通过检测分析光伏组串的电流或电压的高频特征，来分辨***中有没有电弧故障。光伏***有三大因素导致了这种方法实现起来非常困难：第一是光伏***当中有诸多干扰源，尤其是逆变器的干扰，逆变器处于不同工况，对直流组串侧上的电流和电压干扰也不同，且这个干扰也与逆变器的交流侧有关。这类不确定性的干扰给电弧检测带来巨大的困难。第二是许多情况下直流电弧非常稳定，对电流或电压的改变不是十分明显，这样增加了通过电流或电压特征来识别电弧的难度，本申请的目标之一是克服该些疑虑。第三是不同光伏电站的现场布线和运行环境都不同，针对不同电站很难找出统一的一套电弧识别方法。
参见图1，光伏组件是一种非线性较强的直流电源，光伏组件输出的实时电流电压随光照强度和环境温度等的变化而实时变化，任意一条特征曲线都存在唯一最大功率点且最大功率点对应着唯一的光伏组件输出电压。光伏组件的实时功率点总是随着光照和温度及遮挡程度等因素的变化而变化，母线流经的电流也随这些因素的变化而变化。
参见图1，直流电弧是气体放电现象、绝缘情况下产生高强度瞬时电流。跟交流电弧不尽相同的是，直流电弧没有过零点，意味着如果发生了直流电弧故障，触发部位会维持相当长一段时间稳定燃烧而不会熄灭。在光伏电站中电缆接头没有拧紧，导致的接触不良以及接插件或某些开关的可靠性问题、绝缘层长时间老化、由于外力导致绝缘层破损等状况都会造成直流电弧。随着电站运行时间增加，出现直流电弧的概率也增加。不考虑其他接触件以及绝缘部位，在10MW的分布式电站中光接触点便超过了80000个从而它们时刻存在发生直流电弧的可能性。即便在25年的电站运行时间内只有1/1000接触点可能发生直流电弧，该电站也会发生80次直流电弧事件，火灾的概率非常之高。
参见图1，第一个光伏组件PV1的输出电压为VO1、第二个光伏组件PV2的输出电压记载为VO2，依此类推，第N个光伏组件PVN的输出电压为VON：以至于第一串即左侧的组串ST1上的总串级电压通过计算大约为VO1+VO2+…VON＝V1。不同的多组电池组串并联连接并为逆变器供电。多级光伏组件PV1至PVN是串联连接，多级光伏组件各自输出电压相叠加至传输线上。传输线的电压较之单个光伏组件高得多，如图所示逆变器从传输线上将直流电的传输线电压逆变转换成交流电，这是传统的方案。光伏组件串联连接构成组串且逆变器会竭力让组串工作在最大工作点。
参见图1，前文是以第一串组串ST1作为可选范例来阐释说明的。再譬如以任选的某个组串STK：第一个光伏组件PV1的输出电压为VO1、第二个光伏组件PV2的输出电压记载为VO2，依此类推，第N个光伏组件PVN的输出电压为VON。以至于第K串即右侧的组串STK上的总串级电压通过计算大约为VO1+VO2+…VON＝VK。总的串级电压其实就是直流母线的母线电压，母线电流在下文会继续介绍。
参见图1，在分布式或集中式光伏电站中值得关注的问题是：阴影遮挡造成众多光伏组件间的失配。问题还在于：光伏组件的电池输出特性体现在输出电压和输出电流与光强及环境温度等外部因素存在着密切的关联，外部因素的不确定性，导致最大输出功率和最大功率点的对应电压跟随外部因素的变化而变化。例如光伏组件输出的功率功率具有随机性和剧烈的波动性，而这种随机的不可控的特性，有很高的几率对电网造成较大的冲击而且也还可能对一些重要负荷运行造成负面的影响。基于这些疑虑，考虑外部因素而实现光伏组件最大功率点追踪是业界实现能量和收益最大化的核心目标。
参见图1，随着环境和传统能源问题的日趋严峻，光伏发电技术已被越来越多的国家和地区所重视并将其视为优先发展对象，光伏发电又是新能源发电技术中最成熟和最具开发条件的规模发电方式之一。太阳能光伏组件在当前主流技术的方向分为单晶硅太阳电池和多晶硅太阳电池、非晶硅太阳能电池等，硅电池要求的使用年限一般高达二十多年的寿命所以对光伏组件的长期性和持久性管控是必不可少的。众所周知的问题是很多因素都会导致光伏组件的发电效率降低，例如光伏组件自身之间的制造差异、安装差异或阴影遮挡或最大功率追踪适配等因素都会引起效率低下。以阴影遮挡为范例，如果部分光伏组件被云朵或建筑物或树影或污垢等类似情况遮挡后，部分组件就会由电源变成负载而不再产生电能并消耗其他光伏组件的输出功率。还例如当出现同一串电池板因为产品一致性问题不好或发生阴影遮挡等导致部分电池不能正常发电时，整串的电池组串的效率损失很严重而且逆变器尤其是集中式的逆变器接入的电池板阵列很多时，会导致各个组串的电池板不能够在自己的最大功率点运行，这些都是电能和发电量的损失的诱因。由于光伏组件在发生热斑效应严重的地方局部温度可能较高，有的甚至超过150℃，导致组件局部区域烧毁或形成暗斑、焊点融化、封装材料老化、玻璃炸裂、焊带腐蚀等永久性破坏，会给光伏组件的安全性和可靠性造成极大地的隐患。毫无疑虑，光伏***亟待解决的问题就是对光伏组件的实时管控以及对光伏组件的管理，具体需求是能够实时地管控每一块被安装的光伏电池板的工作状态和工作参数，能可靠地对光伏组件的电压异常、电流异常、温度异常等异常情况进行预警并采取某些应对措施，这对发生异常的电池组件采取类似于组件级主动安全关断或其他的应急断电措施是十分有意义和十分必要的。
参见图1，逆变器INVT可集成最大功率点追踪MPPT功能。光伏发电受温度和辐照度的影响很大，为了在相同条件下获得更多的电能，提高***的运行效率，光伏电池的最大功率点追踪成为光伏产业发展中长期面临的问题。早期对光伏阵列最大功率点追踪技术的研究主要是定电压跟踪法、光伏阵列组合法以及实际测量法。定电压跟踪法实际上是等效于稳压控制，并没有达到最大功率点跟踪的目的。光伏阵列组合法是针对不同的负载调节光伏阵列串并联的个数，不具有实时性。实际测量法是用额外的光伏阵列模组以建立光伏阵列在一定日照量及温度时的参考模型，这种方法没有考虑实时的遮蔽情况和各电池板的差异性。目前光伏阵列的最大功率跟踪方法主要分为基于数学模型的方法、基于扰动的自寻优法和基于智能技术的方法。基于数学模型的方法是以建立优化的数学模型为出发点来构造求解方法及光伏阵列特性曲线，从而得出光伏阵列的最大功率之输出，所以光伏电池的等效电路模型及各种参数的正确性是需要着重考虑的。
参见图1，功率优化之常用的MPPT方法的原理及特点：如早期用于光伏组件的输出功率控制主要利用电压回授法Constant Voltage Tracking，这种跟踪方式忽略了温度对太阳电池的开路电压的影响，所以开路电压法和短路电流法被提出来了，它们的共性基本是非常近似的处理最大功率点。为了更精准的捕获最大功率点，扰动观察法和占空比扰动法甚至电导增量法等被提出来了。扰动观察法原理为测量当前阵列功率，然后在原输出电压上再增加一个小电压分量扰动，输出功率会发生改变，测量改变后的功率并比较改变前后功率的大小即可知道功率变化的方向，如果功率增大就继续使用原扰动而如果减小则改变原扰动方向。占空比扰动工作原理为：光伏阵列和负载之间的接口通常采用脉冲宽度调制信号控制的电压变换器，从而可通过调整脉冲宽度调制信号的占空比来调节变换器的输入与输出关系，从而实现阻抗匹配的功能，因此占空比的大小实质上已经决定了光伏电池的输出功率的大小。电导增量法与前述扰动观察法可说是殊途同归，最大的差别仅仅在于逻辑判断式与测量参数，虽然增量电导法仍然是以改变光伏电池输出电压来达到最大功率点但是借着修改逻辑判断式来减少在最大功率点附近的振荡的现象，使其适应于日照强度和温度瞬息变化的气候。实际测量法、模糊逻辑法、功率数学模型、间歇扫描跟踪法以及最优梯度方法、三点重心比较法等属不太常用的最大功率点追踪法。藉此可以获悉在光伏能源业界使用的所谓MPPT算法是多样性的，本申请不再重复赘述。
参见图1，光伏组件阵列是光伏发电***从光能到电能转换的基础。光伏组件阵列中装有电池组串，每个电池组串由串联的光伏组件PV1至PVN串接构成。光伏组件阵列提供的总电能由直流传输线输送给能源收集装置或能量收集装置，能源收集装置含如图所示的将直流电逆变成交流电的逆变器INVT或包括为蓄电池充电的充电器。通常每个光伏组件的正负极之间连接有与光伏组件并联的旁路二极管，以便在光伏组件的输出功率下降时该光伏组件可以被与其配套的旁路二极管予以旁路掉，而不是让输出功率下降的光伏组件进入负压区否则会导致光伏组件两端的极高功率耗散，甚至会引起燃烧。
参见图1，每个组串的功率与电压曲线中，相同的环境条件下每个组串具有唯一的最大输出功率点，在最大功率点左侧光伏组件的输出功率随光伏组件的输出电压上升而呈现出上升的趋势。到达最大功率点后，光伏组串的输出功率又迅速下降，而且下降的速度远大于上升速度，即最大功率点右侧光伏组件的输出功率随光伏组件的输出电压上升而呈现出下降的趋势。组串最大功率点对应的输出电压约等于其开路电压的78-80％左右。
参见图1，各个组串ST1-STK各自的串级电流汇总后的总电流100被视为功率转换装置即逆变器INVT的输入电流，并联的各组串ST1-STK产生的直流电提供给逆变器以实施直流电到交流电的逆变转换。电弧初步勘察如在汇流的总电流100处来予以监测和得到初步勘察结果、当然也可以是直接在各组串ST1-STK处直接勘察。
参见图2，由电弧传感器DETC检测组串ST1-STK之串级电流予以汇总之后的总电流的电流特性。该电弧传感器DETC：通常配置有处理器和额外的用于检测电流的外设硬件譬如电流数据由电流传感器等外设硬件采集，电流数据传递给处理器的前提下处理器可用于分析总电流的电流特性。与处理器具有相同功能的等同器件：逻辑器件、软件驱动或者复数的微处理器或门阵列、状态机、控制器、单片机及芯片等。该电弧传感器可以直接集成到逆变器当中，因为汇总的总电流本身就要输送给该逆变器。当然该电弧传感器也可以作为独立的模块，且允许它和逆变器建立有线或无线通信关系。如果该电弧传感器不单独配置任何处理器则其电流数据可以传递给其他处理器来完成电流特性的分析。
参见图2，该电弧传感器DETC可用霍尔电流传感器等从母线或直线处感应出待测线路上的电流，电流处理模块301配置有微分电路和带通滤波器。电流传感器感应到的电流信号被微分电路进行微分处理然后将处理结果输给带通滤波器，带通滤波器对微分处理结果来滤波，选通出电流中落在事先定义好的预设频段范围的目标分量，此目标分量又可称之为检测待测线路上的用来代表直流电弧情况的高频电流分量。落在预设频段范围内的目标分量或曰高频电流分量是对电弧敏感的频率信号，将除了预设频段范围的其他信号过滤是必要的。一个微处理器302对高频电流分量进行采样和数字处理，高频电流分量不低于设定的阈值时表示在待测线路处初步检测到了直流电弧现象。
参见图1，在可选的实施例中，故障电弧检测方法用于检测某些待测线路是否存在故障电弧而待测线路包括光伏组件向逆变器INVT供电的直流线路。这里的直流线路既可以是图中的直流母线也可以是串接起任一组串的支线线路。任一组串例如STK等均是被连接在一对直流母线间，图示的总电流100其实就是直流母线的母线电流。与此相对的支线则是用于将某个组串独立的串接起来，如组串ST1中光伏组件PV1-PVN被一个支线串接起来、而组串ST2中光伏组件PV1-PVN被另一支线串接起来，所以认为每个电池组串当中光伏组件PV1至PVN是被一个支线线路串联起来的。总之前述待测线路既可以是直流母线也可以是串接起任何一串光伏组件的支线线路或其他场合的直流线路。
参见图2，防止误判断是故障电弧保护技术的重要课题之一。譬如误判断状况包括正常的工作电弧、浪涌电流、非正弦波形、多种负载、交叉干扰等一系列因素。如果在判断故障电弧阶段，发生了误判，就会影响其他电器设备的正常运行，那么显而易见这就失去了保护的意义。下文所记载的低误动作率的故障电弧判断方案刚好满足需求。
参见图2，光伏组件不匹配具有隐蔽性，许多太阳能发电***可能忽略或毫不知情光伏组件的不匹配问题，导致能源浪费。不匹配的原因是多方面的，主要机理是电压和电流的组合不匹配造成的，局部异物遮蔽和飘动的云朵、附近物体的遮挡或表面污染及不同的安装倾角和安装朝向、老化和温度变化及其他因素，光伏组件的不匹配直接诱发光伏组件产生不平衡电量损失。光伏逆变器INVT带有最大功率点追踪功能。
参见图2，光伏能源***中产生的电弧可分为正常电弧和非正常电弧两种。断路器的正常关断等操作所引起的电弧属正常电弧，而电线老化、接触不良等故障引起的电弧属于不正常电弧，这就代表着电弧检测要正确地分辨好弧和坏弧。因为存在着这样复杂的因素往往给故障电弧检测带来了较大的挑战，同时也给检测的算法提出更高的要求。本申请的故障电弧检测是在电弧产生的初始阶段，通过各类传感器检测电弧在总电流上或在支路线路处的串级电流上的各种参数变化，加以分析来判断是否有电弧产生，不仅精确的识别出好弧和坏弧还能识别出串联式的好弧和坏弧以及并联式的好弧和坏弧。
参见图2，故障电弧检测***还包括：该电弧传感器DETC主要用于侦测待测线路中的电流的目标分量如高频和中频分量等。该电弧传感器DETC例如包括高频电流传感器或者包括罗氏线圈传感器等，如测量电流中的高频分量，电弧属于高频分量。待测线路往往以靠近或者穿过高频电流传感器或罗氏线圈传感器的方式来捕捉高频分量。
参见图2，故障电弧检测***还包括：电流处理模块301且用于通过滤波和放大的方式获得目标分量。电流处理模块301至少包括带通滤波器和放大电路：带通滤波器在所述电流中过滤出所述目标分量，放大电路对所述目标分量进行放大处理。因侦测和分析的目标是高频分量，但是高频分量必然会混入其他杂波，所以可利用带通滤波器将电流中除了高频分量以外的其他杂波过滤掉、仅保留高频分量。高频分量的信号强度可能不足以直接进行精确分析，所以可利用放大电路对所述目标分量进行放大处理。放大之后的目标分量可以作为采样的对象而实施采样，而且对目标分量的采样可以作为电流处理模块的功能也可以不作为电流处理模块的功能。例如如果要求电流处理模块具有采样功能则可以为其配备高速的采样芯片而且现有的采样芯片大部分已兼容模数转换功能。还例如假设不要求电流处理模块具有采样功能，那么采样步骤可由后续其他模块来完成。总而言之电流处理模块既可以配备对高频分量实施采样的采样模块又可以不配备任何采样模块。
参见图3，检测待测线路是否存在故障电弧之故障电弧检测方法：需要监控流经待测线路中总电流100的目标分量例如高频分量或者中高频分量。注意该目标分量展示在图中的示范性波形并不是真实波形，仅仅是作为一种代表或标记，因为该目标分量最原始的真实电流波形是非常杂乱无序的，并不像图中那么富有规则感。在时间轴上即横轴上随着时间的推移还会发现目标分量的真实波形会持续产生不可预计的动态变化。所以可以只监测落在事先定义好的预设频段范围的目标分量。检测待测线路上的用来代表直流电弧情况的高频目标分量如曲线101和102表示的高频电流分量，代表直流电弧情况的高频电流分量譬如是落在预设频段范围的高频电流分量，高频电流分量的值不低于设定的阈值如高频电流分量不低于阈值ITH1时，表示在待测线路处初步检测到直流电弧。
参见图3，微处理器302还可以分析高频电流分量的频谱数据。通常而言频谱分析指的是将电流信号例如该高频电流分量做傅里叶变换从而进行的分析，频谱分析习惯是包括幅频谱和相频谱两方面，最常用的则是幅频谱。基于幅频谱的分析，设定每个时段的频谱数据包括了频域上分布的各个频率分量及各个频率分量对应的幅值。具体而言：频域上分布的各个频率分量(frequency component)是所谓采样数据在实施快速傅立叶变换后在频域上的频率分布点或称频谱分布点，频率分量分布在哪些具体的频率值上则和电流的前述高频分量是紧密相关。经傅立叶变换后可以得知任一频率分量的具体频率值、幅值和相位等较精确的重要信息。注意每个时段的频谱数据不仅包括频域上分布的各个频率分量及还包括了各个频率分量所对应的幅值，是因为通过傅立叶变换知晓各个频率分量也自然知晓了各个频率分量它们各自的频率值。因此换句话说，每个时段的频谱数据包括频域上分布的各个频率分量以及包括各个频率分量对应的频率和幅值。
参见图3，需注意到电弧事件并不一定是危害度高的直流电弧故障。例如插拔开关或电机旋转等动作会使电力***发生电弧，但这种电弧并不会持续存在而是是瞬时性的并且也不会影响***和设备的正常工作，所以称这类电弧为好弧即正常电弧。除正常电弧外因为线路短路、绝缘老化、线路接触不良等原因引起并能够持续燃烧以及易引燃周围易燃物的电弧称为坏弧也即直流故障电弧。需甄别电弧是正常电弧还是直流故障电弧。
参见图3，曲线101表示的非故障电弧如包括正常的工作电弧、浪涌电流、非正弦波形或多种负载、交叉干扰、逆变器的启动动作或工作状态的切换等。非故障电弧事件引起的干扰如逆变器的干扰在计算窗口这样的时间维度(如分钟级别)上是稳定的，因为非故障电弧引起的干扰一般是分钟或秒级。换言之，非故障电弧事件造成频谱数据的偶然跳变绝大部分不会持续很久，非故障电弧事件通常会出现一下或几下后会迅速消失。很少有逆变器的谐波干扰会在短时间连续出现，例如其出现的间隔都在分钟级别或以上。
参见图3，曲线101表示的偶发性电弧事件是可忽略的。偶发性电弧事件譬如是光伏现场出现拉弧现象时该拉弧不会持续，燃烧一下就自行熄灭。这种情况下电弧保护根本就没有必要动作且电弧保护动作会被认为是误动作。
参见图3，曲线102表示的直流电弧是真实的故障电弧事件。真实故障电弧事件持续燃烧而且检测出来的电弧强度是秒级的紧密出现。所以在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下：可以把初步检测的电弧分成两类，第一类如逆变器的谐波干扰引起的单次电弧或者可忽略的偶发性电弧事件，第二类是有害电弧例如真实的故障电弧。只有检测到有害电弧时电弧故障保护才会动作，而发生单次电弧时电弧故障保护不动作。第一类电弧是可忽略的偶发性电弧事件或是非故障电弧事件、第二类电弧则是故障电弧。在故障电弧预警方面的有益效果是一旦出现故障电弧即预警，拉弧起火消灭在萌芽状态。
参见图3，在可选的实施例中，作为可选项而非必须项，在侦测或是感应故障电弧时电流传感器允许去捕获1KHZ至100KHZ频段范围内的高频分量。当然这里的数值范围仅仅是高频分量的示范性频段，而实质上在电路领域所言的高频信号的频段范围都适用于本申请中高频分量的频段范围。尤其在是直流电领域中，传统的所谓电弧信号的频段范围都适用于本文术语“高频分量”的频段范围如20KHZ至200KHZ。前述的频段范围是本文上下文所言的高频电流分量的预设频段范围的可选而非必须选项。
参见图4，故障电弧的检测方法：利用电弧传感器DETC在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻如T1作为起始时间而开始计时，可先行计时到一个第一时刻T2、然后再计时到一第二时刻T3。继续监测直流电弧再次出现的时间点与所谓第一时刻T2、第二时刻T3之间的关系：第一时刻T2到第二时刻T3这段时间内倘若没有再出现任何直流电弧，则判定初步检测出的直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。偶发性电弧事件譬如是当光伏现场出现拉弧现象时，该拉弧现象不会持续，拉弧燃烧一下就自行熄灭了，属于偶发性或者孤立性的电弧事件，或者称之为单次电弧，此时电弧故障的保护动作没有启用的必要。引起非故障电弧事件的原因至少包括逆变器INVT引入到直流线路上的谐波干扰。
参见图4，故障电弧的检测方法：处理器302用来将待测线路上检测到的用来代表直流电弧情况的高频电流分量与阈值ITH1进行比较。在可选的实施例中，高频电流分量的频率落在预设频段范围内。高频电流分量的值不低于设定阈值ITH1时，表示检测到电弧如曲线101在ITH1以上的部分。初步检测的电弧不能保障是真实电弧，需要对初步检测到的直流电弧实施进一步的运算才能对其作出定论：若第一时刻到第二时刻这段时间内再次出现直流电弧，则判定直流电弧是真实的故障电弧事件；若第一时刻到第二时刻这段时间内没有再出现直流电弧，则判定直流电弧是偶发性电弧或非故障电弧。
参见图5，故障电弧的检测方法：利用电弧传感器DETC在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻如T1作为起始时间而开始计时，可先行计时到一个第一时刻T2、然后再计时到一第二时刻T3。继续监测直流电弧再次出现的时间点与所谓第一时刻T2、第二时刻T3之间的关系：第一时刻T2到第二时刻T3这段时间内倘若再次出现了所谓直流电弧，则判定初步检测出的直流电弧是真实的故障电弧事件而不是偶发性电弧事件且不是非故障电弧事件。真实的故障电弧会产生持续燃烧。
参见图5，故障电弧的检测方法：处理器302用来将待测线路上检测到的用来代表直流电弧情况的高频电流分量与阈值ITH1进行比较。在可选的实施例中，高频电流分量的频率落在预设频段范围内。高频电流分量的值不低于设定阈值ITH1时，表示检测到电弧如曲线102在ITH1以上的部分。初步检测的电弧不能保障是真实电弧，需要对初步检测到的直流电弧实施进一步的运算才能对其作出定论：若第一时刻到第二时刻这段时间内再次出现直流电弧，则判定直流电弧是真实的故障电弧事件；若第一时刻到第二时刻这段时间内没有再出现直流电弧，则判定直流电弧是偶发性电弧或非故障电弧。
参见图6，发生真实的故障电弧事件时切断直流线路，发生可忽略的偶发性电弧事件时或发生非故障电弧事件时不切断直流线路。例如直流线路上布置有开关S0，此开关若被关断则可切断直流线路，此开关若被接通则直流线路保持导通。切断直流线路意味着母线上没有电压电流而且逆变器直流侧会断电，而相反的是，此开关若被接通则意味着母线上继续保持正常的电压电流而且逆变器的直流侧供电正常。处理器302若判断第一时刻到第二时刻这段时间内再次出现了直流电弧，处理器302驱动开关S0被关断。而另外的情况是处理器302若判断第一时刻到第二时刻这段时间没有再出现直流电弧，处理器则是会驱动开关S0继续保持接通状态，不需要切断直流线路。
参见图6，在可选的实施例中，逆变器INVT具最大功率点追踪功能这种技术方案在前文内容中已经详细阐明。在执行最大功率点追踪的过程中，要寻找最大功率点就必须周期性的调节逆变器的输入电流之大小和调节输入电压之大小。
参见图4，在可选的实施例中，故障电弧的检测方法的替代性范例：在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，继续监测直流电弧所出现的时间间隔是否在一个预设时间的范围之内。例如第四时刻T4又出现了直流电弧，第四时刻T4到第一时刻T1之间的时间是直流电弧出现的时间间隔。而预设时间例如是第三时刻T3到第一时刻T1之间的时间并且预设时间是可以改变的，例如左移第三时刻T3就是压缩预设时间而与之相反的如果右移第三时刻T3就是延长了预设时间。或者说，在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，继续监测直流电弧下一次出现的时刻，直流电弧初步出现的时刻与直流电弧下一次出现的时刻之间的时间定义为直流电弧出现的时间间隔。如第一时刻T1是直流电弧初步出现的时刻而第四时刻T4则是电弧下一次出现的时刻。此时间间隔如果超过了所述预设时间，判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧或是非故障电弧。
参见图7，在可选的实施例中，故障电弧的检测方法的替代性范例：在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，继续监测直流电弧所出现的时间间隔是否在一个预设时间的范围之内。例如第五时刻T5又出现了直流电弧，第五时刻T5到第一时刻T1之间的时间是直流电弧出现的时间间隔。而预设时间例如是第六时刻T6到第一时刻T1之间的时间并且预设时间是可以改变的，例如左移第六时刻T6就是压缩预设时间而与之相反的如果右移第六时刻T6就是延长了预设时间。或者说，在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，继续监测直流电弧下一次出现的时刻，直流电弧初步出现的时刻与直流电弧下一次出现的时刻之间的时间定义为直流电弧出现的时间间隔。如第一时刻T1是直流电弧初步出现的时刻而第五时刻T5则是电弧下一次出现的时刻。此时间间隔若不超过所述的预设时间，判定直流电弧是真实的故障电弧事件。
参见图8，在可选的实施例中，故障电弧的检测方法的替代性范例：在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，同步监测直流电弧重现所需的时间是否超过了一个预设时间且预设时间可调。而预设时间例如是第七时刻T7到第一时刻T1之间的时间并且预设时间是可以改变的，例如左移第七时刻T7就是压缩预设时间而与之相反的如果右移第七时刻T7就是延长了预设时间。直流电弧不再重现，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
参见图9，在可选的实施例中，故障电弧的检测方法的替代性范例：在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，同步监测直流电弧重现所需的时间是否超过了一个预设时间且预设时间可调。而预设时间例如是第七时刻T7到第一时刻T1之间的时间并且预设时间是可以改变的，例如左移第七时刻T7就是压缩预设时间而与之相反的如果右移第七时刻T7就是延长了预设时间。直流电弧重现所需的时间超过该预设时间，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
参见图7，在可选的实施例中，故障电弧的检测方法的替代性范例：在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，同步监测直流电弧重现所需的时间是否超过了一个预设时间且预设时间可调。而预设时间例如是第六时刻T6到第一时刻T1之间的时间并且预设时间是可以改变的，例如左移第六时刻T6就是压缩预设时间而与之相反的如果右移第六时刻T6就是延长了预设时间。例如该第一时刻T1是直流电弧初步出现的时刻而且第五时刻T5则是电弧下一次出现的时刻。如果直流电弧重现所需的时间不超过该预设时间则判定直流电弧是真实的故障电弧事件。第五时刻T5到第一时刻T1之间的时间是直流电弧重现所需的时间，重现所需的时间不超过预设时间，所以是故障电弧。
参见图8，在可选的实施例中，故障电弧的检测方法的替代性范例：在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻作为起始时间而开始计时且直至计时到一个事先设计的预设时间，例如以出现直流电弧的第一时刻T1作为起始时间而开始计时且直至计时到一个事先设计的预设时间例如计时到第七时刻T7并继续监测直流电弧再次出现的时间点与该预设时间之间的关系：在该预设时间内没有再出现直流电弧则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或非故障电弧事件。
参见图7，在可选的实施例中，故障电弧的检测方法的替代性范例：在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻作为起始时间而开始计时且直至计时到一个事先设计的预设时间，例如以出现直流电弧的第一时刻T1作为起始时间而开始计时且直至计时到一个事先设计的预设时间例如计时到第六时刻T6并继续监测直流电弧再次出现的时间点与该预设时间之间的关系：在该预设时间内再次出现直流电弧则判定直流电弧是真实的故障电弧事件。第六时刻T6到第一时刻T1之间的时间是计时所得到的预设时间，在该预设时间内如在第六时刻T6内再次出现直流电弧，则判定直流电弧是真实的故障电弧事件，譬如在第五时刻T5再次出现直流电弧所以是故障电弧。
参见图8，电弧检测可用处理器来判断待测线路中的直流电弧情况，处理器存储有用于判断直流电弧是否是真实的故障电弧事件的电弧检测程序，电弧检测程序被处理器运行时所执行的步骤包括(例如利用处理器302)：例如在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，触发所述处理器同步计算直流电弧再次重现所需的时间是否是超过了一个前述预设时间：如果直流电弧重现所需的时间超过该预设时间(图9的范例)或者直流电弧不再重现(图8的范例)，则所述处理器判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件，所述处理器将会给出不切断直流线路的第一指示，第一指示例如指示不切断开关S0。此情况下电弧保护不动作，只给出报警信息。
参见图7，电弧检测可用处理器来判断待测线路中的直流电弧情况，处理器存储有用于判断直流电弧是否是真实的故障电弧事件的电弧检测程序，电弧检测程序被处理器运行时所执行的步骤包括(例如利用处理器302)：例如在初步检测出待测线路中存在着直流电弧的前提下，触发所述处理器同步计算直流电弧再次重现所需的时间是否是超过了一个前述预设时间：如果直流电弧重现所需的时间不超过预设时间(图7的范例)则处理器判定直流电弧是真实的故障电弧事件并给出需切断直流线路的第二指示，第二指示例如指示需切断开关S0。此情况应该启用电弧保护，切断母线而使逆变器停机。
参见图7，在可选的实施例中，将电弧传感器DETC从待测线路处侦测的并用来代表直流电弧情况的高频电流分量与设定的阈值ITH1即第一阈值进行比较，高频电流分量不低于阈值ITH1也即第一阈值时，表示待测线路处初步检测到直流电弧。
参见图7，在可选的实施例中，若判定直流电弧是真实故障电弧事件：例如前文记载的第一时刻到第二时刻这段时间内再次出现了直流电弧的情况、例如前文记载的时间间隔不超过预设时间的情况、例如前文记载的直流电弧重现所需的时间不超过预设时间的情况或者在预设时间内再次出现直流电弧的情况、例如前文记载的直流电弧重现所需的时间不超过该预设时间的情况，需要进一步的确认此故障电弧事件是否是偶发性电弧事件和非故障电弧事件组合所诱发的情形。可参见图7，假设第一时刻T1处被初步检测出待测线路中存在着直流电弧情况、然后第五时刻T5(直流电弧再次出现的时间点)处接着又被检测出待测线路存在着直流电弧情况，显然这会被认为发生了真实故障电弧。然而很不幸的是第一时刻T1处的直流电弧可能是偶发性电弧或非故障电弧，第五时刻T5处的直流电弧也可能是非故障电弧或偶发电弧，这意味着所判定的真实故障电弧是偶发性电弧和非故障电弧组合(如图3)诱发的情形。这种组合所诱发引导的伪故障电弧可能意外的将光伏***直接切断和引起***停电宕机，毫无疑虑这是很不合理的。毕竟持续燃烧的拉弧现象并没有真实发生，所发生的实际情况只不过是偶发性的电弧事件例如燃烧闪现一下却自行熄灭的拉弧和非故障电弧例如逆变器引起的谐波干扰掺和叠加，让伪故障电弧在处理器监测端看起来和持续燃烧的真拉弧现象极为相似，以至于产生错误的检测结果。在可选的实施例中需要剔除此类错误，方案是：若判定直流电弧是真实的故障电弧事件，则进一步将初始的阈值ITH1即第一阈值调高至带有上限值如第三阈值和下限值如第二阈值的一个阈值区间，将代表直流电弧情况的高频电流分量与阈值区间进行比较，高频电流分量若分布在此阈值区间范围内则表示重新检测到直流电弧。阈值区间的下限值即第二阈值比初始的阈值即第一阈值要大。阈值区间的上限值即第三阈值比下限值即第二阈值大。高频电流分量若分布在上述阈值区间范围内而表示重新检测到直流电弧，可以按照下文所描述的详细情况来进一步甄别故障电弧是否是偶发性电弧和非故障电弧组合诱发的情形。
参见图7，在可选的实施例中，高频电流分量若分布在前述阈值区间范围内则表示重新检测到直流电弧，在重新检测到直流电弧的条件下再重新确认在阈值区间内直流电弧出现的时间间隔也即重现所需的时间，当此重新确认的时间间隔(在阈值区间内)体现出周期性特征则认定故障电弧不是偶发性电弧和非故障电弧组合诱发的情形。重新检测到的直流电弧所出现的时间间隔体现周期性特征，是指重新检测到的直流电弧周期性出现且本实施例的这些任务可由处理器来执行。本方案适用于图4至图9的范例。当此重新确认的时间间隔(在阈值区间内)没有体现出周期性特征，则认定故障电弧是偶发性电弧事件和非故障电弧事件组合诱发的情形；是需剔除的情况，此时高频电流分量仍然分布在前述阈值区间范围内并表示重新检测到直流电弧。高频电流分量若没有分布在前述阈值区间范围则表示没有重新检测到直流电弧，直接就表明了故障电弧是偶发性电弧事件和非故障电弧事件组合诱发的情形；亦是需剔除的情况。
参见图7，在可选的实施例中，高频电流分量若分布在前述阈值区间范围内则表示重新检测到直流电弧，在重新检测到直流电弧的条件下再重新确认在阈值区间内直流电弧出现的时间间隔也即重现所需的时间，当重新确认的时间间隔(称为第二时间间隔)比未调高阈值即第一阈值条件下的时间间隔(称为第一时间间隔)要大一些时，确认故障电弧事件不是偶发性电弧事件和非故障电弧事件组合所诱发的情形。未调高阈值即第一阈值条件下的时间间隔(称为第一时间间隔)是初步检测出待测线路存在着直流电弧时的时间点与直流电弧再次出现时的时间点之间的时间间隔。这些任务由处理器来执行。本方案的优势是可剔除伪故障电弧现象和避免错误检测结果，适用图4至图9等范例。高频电流分量若没有分布在前述阈值区间范围则表示没有重新检测到直流电弧，直接就表明了故障电弧是偶发性电弧事件和非故障电弧事件组合诱发的情形；亦是需剔除的情况。
以上通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，上述发明提出了现有的较佳实施例，但这些内容并不作为局限。对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后各种变化和修正无疑将显而易见。因此所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容都应认为仍属本发明的意图和范围内。

Claims (10)

1.一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻作为起始时间而开始计时，先行计时到一个第一时刻、然后再计时到一个第二时刻；
继续监测直流电弧再次出现的时间点与第一、第二时刻之间的关系：
若第一时刻到第二时刻这段时间内再次出现了直流电弧，则判定直流电弧是真实的故障电弧事件；
若第一时刻到第二时刻这段时间内没有再出现直流电弧，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述待测线路包括由光伏组件向逆变器供电的直流线路。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
引起所述非故障电弧事件的原因至少包括逆变器引入到直流线路上的谐波干扰。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
发生真实的故障电弧事件时切断所述直流线路，发生可忽略的偶发性电弧事件时或发生非故障电弧事件时不切断所述直流线路。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
检测待测线路上的用来代表直流电弧情况的高频电流分量，当所述高频电流分量的值不低于设定的阈值时，表示在待测线路处初步检测到直流电弧。
6.一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，继续监测直流电弧所出现的时间间隔是否在一个预设时间的范围之内：
只有所述时间间隔不超过该预设时间才判定直流电弧是真实的故障电弧事件，否则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
7.一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，同步监测直流电弧重现所需的时间是否超过了一个预设时间，所述待测线路包括由光伏组件向逆变器供电的直流线路：
如果直流电弧重现所需的时间超过该预设时间或者直流电弧不再重现，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件，此时不切断直流线路；
如果直流电弧重现所需的时间不超过该预设时间，判定直流电弧是真实的故障电弧事件并且直接切断直流线路。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：
可忽略的偶发性电弧事件包括直流电弧引起的燃烧闪现一下却自行熄灭的情况；
引起非故障电弧事件的原因包括逆变器在执行直流转交流的工作过程中引入到直流线路上的谐波干扰。
9.一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，以出现直流电弧的时刻作为起始时间而开始计时，直至计时到一个事先设计的预设时间；
继续监测直流电弧再次出现的时间点与该预设时间之间的关系：
若在该预设时间内再次出现了直流电弧，则判定直流电弧是真实的故障电弧事件；
若在该预设时间内没有再出现直流电弧，则判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件。
10.一种故障电弧的检测方法，其特征在于：
利用处理器来判断待测线路中的直流电弧情况，所述处理器存储有用于判断直流电弧是否是真实的故障电弧事件的电弧检测程序，所述电弧检测程序被所述处理器运行时所执行的步骤包括：
在初步检测出待测线路存在着直流电弧的前提下，触发所述处理器同步计算直流电弧再次重现所需的时间是否是超过了一个预设时间：
如果直流电弧重现所需的时间超过该预设时间或者直流电弧不再重现，则所述处理器判定直流电弧是可忽略的偶发性电弧事件或者是非故障电弧事件，所述处理器给出不切断直流线路的第一指示；
如果直流电弧重现所需的时间不超过该预设时间，则所述处理器判定直流电弧是真实的故障电弧事件并给出需切断直流线路的第二指示。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5208542A (en) * 1991-03-28 1993-05-04 Eaton Corporation Timing window arc detection
CN101696986A (zh) * 2009-10-26 2010-04-21 吴为麟 故障电弧检测方法及保护装置
CN102253293A (zh) * 2011-05-30 2011-11-23 南京航空航天大学 一种直流电弧故障检测方法及装置
CN104601105A (zh) * 2015-01-08 2015-05-06 西安交通大学 一种非正常光照条件下的光伏***故障电弧检测方法
CN104685747A (zh) * 2012-09-28 2015-06-03 伊顿公司 直流电弧故障检测器和电路断续器以及检测直流电力电路中的电弧的方法
CN104898008A (zh) * 2014-03-07 2015-09-09 西门子公司 电气设备中的串联电弧的探测
CN105954624A (zh) * 2016-06-17 2016-09-21 丰郅(上海)新能源科技有限公司 一种检测装置
CN109239560A (zh) * 2018-11-29 2019-01-18 宁波习羽智能科技有限公司 故障电弧检测方法、装置及存储介质
CN109975663A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 西门子公司 直流电弧故障检测方法、装置和***
CN111398750A (zh) * 2020-03-30 2020-07-10 深圳供电局有限公司 电弧识别方法和用于电弧识别的***
US20210036656A1 (en) * 2018-10-29 2021-02-04 Xi'an Jiaotong University Arc fault detection method for photovoltaic system based on adaptive kernel function and instantaneous frequency estimation

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5208542A (en) * 1991-03-28 1993-05-04 Eaton Corporation Timing window arc detection
CN101696986A (zh) * 2009-10-26 2010-04-21 吴为麟 故障电弧检测方法及保护装置
CN102253293A (zh) * 2011-05-30 2011-11-23 南京航空航天大学 一种直流电弧故障检测方法及装置
CN104685747A (zh) * 2012-09-28 2015-06-03 伊顿公司 直流电弧故障检测器和电路断续器以及检测直流电力电路中的电弧的方法
CN104898008A (zh) * 2014-03-07 2015-09-09 西门子公司 电气设备中的串联电弧的探测
CN104601105A (zh) * 2015-01-08 2015-05-06 西安交通大学 一种非正常光照条件下的光伏***故障电弧检测方法
CN105954624A (zh) * 2016-06-17 2016-09-21 丰郅(上海)新能源科技有限公司 一种检测装置
CN109975663A (zh) * 2017-12-28 2019-07-05 西门子公司 直流电弧故障检测方法、装置和***
US20210036656A1 (en) * 2018-10-29 2021-02-04 Xi'an Jiaotong University Arc fault detection method for photovoltaic system based on adaptive kernel function and instantaneous frequency estimation
CN109239560A (zh) * 2018-11-29 2019-01-18 宁波习羽智能科技有限公司 故障电弧检测方法、装置及存储介质
CN111398750A (zh) * 2020-03-30 2020-07-10 深圳供电局有限公司 电弧识别方法和用于电弧识别的***

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
祝令瑜等: "低压串联直流电弧检测方法的研究现状及发展", 《绝缘材料》 *

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