CN116565816A - 一种高压直流线路电弧故障的保护方法及保护*** - Google Patents
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Abstract
一种高压直流线路电弧故障的保护方法及保护***，属于光伏电站安全设备领域，首先将光伏逆变器直流侧电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号，并滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果；根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，切除故障；本发明仅保留直流电弧特征明显的频率，通过结合直流电流的时域特征，制定的保护动作启动指令更可靠，避免了保护误动和拒动情况的发生；本发明提供的保护***采用组串式保护方案，能够精准定位电弧故障的组串位置，提高电弧故障处理的快速性和准确性；最后，保护***中采用具有隔离作用的通讯组件，避免外部环境对保护***造成干扰。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站安全设备领域，具体涉及一种高压直流线路电弧故障的保护方法及保护***。
背景技术
随着可再生能源发电的不断发展，光伏发电的装机容量逐年提升，但同时对光伏发电的安全性提出了更高要求。光伏组件之间存在的大量电气设备且采用串联方式形成直流高压电路，一般达到1000V左右，最高可达到1500V，即使***停机时，光伏组件矩阵内仍然存在千伏左右的直流高压，若电气设备出现的接点脱落、器件老化、绝缘破裂、接地不良等情况则会产生电弧，发生电气火灾，出现安全事故，对发电厂商的经济层面造成重大损失，在日常电站运维检修或物业保养时，运检维护人员也存在触电风险。
由于直流电弧产生是光伏电站中最常见的故障现象且危害性极大，防范光伏组件之间的电气设备出现电弧是重中之重，因此亟待一种可靠的、灵敏的光伏电站直流线路保护方法，对光伏电站出现的电弧进行检测并及时切除。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种高压直流线路电弧故障的保护方法及保护***。
一种高压直流线路电弧故障的保护方法，所述保护方法，包括：
步骤一：实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，将所述电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号；
步骤二：将所述电压信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，并与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果；
步骤三：根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，并根据所述保护动作启动指令，切除故障；
优选的，所述实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，将所述电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号，包括：
实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，并以设定比例进行缩小；将缩小后的电流信号进行电流/电压信号转换，得到小电压信号；将所述小电压信号放大至设定的接收范围内，得到电压信号。
优选的，所述将所述电压量信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，并与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果，包括：
获取所述电压信号中的频谱并进行滤波，得到谐波幅值高于设定值的频率范围信号，所述频率范围信号为模拟量信号；将所述频率范围信号进行数模转换，得到数字量信号；将所述数字量信号进行傅里叶变换，得到信号频域特征，并与电弧频域特征进行比对，得到诊断结果。
优选的，所述根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，之前还包括：
实时获取光伏并网逆变器直流侧的电流值，获得所述电流值的波动量；判断所述波动量是否在设定的波动范围内，得到辅助诊断结果；基于所述诊断结果和所述辅助诊断结果，制定保护动作启动指令。
一种高压直流线路电弧故障的保护***，所述保护***，包括：电流互感器、转换电路、放大电路、带通滤波电路、控制处理器、开关电路；
所述电流互感器安装在外部光伏并网逆变器直流侧，将采集到的电流信号输送至所述转换电路进行电流/电压信号转换；所述放大电路与所述转换电路连接，将来自所述转换电路的信号进行放大，得到信号幅值在设定接收范围内的电压信号；所述放大电路与所述带通滤波电路连接，将所述电压信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号并输送至控制处理器；所述控制处理器将所述频率范围信号进行模数转换，并通过傅里叶变换得到信号频域特征，将所述信号频域特征与电弧频率特征进行比对，得到诊断结果，制定保护动作启动指令，并通过开关电路控制电弧分断器启停。
优选的，所述带通滤波电路采用多级运放电路串联。
优选的，所述保护***，还包括：第一RS485通讯芯片；所述第一RS485通讯芯片安装在所述控制处理器和所述开关电路之间，用于隔离外部高压环境的干扰。
优选的，所述保护***，还包括：霍尔传感器、第二RS485通讯芯片；所述霍尔传感器用于实时获取光伏并网逆变器直流侧的电流值，并通过所述第二RS485通讯芯片将所述电流值输送至控制处理器，制定辅助诊断结果。
优选的，所述保护***还包括：无线电路、告警指示灯和告警音响；
所述无线电路用于发送告警信号至外部的终端设备；所述告警指示灯和所述告警音响用于在出现电弧故障时发出告警指示。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的技术方案中包括：实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，将所述电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号；将所述电压信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，并与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果；根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，并根据所述保护动作启动指令，切除故障；本发明采集直流电流频域特征参数，通过滤波处理，仅保留直流电弧特征明显的频率，具有检测效率高的优点，通过结合直流电流的时域特征，制定的保护动作启动指令更可靠，提高了检测准确度，进一步避免了保护误动和拒动情况的发生；本发明中提供的保护***采用组串式保护方案，能够精准定位电弧故障的组串位置，提高电弧故障处理的快速性和准确性，且不影响其他光伏组件的正常工作；最后，本发明提供的保护***采用了具有隔离作用的通讯组件，避免了外部环境对保护***造成干扰。
附图说明
图1为本发明中高压直流线路电弧故障的保护方法流程图；
图2为本发明中高压直流线路电弧故障的保护***构成图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合说明书附图和实例对本发明的内容做进一步的说明。
实施例一：
本实施例提供了一种高压直流线路电弧故障的保护方法，所述保护方法流程图如图1所示，包括：
步骤一：实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，将所述电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号；
步骤二：将所述电压信号进行滤波处理，目的是滤除无用频率信号以及其他干扰信号，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，并与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果；滤波处理的目的是增加对直流电弧的是否产生的判断转确定，并且可以避免由于环境因素变化导致的误报事件发生。
步骤三：根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，并根据所述保护动作启动指令，切除故障；
所述实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，将所述电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号，包括：
实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，并以设定比例进行缩小；
将缩小后的电流信号进行电流/电压信号转换，得到小电压信号；
将所述小电压信号放大至设定的接收范围内，得到电压信号。
所述将所述电压量信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，并与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果，包括：
获取所述电压信号中的频谱并进行滤波，得到谐波幅值高于设定值的频率范围信号，所述频率范围信号为模拟量信号；
将所述频率范围信号进行数模转换，得到数字量信号；
将所述数字量信号进行傅里叶变换，得到信号频域特征，并与电弧频域特征进行比对，得到诊断结果。
所述根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，之前还包括：
实时获取光伏并网逆变器直流侧的电流值，获得所述电流值的波动量；判断所述波动量是否在设定的波动范围内，得到辅助诊断结果；
基于所述诊断结果和所述辅助诊断结果，制定保护动作启动指令，通过实时监控直流电流值的波动，结合频域的波动，共同判断电弧发生的情况，提高对电弧发生的判定准确度。
实施例二：
本实施例提供了一种高压直流线路电弧故障的保护***，所述保护***的构成图如图2所示，本发明中的保护***采用组串式保护方案，能够精准定位电弧故障的组串位置，提高电弧故障处理的快速性和准确性，且不影响其他正常光伏组串的工作，仅处理当前故障组串。所述保护***包括：电流互感器、转换电路、放大电路、带通滤波电路、控制处理器、开关电路；所述电流互感器安装在外部光伏并网逆变器直流侧，将采集到的电流信号输送至所述转换电路进行电流/电压信号转换，在本实施例中，所述电流互感器可通过其他具有采集电流功能的元器件代替；所述放大电路与所述转换电路连接，将来自所述转换电路的信号进行放大，得到信号幅值在设定接收范围内的电压信号；所述放大电路与所述带通滤波电路连接，将所述电压信号进行滤波处理，滤除无用频率信号以及其他干扰信号，仅保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号并输送至控制处理器，以此来提高对直流电弧的判定准确率，且避免由于环境因素变化导致的误报事件发生；放大电路的目的是将小电压信号放大至所述控制处理器可正常接收范围内的电压；所述控制处理器将所述频率范围信号进行模数转换，并通过傅里叶变换得到信号频域特征，将所述信号频域特征与电弧频率特征进行比对，得到诊断结果，制定保护动作启动指令，并通过开关电路控制直流电弧分断器启停。由于控制处理器处理的是数字类型信号，因此需要对所述频率范围信号进行模数转换，在本实施例中，还可采用外部模数转换电路来进行模数转换处理，控制处理器自身具备模数转换功能，二者选其一，所述外部模数转换电路的芯片精度以及选型根据具体设定进行适应性选择。此外，为了防止开关动作瞬间在分断器内部产生电弧，所述电弧分断器在设计时，具有灭弧功能。
此外，本实施例中提供的保护***还包括了电压电平转换电路，如图2中R2、R3和R4所示，作用是将5V电压信号转换成控制处理器可接收的3.3V电压信号，具体是否需要转换电压电平或者转换的电压值，根据具体设计而定，本发明同样适用于不需电压电平转换或者转换成其他电压值的设计方案保护。
所述控制处理器还与光伏逆变器设备进行通讯连接，在连接时，为了防止外部设备对所述保护***造成干扰，采用了具有隔离作用的RS485通讯芯片。
所述带通滤波电路采用多级运放电路串联。
基于防干扰目的出发，所述保护***，还包括：第一RS485通讯芯片；所述第一RS485通讯芯片安装在所述控制处理器和所述开关电路之间，用于隔离外部高压环境的干扰。
所述保护***，还包括：霍尔传感器、第二RS485通讯芯片；所述霍尔传感器用于实时获取光伏并网逆变器直流侧的电流值，并通过所述第二RS485通讯芯片将所述电流值输送至控制处理器，制定辅助诊断结果。
所述保护***还包括：无线电路，作为告警信号的发送模块，传输到终端显示；告警指示灯和告警音响，作为电弧故障发生时的告警信号作用；环境传感器，用于检测外部环境，包括但不限于光照、温度和湿度等。
显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种高压直流线路电弧故障的保护方法，其特征在于，所述保护方法，包括：
步骤一：实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，将所述电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号；
步骤二：将所述电压信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，并与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果；
步骤三：根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，并根据所述保护动作启动指令，切除故障。
2.如权利要求1所述的一种高压直流线路电弧故障的保护方法，其特征在于，所述实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，将所述电流信号经过电流/电压信号转换，得到电压信号，包括：
实时采集光伏逆变器直流侧的电流信号，并以设定比例进行缩小；将缩小后的电流信号进行电流/电压信号转换，得到小电压信号；将所述小电压信号放大至设定的接收范围内，得到电压信号。
3.如权利要求1所述的一种高压直流线路电弧故障的保护方法，其特征在于，所述将所述电压量信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号，并与电弧频域特征进行比对判断，得到诊断结果，包括：
获取所述电压信号中的频谱并进行滤波，得到谐波幅值高于设定值的频率范围信号，所述频率范围信号为模拟量信号；将所述频率范围信号进行数模转换，得到数字量信号；将所述数字量信号进行傅里叶变换，得到信号频域特征，并与电弧频域特征进行比对，得到诊断结果。
4.如权利要求3所述的一种高压直流线路电弧故障的保护方法，其特征在于，所述根据所述诊断结果，制定保护动作启动指令，之前还包括：
实时获取光伏并网逆变器直流侧的电流值，获得所述电流值的波动量；判断所述波动量是否在设定的波动范围内，得到辅助诊断结果；基于所述诊断结果和所述辅助诊断结果，制定保护动作启动指令。
5.一种高压直流线路电弧故障的保护***，其特征在于，所述保护***，包括：电流互感器、转换电路、放大电路、带通滤波电路、控制处理器、开关电路；
所述电流互感器安装在外部光伏并网逆变器直流侧，将采集到的电流信号输送至所述转换电路进行电流/电压信号转换；所述放大电路与所述转换电路连接，将来自所述转换电路的信号进行放大，得到信号幅值在设定接收范围内的电压信号；所述放大电路与所述带通滤波电路连接，将所述电压信号进行滤波处理，保留谐波幅值高于设定值的频率范围信号并输送至控制处理器；所述控制处理器将所述频率范围信号进行模数转换，并通过傅里叶变换得到信号频域特征，将所述信号频域特征与电弧频率特征进行比对，得到诊断结果，制定保护动作启动指令，并通过开关电路控制电弧分断器启停。
6.如权利要求5所述的一种高压直流线路电弧故障的保护***，其特征在于，所述带通滤波电路采用多级运放电路串联。
7.如权利要求5所述的一种高压直流线路电弧故障的保护***，其特诊在于，所述保护***，还包括：第一RS485通讯芯片；所述第一RS485通讯芯片安装在所述控制处理器和所述开关电路之间，用于隔离外部高压环境的干扰。
8.如权利要求5所述的一种高压直流线路电弧故障的保护***，其特征在于，所述保护***，还包括：霍尔传感器、第二RS485通讯芯片；
所述霍尔传感器用于实时获取光伏并网逆变器直流侧的电流值，并通过所述第二RS485通讯芯片将所述电流值输送至控制处理器，制定辅助诊断结果。
9.如权利要求5所述的一种高压直流线路电弧故障的保护***，其特征在于，所述保护***还包括：无线电路、告警指示灯和告警音响；
所述无线电路用于发送告警信号至外部的终端设备；所述告警指示灯和所述告警音响用于在出现电弧故障时发出告警指示。
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| CN202310622051.7A CN116565816A (zh) | 2023-05-29 | 2023-05-29 | 一种高压直流线路电弧故障的保护方法及保护*** |
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2023
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| CN117148049B (zh) * | 2023-10-31 | 2024-01-26 | 锦浪科技股份有限公司 | 一种直流拉弧故障检测***、方法及光伏并网*** |
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