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河北工大学者提出串联光伏直流电弧故障定位新方法

Hebei University of Technology scholars proposed a new method of DC arc fault location in series photovoltaic

作者:本站  来源:转载  浏览:244  发布时间:2023-12-01

    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,省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)、河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室、国网北京市电力公司的王尧、马桐桐、赵宇初、朱晨、邢云琪,在2023年第8期《电工技术学报》上撰文,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。该方法的定位误差在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。


    我国建筑屋顶资源丰富,开发建设屋顶分布式光伏发电潜力巨大,同时大力推进分布式光伏发电也是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措。然而,光伏发电系统由众多光伏组件构成,存在大量连线和接头,在户外环境下容易出现绝缘破损、接触不良等现象,极易引发直流串联电弧故障。由于直流电弧不存在自然过零点,一旦产生难以自行熄灭,容易造成电气火灾事故。据统计,光伏系统超过40 %的电气火灾事故与直流电弧故障相关。为此,不仅需要实时监测光伏系统是否发生了直流串联电弧故障,更需要对故障位置进行定位,从而彻底消除光伏系统的电气火灾隐患。光伏串联直流电弧故障会呈现高频传导电流和电磁辐射以及弧声、弧光等宏观物理表征。这些特征在理论上都能作为电弧故障识别与定位的依据,但由于无法预知电弧故障的实际发生位置,弧声、弧光等特征较难应用。国内外许多学者采用受位置因素影响较小的电弧电流进行光伏串联直流电弧故障诊断,提出了基于电弧电流时频域特征分析和人工智能的多种电弧故障检测方法。

     然而,电弧故障电流容易受光伏系统共模干扰的影响,其干扰信号频率一般在100 kHz以内,而频率在300 MHz以上的电弧电磁辐射信号则具有较强的抗干扰能力,同时匹配合适的测量天线也能达到足够的检测灵敏度。特别是在串联直流电弧故障发生初期,由于燃弧不稳定,电弧会向空间发射大量电磁辐射信号,为电弧故障检测和定位提供了良好依据。采用电弧电磁辐射信号可以进行电弧故障检测和定位,但相关研究主要集中在电弧电磁辐射的特性分析与故障识别方面,对电弧故障定位策略的研究相对较少。

    针对工商业屋顶光伏系统直流串联电弧故障定位问题,河北工业大学等单位的研究人员分析了光伏串联直流电弧故障电磁辐射信号特征,在电弧产生初期其电磁辐射信号较为明显,且与电流变化率成正比。对比分析了Vivaldi天线、对数周期天线等宽带测量天线的特性,选取指标较为均衡的Vivaldi天线进行电弧电磁辐射信号测量。



    他们提出一种基于电弧电磁辐射信号广义互相关时延估计的光伏串联直流电弧故障定位方法。该方法采用最大似然加权函数对电弧电磁辐射信号的互相关函数进行加权处理,可以减小噪声信号对时延估计值的影响。同时,采用最小二乘法对电弧电磁辐射广义互相关时延估计值的谱峰进行了拟合,从而消除频谱计算的栅栏效应,能够提高定位计算精度。


    研究人员采用4根天线构成的Vivaldi天线阵列进行了电弧故障定位,其天线分别位于棱长1 m的正三棱锥顶点。采用其中一根天线作为坐标原点,利用所提出的广义互相关时延估计方法计算得到其余3根天线与坐标原点的时延值,并利用它们之间的几何关系计算出电弧故障相对位置。

试验结果表明,电弧故障定位误差小于15 %,定位误差绝对值小于0.5 m,为基于电弧电磁辐射的故障定位策略应用提供了依据。在实际应用中,考虑到天线灵敏度要求,一组天线的定位覆盖半径在5 m左右。如果采用多组天线阵列进行故障定位,则能进一步扩大定位覆盖范围。

转自:误差15 %以内!河北工大学者提出串联光伏直流电弧故障定位新方法-今日头条 (toutiao.com)