CN112462176B - 支持检测光伏系统直流电弧故障的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及支持检测光伏系统直流电弧故障的装置及方法。数据采集模块用于收集各组串提供的串级电流和串级电，而电流检测模块则用于检测各组串的串级电流汇总后的总电流的第一和第二类电弧特性。总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，分析所有并联组串的串级电流和串级电压：当多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下，将余下另一些串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

Description

支持检测光伏系统直流电弧故障的装置及方法

技术领域

本发明主要涉及到光伏能源领域，更确切的说，涉及到应用于光伏发电系统的用于检测直流电弧现象的电弧检测装置以及电弧检测方法。

背景技术

伴随着化工能源的短缺和电力技术的发展，光伏得到越来越广泛的关注，光伏能源在电力运用上须满足安全规范。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即是气体放电的表现形式。检测电弧和积极采取应对措施是维持光伏能源系统处于安全规范下的关键要素。尽管业界竭力的试图寻找电弧现象的规律和共性以寻求电弧的精确检测手段，然而难以回避的事实是，目前在业界很难针对电弧给出合理并严格的检测机理亦很难设计出对应的精确检测仪器。市面上能够起到实际检测作用的量产型电弧检测产品寥寥可数，真实有效的直流电弧检测产品面对的近乎是空白市场。

光伏系统中接触不良、老化、短路等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系统中日益重要。直流电弧故障是电气类火灾的罪魁祸首，光伏系统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系统的故障电弧存在稳定的燃烧环境。倘若不及时有效地采取措施，会产生数千度以上的高温现象并引发火灾，某些物质熔化甚至蒸发产生大量的有毒气体，进而危及人身生命安全和导致社会的经济遭受重大损失。

按照电流性质划分电弧大致可分为直流电弧和交流电弧。熟知的交流电之应用时间较早以及交流故障电弧已经存在较为成熟的检测方法和商业化产品，然而光伏系统的起步时间较晚再加之直流电弧的本质特性与交流电相迥异，典型的例如直流电流并无交流电那样存在着过零点特征，因此光伏场合无法套用交流电弧的检测手段。影响直流电弧电学性质的变量原本就纷繁多样，又因光伏使用环境的不同更促使电弧复杂化。业界普遍认识到建立直流电弧的数学模型较为困难，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单一特性或若干个非常有限的特性而进行的研究，事实上光伏环境中必然存在的噪声和电力系统的偶发性干扰极易误导电弧检测，造成错误的检测结果，动态变化的光照强度和环境温度及大量存在的开关噪声等都是误判漏判的干扰源。本申请之目标是检测出光伏系统中存在的真实直流电弧故障以避免故障电弧引发的火灾等事故。

发明内容

本申请涉及到了一种支持检测光伏系统直流电弧故障的装置，用于监测并联的诸多组串是否存在直流电弧故障且每个组串都包括串联的多个光伏组件，包括：

数据采集模块，收集各组串提供的串级电流和串级电压；

电流检测模块，检测各组串的串级电流汇总后的总电流的第一、第二类电弧特性；

定义第一类电弧特性包含：

在选取的时段范围内，若总电流的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小超过预设的峰谷差值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的均值所发生的瞬态变化量之实际大小超过预设的电流变化值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的瞬态变化率超过预设的变化率，则判断总电流符合第一类电弧特性；

定义第二类电弧特性包含：

在指定的频带范围内，若总电流之中出现的高频成分的电流增加量超过了规定的电流增长值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

在指定的频带范围内，若总电流中的高频分量与直流分量之比发生剧变且高频分量与直流分量之比超过规定的比值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，分析所有并联组串的串级电流和串级电压：

当多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下，将余下另一些串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

上述的支持检测光伏系统直流电弧故障的装置：

各组串的输出功率传输给一个将直流电转换成交流电的逆变器。

上述的支持检测光伏系统直流电弧故障的装置：

逆变器带有最大功率点追踪功能，由逆变器对各组串执行最大功率点追踪。

上述的支持检测光伏系统直流电弧故障的装置：

只有满足：串级电压降低、串级电流增加的多个组串脱离最大功率点，且它们的串级电流相对于最大功率点所对应的电流水准是增加的：

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

上述的支持检测光伏系统直流电弧故障的装置：

只有满足：串级电压降低、串级电流反向的组串脱离最大功率点，且它的串级电压相对于最大功率点所对应的电压水准是减少的；

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

本申请涉及到了一种支持检测光伏系统直流电弧故障的方法，用于监测并联的诸多组串是否存在直流电弧故障且每个组串都包括串联的多个光伏组件，包括：

检测各组串的串级电流汇总后的总电流的第一、第二类电弧特性；

定义出的第一类电弧特性包含：

在选取的时段范围内，若总电流的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小超过预设的峰谷差值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的均值所发生的瞬态变化量之实际大小超过预设的电流变化值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的瞬态变化率超过预设的变化率，则判断总电流符合第一类电弧特性；

定义出的第二类电弧特性包含：

在指定的频带范围内，若总电流之中出现的高频成分的电流增加量超过了规定的电流增长值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

在指定的频带范围内，若总电流中的高频分量与直流分量之比发生剧变且高频分量与直流分量之比超过规定的比值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

收集各组串提供的串级电流和串级电压；

先判断出总电流符合了一项或多项第一类电弧特性及符合了一项或多项第二类电弧特性的前提下，再分析所有并联组串的串级电流和串级电压：

当多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下，将余下另一些串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

上述的方法：将各组串的输出功率传输给一个将直流电转换成交流电的逆变器。

上述的方法：逆变器带有最大功率点追踪功能，对各组串执行最大功率点追踪。

上述的方法：只有串级电压降低、串级电流增加的多个组串脱离最大功率点，且它们的串级电流相对于最大功率点所对应的电流水准是增加的：

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

上述的方法：只有串级电压降低、串级电流反向的组串脱离最大功率点，且它的串级电压相对于最大功率点所对应的电压水准是减少的；

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

本文详细阐释了直流电弧故障的危害和类型，结合直流电弧的特点和光伏电站的属性而提出了电弧检测方法，对直流电弧故障阐明了合理有效的检测算法。

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是光伏组件串联再并联后为执行逆变的逆变器供电的光伏发电系统。

图2是每个组串中多个光伏组件串联连接并藉此提供高水准的串级电压。

图3是串级电压和串级电流均降低的组串视为发生直流电弧故障的组串。

图4是串级电压降低而和串级电流反向的组串视为直流电弧故障的组串。

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，所描述的实施例仅是本发明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，本领域的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系统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的彼此之间是相互并联的连接关系并共同向光伏逆变器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，目前对于光伏发电系统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。但由于光伏发电系统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，目前对于光伏发电系统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，是对整个光伏系统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系统的关停，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，光伏系统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、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，来分辨系统中有没有电弧故障。光伏系统有三大因素导致了这种方法实现起来非常困难：第一是光伏系统当中有诸多干扰源，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疑虑。第三是不同光伏电站的现场布线和运行环境等都不同，针对不同的电站很难找出统一的一套电弧识别方法。

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，会导致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2，第一个光伏组件PV1的输出电压为V_O1、第二个光伏组件PV2的输出电压记载为V_O2，依此类推，第N个光伏组件PVN的输出电压为V_ON：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V_O1+V_O2+…V_ON=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2，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V_O1、第二个光伏组件PV2的输出电压记载为V_O2，依此类推，第N个光伏组件PVN的输出电压为V_ON。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V_O1+V_O2+…V_ON=V_K。

参见图2，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2，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，光伏系统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2，光伏逆变器INVT具最大功率点追踪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，提高系统的运行效率，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2，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2，光伏组件阵列是光伏发电系统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2，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2，每个组串还配备有数据采集模块SENS。譬如第二串组串ST2配备有收集第二串组串ST2之串级电流I2和串级电压V2的数据采集模块SENS。数据采集模块通常配置有处理器和额外的外设硬件，用于采集组串这类直流电源的各类目标参数数据如前述串级电流和串级电压、甚至温度。在本身在中数据采集模块能撷取这些目标参数数据是十分有意义的，譬如基于每个电池组串的总功率来计算传输线总电流和调节传输线上的电压以及将各类目标数据传送到云端服务器作为备份或供调用等。在可选范例中数据采集模块可以将光伏组件及组串的电压和电流、功率以及温度和发电量等一系列的相关目标参数数据进行采集，例如电压参数由电压传感器、电流参数由电流传感器、温度参数由温度感应器等外设硬件采集、光照辐射强度有光照传感器采集。很容易理解，外设硬件的种类越多则数据采集模块能够得到的和光伏组件相关的参数种类也就越多，但是成本会增加所以需要折衷选择。在某些特定实施例中，各类目标参数数据还包括通过环境监测仪来侦测到的光伏组件所处的周边环境因素数据：环境温度及湿度、风速、光照强度和气压等则环境监测仪也视为高集成度的数据采集器。不同组串配置的数据采集模块彼此间可以通过无线通信或载波通信等通信方式互传数据，或数据采集模块SENS和逆变器INVT间通过无线通信或载波通信等通信方式互传数据。

参见图2，第一串组串ST1亦配备数据采集模块SENS。第一串组串ST1配备有收集第一串组串ST1之串级电流I1和串级电压V1的数据采集模块SENS。其他组串也配备数据采集器：第三串组串ST3亦配备数据采集模块SENS。第三串组串ST3配备有收集第三串组串ST3之串级电流I3和串级电压V3的数据采集模块SENS。代表性组串也有数据采集器：第K串组串STK配备数据采集模块SENS。第K串组串STK配备有收集第K串组串STK之串级电流IK和串级电压VK的数据采集模块SENS。

参见图2，各个组串ST1-STK各自的串级电流I1-IK汇总后的总电流IB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。电弧的初步勘察是在汇流的总电流IB处来予以监测和得到初步勘察结果的、并非是直接在每个组串处直接勘察。

参见图2，电流检测模块DETC检测各组串ST1-STK之串级电流I1-IK汇总后的总电流的第一类电弧特性和第二类电弧特性。电流检测模块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第一类电弧特性和第二类电弧特性。与处理器具有相同功能的等同器件：逻辑器件、控制装置、状态机、控制器、芯片、软件驱动或复数的微处理器或门阵列。总电流IB之第一和第二类电弧特性下文会继续阐释。电流检测模块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。当然电流检测模块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。

参见图2，关于前述汇流后的总电流IB的第一类电弧特性的特性之一：在选取的时段范围内，若总电流IB的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小超过预设的峰谷差值则判断总电流IB符合第一类电弧特性。假设在某个选取的毫秒级的时段范围内，当总电流的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小例如2.5安培超过预设的峰谷差值例如1.8安培那么该总电流IB符合第一类电弧特性。再如在选取的一个8毫秒的时段范围内，当总电流的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小例如1.9安培超过预设的峰谷差值例如1.7安培那么该总电流IB符合第一类电弧特性。如在选取的一个15毫秒的时段范围内，当总电流的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小例如2.1安培超过预设的峰谷差值例如2.0安培那么该总电流IB符合第一类电弧特性。因此所谓选取的时段范围之范围值可以根据实际需求来设置以及作为阈值的该预设的峰谷差值也可以根据实际需求来设置，它们可以提前烧录到微处理器也可以通过在线编程的方式对微处理器保存的值进行修改，需要注意的是峰值与谷值是电流检测模块DETC实际测量所获得的电流数值。

参见图2，关于前述汇流后的总电流IB的第一类电弧特性的特性之二：若总电流的均值所发生的瞬态变化量之实际大小超过预设的电流变化值，则判断总电流是符合第一类电弧特性。假设总电流IB的均值发生的瞬态变化量之实际大小例如0.7安培超过预设的电流变化值例如0.4安培，则判断总电流符合第一类电弧特性。如总电流IB的均值发生的瞬态变化量之实际大小例如0.6安培，超过预设的电流变化值例如0.3安培则可判断总电流符合第一类电弧特性。总电流的均值是电流检测模块DETC实际测量所获得的总电流数值由微处理器等进行平均化计算得到的均值。均值的瞬态变化量是均值在遭遇瞬态变化事件时由微处理器等所计算出的均值的前后变化程度，例如均值在遭遇瞬态变化事件时均值所变小的缩减变化量。预设的电流变化值可以根据实际需求来设置并且其可以提前烧录到微处理器中也可以通过在线编程的方式对微处理器保存的值进行修改。

参见图2，关于前述汇流后的总电流IB的第一类电弧特性的特性之三：若总电流的瞬态变化率超过预设的变化率则判断总电流符合第一类电弧特性。设总电流IB的瞬态变化率例如85毫安每毫秒超过预设的变化率例如为80毫安每毫秒，则判断总电流是符合第一类电弧特性的。再例如设总电流IB的瞬态变化率例如98毫安每毫秒超过预设的变化率例如为95毫安每毫秒，则判断总电流符合第一类电弧特性的。总电流的瞬态变化率是由微处理器等在测量总电流的基础上计算出电流在瞬间的变化率，预设的变化率可根据实际需求来设置并且其可以提前烧录到微处理器中也可以在线修改。

参见图2，关于前述汇流后的总电流IB的第二类电弧特性的特性之一：在指定的频带范围内，若总电流出现的高频成分的电流增加量超过了规定的电流增长值，则判断总电流符合第二类电弧特性。假设在指定的频带范围内例如0.1KHZ-100KHZ内，若总电流出现的高频成分的电流增加量如0.5安培超过了规定的电流增长值如0.1安培，则判断总电流符合第二类电弧特性。假设在指定的频带范围内例如1.0KHZ-3KHZ之内，若总电流出现的高频成分的电流增加量如0.2安培超过规定的电流增长值如0.05安培，则判断总电流符合第二类电弧特性。利用带通滤波器可以甄别出总电流当中的高频成分。高频成分的电流增加量是由微处理器等在测量总电流的基础上测算出的。规定的电流增长值可根据实际需求设置并且可以提前烧录到微处理器中也可以在线修改。

参见图2，关于前述汇流后的总电流IB的第二类电弧特性的特性之二：在指定的频带范围内，若总电流中的高频分量与直流分量之比发生剧变且高频分量与直流分量之比超过规定的比值，则判断总电流符合第二类电弧特性。假设在指定的频带范围之内例如某些频带范围0.1KHZ-100KHZ，假若总电流IB中的高频分量与直流分量之比剧变且高频分量与直流分量之比超过规定的比值如2则判断总电流符合第二类电弧特性。假设在指定的频带范围之内例如某些频带范围1.0KHZ-3KHZ之内，假若总电流IB中的高频分量与直流分量之比发生剧变且高频分量与直流分量之比超过规定的比值1.2则判断出总电流符合第二类电弧特性。利用带通滤波器可以甄别出总电流当中的高频成分，直流分量是总电流信号中与时间无关的信号分量。高频成分的数量和直流分量是微处理器等在测量总电流的基础上测算出的，微处理器还需要计算出高频成分与直流分量的比值，在电弧出现时这个比值往往是急剧增加的但是增加的程度需要仔细甄别。高频分量与直流分量相比的该规定比值可根据实际需求设置且可以提前烧录到微处理器也可以在线修改。

参见图2，针对第一类电弧特性需强调的是：总电流的峰值与谷值之间的峰谷差及预设峰谷差值、总电流的均值的瞬态变化量之实际大小及预设电流变化值、总电流的瞬态变化率及预设变化率等前文所载的各项具体参数仅作为举例但不构成限制。第二类电弧特性需强调的是：高频成分的电流增加量及规定的电流增长值、高频分量与直流分量之比及所谓规定的比值等前文中所记载的各项具体参数仅作为举例但不构成限制。这是因为这些参数和组串的串数紧密相关、也和每个组串中光伏组件的数量相关，还和每个光伏电站的现场布线和运行环境等相关，所以列举的具体参数作为举例但不构成限制，实际中允许根据每个光伏电站的现状对前述某些具体参数进行适应性的在线修改。

参见图2，分析总电流可得到电弧的初步信息，总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时初步判断为直流电弧故障。如总电流满足第一类电弧特性的一项或两项或三项、及总电流还满足第二类电弧特性的一项或两项：则认为总电流疑似发生了直流电弧故障，注意只是疑似电弧而不是确定的直流电弧故障。

参见图2，关于总电流满足第一类电弧特性的一项：例如总电流只满足第一类电弧特性的特性之一或者是只满足第一类电弧特性的特性之二或者是只满足第一类电弧特性的特性之三均可。关于总电流满足第一类电弧特性的两项：例如总电流满足了第一类电弧特性的特性之一以及还满足了第一类电弧特性的特性之二，或者总电流满足了第一类电弧特性的特性之一以及还满足了第一类电弧特性的特性之三，或者总电流满足了第一类电弧特性的特性之二以及还满足了第一类电弧特性的特性之三。而关于总电流满足第一类电弧特性的三项则是特性之一和特性之二及特性之三全部都同时满足。

参见图2，关于总电流满足第二类电弧特性的一项：例如总电流只满足第二类电弧特性的特性之一或者是只满足第二类电弧特性的特性之二。而关于总电流满足第二类电弧特性的两项则是特性之一和特性之二全部都同时予以满足。

参见图3，总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时初步判断为直流电弧故障。此时总电流仅仅只是疑似发生了直流电弧故障，至于是否是真实的直流电弧故障还需进一步确认。如何进一步确认疑似电弧是否是真实的直流电弧故障则需要分析所有并联组串ST1-STK的串级电压V1-VK和串级电流I1-IK。注意初步判断为直流电弧故障的条件是：前述三项第一类电弧特性中总电流至少要满足一项第一类电弧特性且前述两项第二类电弧特性中总电流至少要满足一项第二类电弧特性。而进一步判断为直流电弧故障的条件是：多个组串存在串级电压降低、串级电流增加的情况下可以将余下另一些串级电压和串级电流均降低的组串视为发生直流电弧故障的组串。

参见图3，总电流至少符合一项第一类电弧特性且总电流至少是符合一项第二类电弧特性的前提下，分析组串ST1-STK的串级电压V1-VK和串级电流I1-IK：例如所有并联连接的那些组串当中组串ST2-STK各自的串级电流I2-IK是增加的、同时例如所有并联连接的那些组串当中组串ST2-STK各自的串级电压V2-VK是降低的；余下另一些串级电压和串级电流降低的组串如串级电压V1和串级电流I1均降低的组串ST1视为发生真实直流电弧故障的组串。其中任一条件不满足则认为不是真实直流电弧故障。因为光伏组件的电池输出特性体现在输出电压和输出电流与组件是否被遮挡、遮挡程度、光照强度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光伏组件的输出电压和输出电流会跟随外部因素的变化而变化，逆变器输出的交流电导致它的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，光伏组件的输出特性具有随机性和不可控的波动性以至于不能断定电弧事件是真实直流电弧还是外部因素引起的。

参见图3，当总电流至少符合一项第一类电弧特性并且总电流至少是符合一项第二类电弧特性之时，认为发生了电弧事件。注意电弧事件不一定是直流电弧故障。例如插拔开关或电机旋转等动作会使电力系统发生电弧，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系统和设备的正常工作，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电弧故障。甄别电弧事件是正常电弧还是直流电弧故障的关键点就在于分析组串ST1-STK的串级电压V1-VK和串级电流I1-IK的情况。

参见图3，监测到电弧事件时，也即监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，将每个组串在电弧事件之后的串级电压与电弧事件之前的串级电压进行比对，与此同时将每个组串在电弧事件之后的串级电流与电弧事件之前的串级电流也进行比对。标号101表征着组串ST1-STK未发生电弧事件时的串级电压和串级电流的粗略示意图，标号102表征着组串ST1-STK发生电弧事件之后的串级电压和串级电流的粗略示意图。在发生电弧事件之后当多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下，同时在发生电弧事件之后余下的另一些组串则存在着串级电压和串级电流均降低的情况，藉此可以将余下另一些串级电压和串级电流均降低的组串视为发生直流电弧故障的组串，即之前初步判断出的电弧事件（疑似直流电弧故障）被进一步确认为真实直流电弧故障，否则不是直流电弧故障。主要技术方案是根据监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性而判断出产生了电弧事件，然后分析所有的并联组串的串级电流和串级电压，进一步判断电弧事件是好弧还是坏弧。

参见图3，组串ST2-STK在电弧事件后的串级电压V2-VK（标号102）相较于发生电弧事件前的串级电压V2-VK（标号101）是降低的。

参见图3，组串ST2-STK在电弧事件之后的串级电流I2-IK（标号102）相较于发生电弧事件之前的串级电流I2-IK（标号101）是增加的。

参见图3，组串ST1在电弧事件之后的串级电压V1（标号102）相较于发生电弧事件之前的串级电压V1（标号101）是降低的。

参见图3，组串ST1在电弧事件之后的串级电流I1（标号102）相较于发生电弧事件之前的串级电流I1（标号101）是降低的。

参见图3，多个组串如ST2-STK存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下可将余下那些串级电压和串级电流降低的组串如ST1视为发生电弧故障的组串。考虑到单纯的传统电弧判断方法，易受到光伏电站的各类电力装置和逆变器的电磁干扰、白噪声等其它周期性信号的干扰。再者光伏电站的输出受到温度和日照强度变化，光伏逆变器本身的拓扑结构和电气设备辐射等影响，使故障电弧的检测易受到严重干扰。例如总电流中的各类谐波的含量会增多，以至于电弧特征值出现的某些非故障电弧的信号增量往往会误判为直流电弧故障即坏弧，所以有必要提高电弧检测的可靠性和精准性并尽可能的抑制误判而本实施例记载的电弧监测方案之目的正如此。各个组串ST1-STK在此阶段仍然由逆变器执行最大功率点追踪并促使串级电压V1-VK、串级电流I1-IK之变动变得明显。

参见图3，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。本文所记载的低误动作率的故障电弧判断方案才能满足需求。

参见图3，光伏组件不匹配具有隐蔽性，许多太阳能发电系统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3，监测到电弧事件时，即使多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的前述的情况下，余下另一些组串的串级电压和串级电流均降低，仍然不能直接断定串级电压和串级电流均降低的组串为发生直流电弧故障的组串。更严格的条件：串级电压降低而串级电流增加的那些组串的串级电流，只有比串级电压、串级电流均降低的余下另一些组串的串级电流要大的条件下：才能真正将所述串级电压、串级电流均降低的组串视为发生直流电弧故障的组串。例如当监测到发生电弧事件之后，串级电压降低而串级电流增加的那些组串例如组串ST2-STK的串级电流I2-IK，只有比串级电压、串级电流均降低的余下另一些组串如组串ST1的串级电流I1要大些，才真正将所述串级电压、串级电流均降低的那些组串如组串ST1视为发生直流电弧故障的组串，否则是假故障电弧。注意此时在比较所谓串级电流I2-IK（标号102）与串级电流I1（标号102）之大小时，该些串级电流均是发生电弧事件之后的电流值、而不是发生电弧事件之前的电流值。

参见图3，监测到电弧事件时，即使多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的前述的情况下，余下另一些组串的串级电压和串级电流均降低，仍然不能直接断定串级电压和串级电流均降低的组串为发生直流电弧故障的组串。更严格的条件：串级电压降低而串级电流增加的那些组串脱离最大功率点，且它们的串级电流相对于最大功率点所对应的电流水准是增加的；以及串级电压、串级电流均降低的余下另一些组串脱离最大功率点且它们的串级电流相对于最大功率点所对应的电流水准是减少的；才将串级电压、串级电流均降低的组串视为发生直流电弧故障的组串。例如当监测到发生电弧事件之后，串级电压降低而串级电流增加的那些组串譬如ST2-STK脱离最大功率点，且ST2-STK它们在发生电弧事件之后的串级电流I2-IK（标号102）相对于ST2-STK工作在最大功率点时所对应的电流水准是增加的；串级电压、串级电流均降低的余下另一些组串如ST1脱离最大功率点且它们如ST1串级电流I1（标号102）相对于ST1工作在最大功率点时所对应的电流水准基本是减少的；才将串级电压V1、串级电流I1均降低的组串如ST1视为真正有直流电弧故障的组串，否则是假故障电弧。此时在比较串级电流I1-IK与组串的最大功率点对应的电流水准时，此时用到的串级电流I1-IK均是发生电弧事件之后的电流值而不是发生电弧事件之前的电流值。组串的最大功率点所对应的电流水准是指组串在逆变器的最大功率点追踪功能下运行于最大功率点时，组串所输出的串级电流的电流水准。

参见图4，总电流至少符合一项第一类电弧特性且总电流至少是符合一项第二类电弧特性的前提下，分析组串ST1-STK的串级电压V1-VK和串级电流I1-IK：例如所有并联连接的那些组串当中组串ST3-STK各自的串级电流I3-IK是增加的、同时例如所有并联连接的那些组串当中组串ST3-STK各自的串级电压V3-VK是降低的；以及同时所有并联连接的那些组串当中组串ST1的串级电流I1增加、串级电压V1降低。余下另一些串级电压降低和串级电流反向的组串如组串ST2视为发生电弧故障的组串。任一条件不满足则认为不是真实电弧故障。因为光伏组件的输出特性体现在输出电压和输出电流与组件是否被遮挡及遮挡程度、光照强度、环境温度等外部因素存在密切的关联，外部因素的不确定性导致光伏组件的输出电压和输出电流会跟随外部因素的变化而变化，逆变器输出的交流电导致它的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，光伏组件的输出特性具有随机性和不可控的波动性以至于不能断定电弧事件的诱因。

参见图4，当总电流至少符合一项第一类电弧特性并且总电流至少是符合一项第二类电弧特性之时，认为发生了电弧事件。注意电弧事件不一定是直流电弧故障。例如插拔开关或电机旋转等动作会使电力系统发生电弧，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系统和设备的正常工作，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电弧故障。甄别电弧事件是正常电弧还是直流电弧故障的关键点就在于分析组串ST1-STK的串级电压V1-VK和串级电流I1-IK的情况。

参见图4，监测到电弧事件时，也即监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，将每个组串在电弧事件之后的串级电压与电弧事件之前的串级电压进行比对，与此同时将每个组串在电弧事件之后的串级电流与电弧事件之前的串级电流也进行比对。标号201表征着组串ST1-STK未发生电弧事件时的串级电压和串级电流的粗略示意图，标号202表征着组串ST1-STK发生电弧事件之后的串级电压和串级电流的粗略示意图。在发生电弧事件之后当多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下，同时在发生电弧事件之后余下另一些组串则存在着串级电压降低和串级电流反向的情况，藉此可将余下另一些串级电压降低和串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串，即之前初步判断出的电弧事件（疑似直流电弧故障）被进一步确认为真实直流电弧故障，否则不是直流电弧故障。主要技术方案是根据监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性而判断出产生了电弧事件，然后分析所有的并联组串的串级电流和串级电压，进一步判断电弧事件是好弧还是坏弧。

参见图4，ST1、ST3-STK在电弧事件后的串级电压V1、V3-VK（标号202）相较于发生电弧事件前的串级电压V1、V3-VK（标号201）是降低的。

参见图4，ST1、ST3-STK在电弧事件之后的串级电流I1、I2-IK（标号202）相较于发生电弧事件之前的串级电流I1、I3-IK（标号201）是增加的。

参见图4，组串ST2在电弧事件之后的串级电压V2（标号202）相较于发生电弧事件之前的串级电压V2（标号201）是降低的。

参见图4，组串ST2在电弧事件之后的串级电流I2（标号202）相较于发生电弧事件之前的串级电流I2（标号201）是反向的。例如组串ST2之串级电流I2在电弧事件之前是对外正常输出电流并且电流是正方向的，然而组串ST2之串级电流I2在电弧事件之后是倒灌的也即无法对外正常输出电流、并且电流是逆方向的。

参见图4，ST1、ST3-STK存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下可将余下那些串级电压降低以及串级电流反向的组串如ST2视为发生电弧故障的组串。注意逆变器在此阶段仍然在对各ST1-STK执行最大功率点追踪。

参见图4，监测到电弧事件时，即使多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的前述的情况下，余下另一些组串的串级电压降低及串级电流反向，仍不能直接断定串级电压降低及串级电流反向的组串为有直流电弧故障的组串。更严格的条件：只有满足串级电压降低及串级电流增加的多个组串脱离最大功率点，且它们的串级电流相对于最大功率点所对应的电流水准是增加的：才能真正将串级电压降低及串级电流反向的组串为有直流电弧故障的组串。例如当监测到发生电弧事件之后，串级电压降低而串级电流增加的那些组串例如组串ST1、ST3-STK只有脱离最大功率点，且组串ST1、ST3-STK它们的串级电流相对组串ST1、ST3-STK的最大功率点所对应的电流水准是增加的，才将串级电压降低及串级电流反向的组串如ST2视为发生直流电弧故障的组串。此时在比较串级电流与组串的最大功率点对应的电流水准时，用到的串级电流均是发生电弧事件之后的电流值而不是发生电弧事件之前的电流值。组串的最大功率点所对应的电流水准是指组串在逆变器的最大功率点追踪功能下运行于最大功率点时，组串之串级电流的电流水准。

参见图4，监测到电弧事件时，即使多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的前述的情况下，余下另一些组串的串级电压降低及串级电流反向，仍不能直接断定串级电压降低及串级电流反向的组串为有直流电弧故障的组串。更严格的条件：只有满足串级电压降低及串级电流反向的那些组串脱离最大功率点，且它们的串级电压相对于最大功率点所对应的电压水准是减少的：才能真正将串级电压降低及串级电流反向的组串为有直流电弧故障的组串。例如当监测到发生电弧事件之后，串级电压降低而串级电流反向的那些组串例如组串ST2只有脱离最大功率点，且组串ST2它的串级电压相对组串ST2它的最大功率点对应的电压水准是降低的，串级电压降低及串级电流反向的组串如ST2才被视为发生直流电弧故障的组串，否则不是真实故障电弧。此时在比较串级电压与组串的最大功率点对应的电压水准之时，用到的串级电压均是发生电弧事件之后的电压值而不是发生电弧事件之前的电压值。组串的最大功率点所对应的电压水准是指组串在逆变器的最大功率点追踪功能下运行于最大功率点时，组串之串级电压的电压水准。

参见图3，在可选的实施例中，总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，分析所有并联组串的串级电流和串级电压：当多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下，例如组串ST2-STK，将余下另一些串级电压和串级电流均降低的组串例如组串ST1视为发生直流电弧故障的组串，注意余下另一些组串的串级电流未反向流动如组串ST1的串级电流未反向流动。

参见图4，在可选的实施例中，总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，分析所有并联组串的串级电流和串级电压：当多个组串存在着串级电压降低、串级电流增加的情况下，例如组串ST1、ST3-STK，将余下另一些串级电压降低及串级电流反向的组串ST2视为发生直流电弧故障的组串，注意余下另一些组串的串级电流反向流动例如组串ST2的串级电流是反向流动。

参见图3，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。逆变器的输入电流也即各组串的串级电流汇总后的总电流、逆变器的输入电压也即各组串的串级电压。在可选的实施例中当发生电弧事件时，也即监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，可以将逆变器INVT执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压大小的第一周期值T1予以调小。在可选的范例中例如原先的第一周期值T1调小到第二周期值T2，第二周期值T2低于第一周期值T1。则逆变器在发生电弧事件之前是以第一周期值T1来周期性调节逆变器的输入电流大小、输入电压大小以执行最大功率点追踪，逆变器在发生电弧事件之后是以第二周期值T2来周期性调节逆变器输入电流的大小、输入电压的大小以执行最大功率点追踪。究其缘由，主要是考虑到光伏组件受光照强度和环境因素的影响较大：光伏组件的输出电流和电压天然就存在不稳定性和瞬时变化特点，尤其是光伏逆变器本身的大量开关噪声辐射等影响，导致总电流中的谐波的含量会增多，以至于电弧特征值出现的某些非故障电弧的信号增量往往会误判为直流电弧故障即坏弧。倘若是监测到发生电弧事件时，也即监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，主张将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压大小的周期值予以缩小：若电弧事件是真实的直流电弧故障，那么一部分组串之串级电压会跟随周期值的缩短而迅速降低及串级电流会跟随该周期值的缩短而迅速增加，而另一部分组串之串级电压和串级电流跟随周期值的缩短而迅速降低；反之若电弧事件不是真实的直流电弧故障而是好弧，那么在实施将周期值缩小的动作时，自然不会出现一部分组串之串级电压跟随周期值的缩短而迅速降低及串级电流跟随周期值的缩短而迅速增加的情形，也不会出现余下另一部分组串之串级电压和串级电流跟随周期值缩短而迅速降低的情形。另外在电弧事件是真实的直流电弧故障的前提下调整周期值，还可以将各组串的串级电流汇总后的总电流迅速提升上去以避免逆变器的输入电流过低而造成逆变器输出的正弦波发生剧烈的波形畸变，并及时让故障电弧迅速暴露出来以避免电弧引发火灾，因为电弧强度随时会变弱而漏检。因此监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，在可选的实施例中可以将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的周期值予以调小，并且分析所有并联组串的串级电流和串级电压：周期值被调小的同时当多个组串存在着串级电压同步降低、串级电流同步增加的情况下，将余下另一些串级电压和串级电流均同步降低的组串视为发生直流电弧故障的组串。

参见图4，在可选的实施例中，逆变器INVT具最大功率点追踪功能则在可选的实施例中当发生电弧事件时，也即监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，可以将逆变器INVT执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压大小的第一周期值T1予以调小。在可选的范例中例如原先的第一周期值T1调小到第二周期值T2，第二周期值T2低于第一周期值T1。则逆变器在发生电弧事件之前是以第一周期值T1来周期性调节逆变器的输入电流大小、输入电压大小以执行最大功率点追踪，逆变器在发生电弧事件之后是以第二周期值T2来周期性调节逆变器输入电流的大小、输入电压的大小以执行最大功率点追踪。究其缘由，主要是考虑到光伏组件受光照强度和环境因素的影响较大：光伏组件的输出电流和电压天然就存在不稳定性和瞬时变化特点，尤其是光伏逆变器本身的大量开关噪声辐射等影响，导致总电流中的谐波的含量会增多，以至于电弧特征值出现的某些非故障电弧的信号增量往往会误判为直流电弧故障即坏弧。倘若是监测到发生电弧事件时，也即监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，主张将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压大小的周期值予以缩小：若电弧事件是真实的直流电弧故障，那么一部分组串之串级电压会跟随周期值的缩短而迅速降低及串级电流会跟随该周期值的缩短而迅速增加，而另一部分组串之串级电压跟随周期值的缩短而迅速降低但串级电流跟随周期值的缩短而迅速反向；反之若电弧事件不是真实的直流电弧故障而是所谓的好弧，实施将周期值缩小的动作时，不会出现一部分组串之串级电压跟随周期值的缩短而迅速降低及串级电流跟随周期值的缩短而迅速增加的情形，余下另一部分组串之串级电压跟不会出现跟随周期值缩短而迅速降低的情形、不会出现串级电流跟随周期值的缩短而迅速反向的情形。在电弧事件是电弧故障前提下调整周期值，还可以将各组串的串级电流汇总后的总电流迅速提升上去以避免逆变器的输入电流过低而造成逆变器输出的正弦波发生剧烈的波形畸变，并及时让故障电弧迅速暴露出来以避免电弧引发火灾并防止电弧强度随时会变弱而漏检。因此监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，在可选实施例中可以将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的周期值予以调小，并且分析所有的并联组串的串级电流和串级电压：周期值被调小的同时当多个组串存在着串级电压同步降低且串级电流同步增加的情况下，将余下另一些串级电压同步降低、串级电流同步反向的组串视为有直流电弧故障的组串。提高电弧检测精准性并尽量抑制误判。

参见图4，甄别电弧事件的弊端：很难区分总电流关于第一和第二类电弧特性的变化是环境因素造成还是电弧故障引起的。在可选的实施例中，当监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性之时，在可选实施例中可以将逆变器执行最大功率点追踪而周期性调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的第一周期值来予以调小，例如原先第一周期值T1调小到第二周期值T2，第二周期值T2按照设计要求是低于第一周期值T1的。考虑到逆变器交流侧输出的交流电使总电流IB与生俱来就会以两倍于工频的频率脉动，交流电的工频在不同的国家和地区也略有不同。总电流以两倍于工频的频率脉动会引起各组串的串级电流的波动，然而电弧事件发生时光伏组件本来就随着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，再加上总电流以两倍于工频的频率脉动，就更难区分总电流的变化诱因。第二周期值T2在可选实施例中可以设计成比工频频率f的倒数值1/f还要低一些。甚至第二周期值T2在可选实施例中可以设计成比工频频率f的倒数值1/f的一半即0.5*1/f还要低一些。而在可选实施例中则允许前述的第一周期值T1远大于工频频率f的倒数1/f。防止总电流以两倍于工频的频率脉动引起各组串的串级电流的波动所导致的电弧误判。所以有必要提高电弧检测的可靠性和精准性并尽可能的抑制误判，本范例之目的正如此。监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，可以将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的第一周期值予以调小，调小到第二周期值并分析所有的组串的串级电流和串级电压：第一周期值被调小的同时当多个组串存在着串级电压同步降低且串级电流同步增加的情况下，将余下另一些串级电压同步降低且串级电流同步反向的组串视为有直流电弧故障的组串。在可选实施例中第二周期值比工频频率的倒数值还要低一些，甚至第二周期值比工频频率的倒数值的一半还低。较佳的还可以设定第二周期值比工频频率的倒数值的四分之一即0.25*1/f还低，此时执行最大功率点追踪而调节逆变器直流侧输入电流和输入电压的前后两次调节动作，较大概率的刚好落在以两倍于工频的频率脉动的总电流的半个脉动周期内，而总电流的半个脉动周期内该总电流的脉动波形没有相位切换或说没有反相，此时是否为电弧故障的判断更精确。

参见图3，基于甄别电弧事件的困难，在可选范例中，当监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性之时，在可选实施例中可以将逆变器执行最大功率点追踪而周期性调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的第一周期值来予以调小，例如原先第一周期值T1调小到第二周期值T2，第二周期值T2按照设计要求是低于第一周期值T1的。考虑到逆变器交流侧输出的交流电使总电流IB与生俱来就会以两倍于工频的频率脉动，交流电的工频在不同的国家和地区也略有不同。总电流以两倍于工频的频率脉动会引起各组串的串级电流的波动，然而电弧事件发生时光伏组件本来就随着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，再加上总电流以两倍于工频的频率脉动，就更难区分总电流的变化诱因。第二周期值T2在可选实施例中可以设计成比工频频率f的倒数值1/f还要低一些。甚至第二周期值T2在可选实施例中可以设计成比工频频率f的倒数值1/f的一半即0.5*1/f还要低一些。而在可选实施例中则允许前述的第一周期值T1远大于工频频率f的倒数1/f。防止总电流以两倍于工频的频率脉动引起各组串的串级电流的波动所导致的电弧误判。所以有必要提高电弧检测的可靠性和精准性并尽可能的抑制误判，本范例之目的正如此。监测到总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，可以将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的第一周期值予以调小，调小到第二周期值并分析所有的组串的串级电流和串级电压：第一周期值被调小的同时当多个组串存在着串级电压同步降低且串级电流同步增加的情况下，将余下另一些串级电压同步降低且串级电流同步降低的组串视为有直流电弧故障的组串。在可选实施例中第二周期值比工频频率的倒数值还要低一些，甚至第二周期值比工频频率的倒数值的一半还低。较佳的还可以设定第二周期值比工频频率的倒数值的四分之一即0.25*1/f还低，此时执行最大功率点追踪而调节逆变器直流侧输入电流和输入电压的前后两次调节动作，较大概率的刚好落在以两倍于工频的频率脉动的总电流的半个脉动周期内，而总电流的半个脉动周期内该总电流的脉动波形没有相位切换或说没有反相，此时是否为电弧故障的判断更精确。

参见图4，光伏能源系统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和在串级电压及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。

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 (6)

1.一种支持检测光伏系统直流电弧故障的装置，用于监测并联的诸多组串中是否存在直流电弧故障且每个组串都包括串联的多个光伏组件，其特征在于，各组串的输出功率传输给一个将直流电转换成交流电的逆变器，逆变器带有最大功率点追踪功能，由逆变器对各组串执行最大功率点追踪，包括：

数据采集模块，收集各组串提供的串级电流和串级电压；

电流检测模块，检测各组串的串级电流汇总后的总电流的第一、第二类电弧特性；

定义第一类电弧特性包含：

在选取的时段范围内，若总电流的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小超过预设的峰谷差值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的均值所发生的瞬态变化量之实际大小超过预设的电流变化值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的瞬态变化率超过预设的变化率，则判断总电流符合第一类电弧特性；

定义第二类电弧特性包含：

在指定的频带范围内，若总电流之中出现的高频成分的电流增加量超过了规定的电流增长值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

在指定的频带范围内，若总电流中的高频分量与直流分量之比发生剧变且高频分量与直流分量之比超过规定的比值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

总电流符合一项或多项第一类电弧特性及符合一项或多项第二类电弧特性时，将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的周期值予以调小，并且分析所有并联组串的串级电流和串级电压：

在所述周期值被调小的同时，当多个组串存在着串级电压同步降低、串级电流同步增加的情况下，将余下另一些串级电压同步降低及串级电流同步反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

2.根据权利要求1所述的支持检测光伏系统直流电弧故障的装置，其特征在于：

只有满足：串级电压降低、串级电流增加的多个组串脱离最大功率点，且它们的串级电流相对于最大功率点所对应的电流水准是增加的：

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

3.根据权利要求1所述的支持检测光伏系统直流电弧故障的装置，其特征在于：

只有满足：串级电压降低、串级电流反向的组串脱离最大功率点，且它的串级电压相对于最大功率点所对应的电压水准是减少的；

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

4.一种支持检测光伏系统直流电弧故障的方法，用于监测并联的诸多组串中是否存在直流电弧故障且每个组串都包括串联的多个光伏组件，其特征在于，将各组串的输出功率传输给一个将直流电转换成交流电的逆变器，逆变器带有最大功率点追踪功能，由逆变器对各组串执行最大功率点追踪，包括：

检测各组串的串级电流汇总后的总电流的第一、第二类电弧特性；

定义出的第一类电弧特性包含：

在选取的时段范围内，若总电流的峰值与谷值之间的峰谷差之实际大小超过预设的峰谷差值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的均值所发生的瞬态变化量之实际大小超过预设的电流变化值，则判断总电流符合第一类电弧特性；

若总电流的瞬态变化率超过预设的变化率，则判断总电流符合第一类电弧特性；

定义出的第二类电弧特性包含：

在指定的频带范围内，若总电流之中出现的高频成分的电流增加量超过了规定的电流增长值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

在指定的频带范围内，若总电流中的高频分量与直流分量之比发生剧变且高频分量与直流分量之比超过规定的比值，则判断总电流符合第二类电弧特性；

收集各组串提供的串级电流和串级电压；

先判断出总电流符合了一项或多项第一类电弧特性及符合了一项或多项第二类电弧特性的前提下，将逆变器执行最大功率点追踪而周期性地调节逆变器的输入电流大小、输入电压的大小的周期值予以调小，再分析所有并联组串的串级电流和串级电压：

在所述周期值被调小的同时，当多个组串存在着串级电压同步降低、串级电流同步增加的情况下，将余下另一些串级电压同步降低及串级电流同步反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

只有满足：串级电压降低、串级电流增加的多个组串脱离最大功率点，且它们的串级电流相对于最大功率点所对应的电流水准是增加的：

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：

只有满足：串级电压降低、串级电流反向的组串脱离最大功率点，且它的串级电压相对于最大功率点所对应的电压水准是减少的；

才将串级电压降低及串级电流反向的组串视为发生直流电弧故障的组串。

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