CN112782497B - 一种电弧检测装置及其自检方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种电弧检测装置及其自检方法，该电弧检测装置包括：自检电路、电流检测电路、信号处理电路以及CPU。其CPU的输出端与自检电路的控制端相连，进而能够控制自检电路是否投入工作；并且，其自检电路的信号端与电流检测电路的输出端，均通过信号处理电路与CPU的输入端相连，使得该信号处理电路能够接收并对由电流检测电路的输出信号和自检电路的输出信号融合生成的脉动信号进行处理，再将得到的检测信号输出至CPU；进而使得CPU能够对自检电路的输出信号与电流检测电路的输出信号一同进行判断，因此该电弧检测装置可以同时对电弧检测装置是否异常和光伏发电系统是否发生电弧故障进行判断。

Description

一种电弧检测装置及其自检方法

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种电弧检测装置及其自检方法。

背景技术

目前，光伏发电系统中的光伏组件与光伏逆变器之间通过接线端子和线缆进行连接，由于接线端子和线缆众多，因此光伏发电系统容易发生因接触点松脱、接触不良等原因引发的电弧故障。

为避免光伏发电系统发生电弧故障，通常需要在光伏发电系统中设置电弧检测装置，对光伏发电系统及时进行直流电弧检测，并及时熄灭直流电弧，确保光伏发电系统的稳定运行。

但是，若电弧检测装置中电弧检测装置的关键器件失效或发生异常，会使光伏发电系统丧失电弧检测功能。为避免此种情况发生，现有技术通常会在光伏发电系统中设置自检电路，不过，现有技术中的自检电路在对电弧检测装置中的电弧检测装置进行检测时，会影响电弧检测装置对光伏发电系统的电弧检测，使电弧检测装置在自检过程中不具备识别真实电弧的能力。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种电弧检测装置及其自检方法，以解决现有技术自检过程中不具备识别真实电弧的能力的问题。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

本申请一方面提供一种电弧检测装置，应用于光伏发电系统，所述电弧检测装置，包括：自检电路、电流检测电路、信号处理电路以及CPU(Central Processing Unit，中央处理器)；其中：

所述自检电路的信号端与所述电流检测电路的输出端相连，连接点通过所述信号处理电路与所述CPU的输入端相连；

所述信号处理电路用于接收并对由所述电流检测电路的输出信号和所述自检电路的输出信号融合生成的脉动信号进行处理，将得到的检测信号输出至所述CPU；

所述CPU的输出端与所述自检电路的控制端相连。

可选的，所述自检电路，包括：可控开关模块和传输支路；其中：

所述可控开关模块的控制端作为所述自检电路的控制端；所述可控开关模块的电源端接收第一工作电压；所述可控开关模块的接地端接地；

所述可控开关模块的信号端与所述传输支路的第一端相连，所述传输支路的第二端作为所述自检电路的信号端；

当所述可控开关模块导通时，所述可控开关模块的信号端与接地端之间处于连通状态。

可选的，所述可控开关模块，包括：第一电阻、第二电阻、第一可控开关器件以及第三电阻；其中：

所述第一电阻的一端作为所述可控开关模块的控制端；

所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，连接点与所述第一可控开关器件的控制端相连；所述第二电阻的另一端与所述第一可控开关器件的输出端相连，连接点作为所述可控开关模块的接地端；

所述第一可控开关器件的输入端与所述第三电阻的一端相连，连接点作为所述可控开关模块的信号端；

所述第三电阻的另一端作为所述可控开关模块的电源端。

可选的，所述第一可控开关器件为三极管、MOS晶体管或者继电器中的任一种。

可选的，所述传输支路，包括：第四电阻和二极管；其中，所述第四电阻的一端作为所述传输支路的第一端，所述第四电阻的另一端与所述二极管的负极相连，所述二极管的正极作为所述传输支路的第二端；所述第一工作电压大于第二工作电压；所述第二工作电压是所述电流检测电路接收到的工作电压；

或者，

所述传输支路，包括：串联连接的第五电阻和第二可控开关器件；其中，所述第二可控开关器件与所述第一可控开关器件同时关断或导通；

又或者，

所述传输支路包括第六电阻；所述自检电路还包括：第三可控开关器件，所述可控开关模块的输入端通过所述第三可控开关器件接收所述第一工作电压；所述第三可控开关器件与所述第一可控开关器件同时关断或导通。

本申请另一方面提供一种电弧检测装置的自检方法，应用于上述任一项所述的电弧检测装置中的CPU，所述电弧检测装置的自检方法，包括：

当接收到自检指令后，向所述电弧检测装置中的自检电路输出预设频率的电压信号；

在接收到自检信号后，判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征；其中，所述检测信号是所述脉动信号经所述电弧检测装置中的信号处理电路处理后得到的；所述脉动信号是所述电压信号经所述自检电路后与所述电弧检测装置中的电流检测电路输出的信号融合后生成的；所述分析结果是通过对所述检测信号进行频谱分析得到的；

若所述脉动信号不满足所述自检条件，则判定所述电弧检测装置异常；

若所述分析结果符合所述电弧特征，则判定所述光伏发电系统发生电弧故障。

可选的，若所述电弧检测装置所在光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且所述预设频率大于零并处于所述电弧特征频谱的频率范围之外，则所述判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征，包括：

判断所述分析结果在所述预设频率处的幅值是否处于所述预设范围内，以及，所述分析结果是否符合所述电弧特征；

若所述分析结果在所述预设频率处的幅值处于所述预设范围内，则判定所述脉动信号满足所述自检条件、所述电弧检测装置无异常，否则判定所述脉动信号不满足所述自检条件、所述电弧检测装置异常；

若所述分析结果符合所述电弧特征，则判定所述光伏发电系统发生电弧故障，否则判定所述光伏发电系统未发生电弧故障。

可选的，若所述电弧检测装置所在光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且所述预设频率大于零并处于所述电弧特征频谱的频率范围之内，则所述判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征，包括：

滤除所述预设频率的影响，判断所述分析结果是否符合所述电弧特征；

若所述分析结果符合所述电弧特征，则判定所述光伏发电系统发生电弧故障，否则判定所述光伏发电系统未发生电弧故障；

判断所述分析结果在所述预设频率处的幅值是否处于所述预设范围内；

若所述分析结果在所述预设频率处的幅值处于所述预设范围内，则判定所述脉动信号满足所述自检条件、所述电弧检测装置无异常，否则判定所述脉动信号不满足所述自检条件、所述电弧检测装置异常。

可选的，若所述电弧检测装置所在光伏发电系统的逆变器处于待机状态，且所述预设频率大于零并处于所述电弧特征频谱的频率范围之内，则所述判断脉动信号是否满足自检条件，包括：

在所述电弧特征频谱的频率范围之内，多次改变所述预设频率的取值，并在每次改变所述预设频率的取值后，均判断所述分析结果在所述预设频率处的幅值是否处于所述预设范围内；

若各个所述分析结果在所述预设频率处的幅值均处于所述预设范围内，则判定所述脉动信号满足所述自检条件、所述电弧检测装置无异常，否则判定所述脉动信号不满足所述自检条件、所述电弧检测装置异常。

可选的，所述预设频率等于零，所述电压信号为预设高电平信号或者预设低电平信号，所述自检条件为：所述脉动信号的电压值不等于预设值。

可选的，所述预设频率等于零时，在判定所述电弧检测装置异常之前，还包括：

判定所述电流检测电路中的电流互感器副边开路。

可选的，在当接收到自检指令后，向所述电弧检测装置中的自检电路输出预设频率的电压信号之前，还包括：

手动触发设置于所述电弧检测装置上的自检按钮，或者，计时模块达到自检预定时间。

由上述技术方案可知，本申请提供了一种电弧检测装置及其自检方法。本申请提供的电弧检测装置包括：自检电路、电流检测电路、信号处理电路以及CPU。其CPU的输出端与自检电路的控制端相连，进而能够控制自检电路是否投入工作；并且，其自检电路的信号端与电流检测电路的输出端，均通过信号处理电路与CPU的输入端相连，使得该信号处理电路能够接收并对由电流检测电路的输出信号和自检电路的输出信号融合生成的脉动信号进行处理，再将得到的检测信号输出至CPU；进而使得CPU能够对自检电路的输出信号与电流检测电路的输出信号一同进行判断，因此该电弧检测装置可以同时对电弧检测装置是否异常和光伏发电系统是否发生电弧故障进行判断。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供一种电弧检测装置的结构示意图；

图2-图5为本申请不同实施例提供电弧检测装置的不同实施方式的结构示意图；

图6为本申请另一实施例提供一种电弧检测装置的自检方法的流程示意图；

图7为本申请另一实施例提供的电弧检测装置的自检方法的另一种实施方式的流程示意图；

图8为本申请另一实施例提供的电弧检测装置的自检方法的再一种实施方式的流程示意图；

图9为本申请另一实施例提供的电弧检测装置的自检方法的又一种实施方式的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了解决现有技术中自检过程中不具备识别真实电弧的能力的问题，本申请实施例提供一种电弧检测装置，应用于光伏发电系统，该电弧检测装置具体结果如图1所示，包括：自检电路10、电流检测电路20、信号处理电路30以及CPU。

自检电路10的控制端与CPU的输出端相连，该CPU的输出端具体可以为其GPIO或PWM输出引脚，此处不做具体限定；自检电路10的信号端与电流检测电路20的输出端相连，连接点与信号处理电路30的输入端相连；信号处理电路30的输出端与CPU的输入端相连。

具体的工作原理为：

当操作人员手动触发设置于该电弧检测装置上的自检按钮，或者，该电弧检测装置中的计时模块达到自检预定时间时，CPU将接收到相应的自检指令。当CPU接收到自检指令后，CPU控制自身的输出端输出预设频率的电压信号至自检电路10的控制端。

当自检电路10接收到该预设频率的电压信号后，会通过自身输出端输出相同频率的输出信号，并与电流检测电路20的输出信号融合生成脉动信号；之后，由信号处理电路30对该脉动信号进行放大及滤波处理，得到检测信号，并通过自身的输出端将该检测信号输出至CPU的输入端。

当CPU接收到检测信号后，判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征；其中，分析结果是通过对检测信号进行频谱分析得到的；若脉动信号不满足自检条件，则判定电弧检测装置异常；若分析结果符合电弧特征，则判定光伏发电系统发生电弧故障；若脉冲信号满足自检条件，以及，分析结果不符合电弧特征，则判定电弧检测装置无异常且光伏发电系统未发生电弧故障。

以上工作原理中，对于CPU输出的电压信号，可以有不同的设置情况：

(1)当该电压信号的预设频率大于零时，该电压信号实质上是一个预设频率的脉冲信号；此时，CPU判断脉动信号是否满足自检条件，具体是判断表征该脉冲信号的分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围内；其中，该预设范围是根据实际情况预先设定的，具体是指分析结果在预设频率处的幅值允许波动范围。

在实际应用中，当光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且该电压信号的预设频率处于电弧特征频谱的频率范围之外时，比如该预设频率为电弧特征频谱的频率范围(fk1～fk2)之外的一个固定频率fk3，CPU对分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围内和分析结果是否符合电弧特征的判断过程具体为：CPU判断分析结果在预设频率fk3处的幅值是否处于预设范围内，以及，分析结果是否符合电弧特征；若分析结果在预设频率fk3处的幅值处于预设范围内，则判定脉动信号满足自检条件、电弧检测装置无异常，否则判定脉动信号不满足自检条件、电弧检测装置异常；若分析结果符合电弧特征，则判定光伏发电系统发生电弧故障，否则判定光伏发电系统未发生电弧故障。

当光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且该电压信号的预设频率处于电弧特征频谱的频率范围之内时，比如该预设频率为电弧特征频谱的频率范围(fk1～fk2)之内的一个固定频率fk3，CPU对分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围内和分析结果是否符合电弧特征的判断过程具体为：CPU先滤除预设频率fk3的影响，之后判断分析结果是否符合电弧特征；若分析结果符合电弧特征，则判定光伏发电系统发生电弧故障，否则判定光伏发电系统未发生电弧故障；最后，CPU判断分析结果在预设频率fk3处的幅值是否处于预设范围内；若分析结果在预设频率fk3处的幅值处于预设范围内，则判定脉动信号满足自检条件、电弧检测装置无异常，否则判定脉动信号不满足自检条件、电弧检测装置异常。

当光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且该电弧检测装置不进行自检时，CPU控制其输出端，比如GPIO口，输出固定的高电平信号或者低电平信号送往自检电路10，此时自检电路10的输出信号是一个固定幅值的直流量，不会影响电弧检测功能。

当光伏发电系统的逆变器处于待机状态，且预设频率处于电弧特征频谱的频率范围之内时，比如该预设频率为电弧特征频谱的频率范围(fk1～fk2)之内的一个固定频率fk3，CPU对脉动信号是否满足自检条件的具体判断过程具体为：在电弧特征频谱的频率范围(fk1～fk2)之内，CPU多次改变预设频率fk3的取值，并在每次改变预设频率fk3的取值后，均判断分析结果在预设频率fk3处的幅值是否处于预设范围内；若各个分析结果在预设频率fk3处的幅值均处于预设范围内，则判定脉动信号满足自检条件、电弧检测装置无异常，否则判定脉动信号不满足自检条件、电弧检测装置异常。

(2)当该电压信号的预设频率等于零时，该电压信号实质上是一个预设高电平信号或者一个预设低电平信号，此时，CPU判断脉动信号是否满足自检条件，具体是判断脉动信号的电压值是否不等于预设值；其中，预设值是根据电流检测电路20和自检电路10的具体结构预先设定的一个分压值。

在实际应用中，这种情况下，无论光伏发电系统的逆变器处于运行状态还是待机状态，只要CPU接收到自检指令，均会根据接收到的检测信号获取脉动信号的电压值，然后进行下述对分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围内和分析结果是否符合电弧特征的具体判断过程：

CPU判断脉动信号的电压值是否不等于预设值，以及，分析结果是否符合电弧特征；若CPU判断脉动信号的电压值不等于预设值，则判定电弧检测装置无异常，否则判定电弧检测装置异常；若分析结果符合电弧特征，则判定光伏发电系统发生电弧故障，否则判定光伏发电系统未发生电弧故障。

在本申请提供的方案中，CPU的输出端与自检电路的控制端相连，进而能够控制自检电路是否投入工作；并且，其自检电路的信号端与电流检测电路的输出端，均通过信号处理电路与CPU的输入端相连，使得该信号处理电路能够接收并对由电流检测电路的输出信号和自检电路的输出信号融合生成的脉动信号进行处理，再将得到的检测信号输出至CPU；进而使得CPU能够对自检电路的输出信号与电流检测电路的输出信号一同进行判断，因此该电弧检测装置可以同时对电弧检测装置是否异常和光伏发电系统是否发生电弧故障进行判断。

本申请另一实施例提供自检电路10的一种实施方式，其具体结构如图2所示，包括：可控开关模块11和传输支路12。

可控开关模块11的控制端作为自检电路10的控制端，可控开关模块11的电源端接收第一工作电压Vcc1，可控开关模块11的接地端接地，可控开关模块11的信号端与传输支路12的第一端相连，传输支路12的第二端作为自检电路10的信号端。

在自检电路10的实际工作中，当CPU接收到自检指令后，可控开关模块11的控制端接收CPU输出的预设频率的电压信号。

若该预设频率为零，比如该电压信号为预设高电平信号时，可控开关模块11的控制端接收到该预设高电平信号而导通，其信号端与接地端之间处于连通状态，进而使传输支路12的第二端的电压通过传输支路12、可控开关模块11到地；若电流检测电路20无异常，则传输支路12的第二端的电压应当近似等于电流检测电路20接收到的工作电压，即第二工作电压Vcc2；而若电流检测电路20异常，则传输支路12的第二端的电压将会等于一个与电路结构相对应的分压值，即上一实施例中所述的预设值；进而实现对于电流检测电路20的检测。

当可控开关模块11的控制端接收到预设低电平信号时，可控开关模块11关断，无论电流检测电路20有无异常，此时传输支路12的第二端电压近似等于第二工作电压Vcc2。

实际应用中，令可控开关模块11导通的信号也可以为预设低电平信号，令可控开关模块11关断的信号也可以为预设高电平信号，视可控开关模块11的具体器件而定，此处仅为一种示例。

本实施例还提供可控开关模块11的一种实施方式，其具体结构如图3所示，包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一可控开关器件Q1以及第三电阻R3。

第一电阻R1的一端作为可控开关模块11的控制端；第二电阻R2的一端与第一电阻R1的另一端相连，连接点与第一可控开关器件Q1的控制端相连；第二电阻R2的另一端与第一可控开关器件Q1的输出端相连，连接点作为可控开关模块11的接地端；第一可控开关器件Q1的输入端与第三电阻R3的一端相连，连接点作为可控开关模块11的信号端；第三电阻R3的另一端作为可控开关模块11的电源端。

在实际应用中，第一种使用场景为：当可控开关模块11的控制端接收到预设高电平信号时，经第一电阻R1和第二电阻R2的分压后，将第二电阻R2的分压加在第一可控开关器件Q1的控制端和输出端之间，由于第二电阻R2的分压大于第一可控开关器件Q1的导通阈值，所以第一可控开关器件Q1导通，即第一可控开关器件Q1的输入端与输出端之间导通。当可控模块的控制端接收到预设低电平信号时，经第一电阻R1和第二电阻R2的分压后，将第二电阻R2的分压加在第一可控开关器件Q1的控制端和输出端之间，由于此时的第二电阻R2的分压小于等于第一可控开关器件Q1的导通阈值，所以第一可控开关器件Q1关断，即第一可控开关器件Q1的输入端与输出端之间未导通。

第二种使用场景为：当可控开关模块11的控制端接收到预设低电平信号时，经第一电阻R1和第二电阻R2的分压后，将第二电阻R2的分压加在第一可控开关器件Q1的控制端和输出端之间，此时，第一可控开关器件Q1的控制端电压等于第二电阻R2的分压，由于第二电阻R2的分压与第一工作电压Vcc1的差值小于第一可控开关器件Q1的导通阈值，所以第一可控开关器件Q1导通。当可控模块的控制端接收到预设高电平信号时，经第一电阻R1和第二电阻R2的分压后，将第二电阻R2的分压加在第一可控开关器件Q1的控制端和输出端之间，此时，第一可控开关器件Q1的控制端电压等于第二电阻R2的分压，由于第二电阻R2的分压与第一工作电压的差值大于等于第一可控开关器件Q1的导通阈值，所以第一可控开关器件Q1关断。

可选的，第一可控开关器件Q1可以为三极管、MOS晶体管或者继电器中的任一种；具体的，在第一种使用场景下，第一可控开关器件Q1的具体选型中，三极管为NPN型三极管，MOS晶体管为NMOS晶体管；而在第二种使用场景下，第一可控开关器件Q1的具体选型中，三极管为PNN型三极管，MOS晶体管为PMOS晶体管。

本实施例提供传输支路12的一种实施方式，其具体结构如图3所示，具体包括：第四电阻R4和二极管D。

第四电阻R4的一端作为传输支路12的第一端，第四电阻R4的另一端与二极管D的负极相连，二极管D的正极作为传输支路12的第二端；并且，此时，第一工作电压Vcc1大于第二工作电压Vcc2。

需要说明的是，第二工作电压Vcc2是电流检测电路20接收到的工作电压。在实际应用中，电流检测电路20的具体结构如图3所示，包括：电流互感器T和第七电阻R7；其中，第七电阻R7的一端接收第二工作电压Vcc2，第七电阻R7的另一端作为电流检测电路20的输出端，而电流互感器T的原边接收组串电流，电流互感器T的副边并联在第七电阻R7的两端。

当第一可控开关器件Q1导通时，第二工作电压Vcc2与地之间形成通路，该通路具体包括：第七电阻R7、二极管D、第四电阻R4以及第一可控开关器件Q1。若此时电流互感器T的副边开路，则在忽略第一可控开关器件Q1和二极管D的分压的情况下，二极管D的正极电压等于预设值，其中，预设值近似等于R4*Vcc2/(R4+R7)；而若此时电流互感器T的副边连接正常，则由于电流互感器T原边输入直流电流，电流互感器T的副边输出交流电流分量，并经过第七电阻R7后，转化为含有交流分量的电压，但是该交流电压幅值较小，因此在忽略第一可控开关器件Q1、二极管D以及第七电阻R7分压的情况下，二极管D的正极电压近似等于第二工作电压Vcc2。当第一可控开关器件Q1关断时，第一工作电压Vcc1大于第二工作电压Vcc2，二极管D反向截止，所以二极管D的正极电压也近似等于第二工作电压Vcc2。

需要说明的是，第四电阻R4和二极管D的连接方式还可以为：二极管D的负极作为传输支路12的第一端，二极管D的正极通过第四电阻R4作为传输支路12的第二端，此处不对两种连接方式做具体限定，均在本申请的保护范围内。

本实施例还提供传输支路12的另一种实施方式，其具体结构如图4所示，具体包括：串联连接的第五电阻R5和第二可控开关器件Q2。

在实际应用中，第五电阻R5和第二可控开关器件Q2的串联关系可以设置为：第五电阻R5一端作为传输支路12的第一端，第五电阻R5的另一端通过第二可控开关器件Q2作为传输支路12的第二端；也可以互换两者的位置。

需要说明的是，第二可控开关器件Q2与第一可控开关器件Q1同时关断或导通；即当第一可控开关器件Q1导通时，第二可控开关器件Q2同时导通；当第一可控开关器件Q1关断时，第二可控开关器件Q2同时关断。除此之外，传输支路12的此种实施方式的其余工作原理与传输支路12的上一实施方式的工作原理相同，此处再一一赘述。

本实施例提供传输支路12的再一种实施方式，其具体结构如图5所示，只包括第六电阻R6，即第六电阻R6的一端作为传输支路12的第一端，第六电阻R6的另一端作为传输支路12的第二端。此时，为了实现可控开关模块11的关断、自检电路10的切出，自检电路10在上一实施方式的基础上，还包括：第三可控开关器件Q3，可控开关模块11的输入端通过第三可控开关器件Q3接收第一工作电压Vcc1。其中，第三可控开关器件Q3与第一可控开关器件Q1同时关断或导通；即当第一可控开关器件Q1导通时，第三可控开关器件Q3同时导通；当第一可控开关器件Q1关断时，第三可控开关器件Q3同时关断。传输支路12此种实施方式的工作原理与传输支路12的上述实施方式相同，此处不再一一赘述。

需要说明的是，在实际应用时，若第一可控开关器件Q1为三极管且三极管为NPN型三极管，或者，第一可控开关器件Q1为MOS晶体管且MOS晶体管为NMOS晶体管，则自检电路10的此种实施方式中的可控开关模块11的第一种使用场景与可控开关模块11的上一实施方式中的第一种使用场景相同，此处不再一一赘述。但是，若第一可控开关器件Q1为三极管且三极管为PNP型三极管，或者，第一可控开关器件Q1为MOS晶体管且MOS晶体管为PMOS晶体管，则自检电路10的此种实施方式中的第一可控开关器件Q1的第二种使用场景与自检电路10的上一实施方式中的第二种使用场景不相同，具体为：

当可控开关模块11的控制端接收到预设低电平信号时，经第一电阻R1和第二电阻R2的分压后，将第二电阻R2的分压加在第一可控开关器件Q1的控制端和输出端之间，此时，第一可控开关器件Q1的控制端电压等于第二电阻R2的分压，由于第二电阻R2的分压与第二工作电压Vcc2的差值小于第一可控开关器件Q1的导通阈值，所以第一可控开关器件Q1导通。

本申请另一实施例提供一种电弧检测装置的自检方法，应用于上述实施例提供的电弧检测装置中的CPU，该电弧检测装置的自检方法的具体流程如图6所示，包括如下步骤：

S110、当接收到自检指令后，向电弧检测装置中的自检电路输出预设频率的电压信号。

在实际应用中，当该电压信号的预设频率大于零时，该电压信号实质上是一个预设频率的脉冲信号；当该电压信号的预设频率等于零时，该电压信号实质上是一个预设高电平信号或者一个预设低电平信号。

S120、在接收到自检信号后，判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征。

其中，检测信号是脉动信号经电弧检测装置中的信号处理电路处理后得到的；脉动信号是电压信号经自检电路后与电弧检测装置中的电流检测电路输出的信号融合后生成的；分析结果是通过检测信号进行频谱分析得到的。

具体的，在实际应用中，频谱分析的方法为：对检测信号进行FFT(Fast FourierTransform，快速傅里叶变换)分析。

另外，自检条件是用于判断电弧检测装置是否发生异常而预先设定的有关于脉动信号幅值的临界条件；而电弧特征是现有技术中经过大量实验后得到的当此光伏发电系统发生电弧故障时电弧的频谱特征；若脉动信号不满足自检条件(即条件1)，则执行步骤S130；若分析结果符合电弧特征(即条件2)，则执行步骤S140；若脉动信号满足自检条件(即条件3)，且分析结果不符合电弧特征，则执行步骤S150。

需要说明的是，当该电压信号实质上是一个预设频率的脉冲信号时，自检条件具体是：表征该脉冲信号的分析结果在预设频率处的幅值处于预设范围内；当该电压信号实质上是一个预设高电平信号或者一个预设低电平信号时，自检条件具体是：脉动信号的电压值不等于预设值；其中，预设值是根据电流检测电路和自检电路的具体结构预先设定的一个分压值。

S130、判定电弧检测装置异常。

S140、判定光伏发电系统发生电弧故障。

S150、判定电弧检测装置无异常，且光伏发电系统未发生电弧故障。

当预设频率为零时，本实施例还提供另一种电弧检测装置的自检方法，其具体流程如图7所示，在上一种电弧检测装置的自检方法的基础上，在步骤S130之前，还包括如下步骤：

S160、判定电流检测电路中的电流互感器副边开路。

实际应用中，在步骤S110之前，还包括如下步骤：

手动触发设置于电弧检测装置上的自检按钮，或者，计时模块达到自检预定时间。

当光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且预设频率大于零并处于电弧特征频谱的频率范围之外时，本申请另一实施例在上一实施例的基础上，提供步骤S120的一种具体实施方式，其具体流程如图8所示，包括如下步骤：

S121、判断分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围内，以及，分析结果是否符合电弧特征。

其中，预设范围已在上述实施例进行说明，此处不再一一赘述，可参见上述实施例。

若分析结果在预设频率处的幅值处于预设范围内，则执行步骤S122；若分析结果在预设频率处的幅值未处于预设范围内，则执行步骤S123；若分析结果符合电弧特征，则执行步骤S124；若分析结果不符合电弧特征，则执行步骤S125。

S122、判定脉动信号满足自检条件。

S123、判定脉动信号不满足自检条件。

S124、判定光伏发电系统发生电弧故障。

S125、判定光伏发电系统未发生电弧故障。

需要说明的是，在此情况下，对分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围的判断和对分析结果是否符合电弧特征的判断之间的顺序，可以是同时判断，也可以是一个判断在前，另一个判断在后，此处不做具体限定，可视具体情况而定，但均在本申请的保护范围内。

在实际应用中，若光伏发电系统的逆变器处于待机状态，则光伏发电系统中的光伏组串的电流几乎为零，此时电流检测电路送往第一可控开关器件的输入端的信号几乎为零，所以当光伏发电系统的逆变器处于待机状态，且预设频率大于零并处于电弧特征频谱的频率范围之内时，本实施例在上一实施例的基础上，提供步骤S120中判断脉动信号是否满足自检条件的一种具体实施方式，包括如下步骤：

S170、在电弧特征频谱的频率范围之内，多次改变预设频率的取值，并在每次改变预设频率的取值后，均判断分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围内。

若各个分析结果在预设频率处的幅值均处于预设范围内，则执行步骤S180；否则执行步骤S190。

S180、判定脉动信号满足自检条件。

S190、判定脉动信号不满足自检条件。

需要说明的是，增加步骤170可以避免在判断过程中由于偶然因素而导致的误判，使得本申请提供的电弧检测装置的自检方法更加准确、可靠。

当光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且预设频率大于零并处于电弧特征频谱的频率范围之内时，本申请另一实施例在如图6所示实施例的基础上，提供步骤S120的一种具体实施方式，其具体流程如图9所示，包括如下步骤：

S210、滤除预设频率的影响，判断分析结果是否符合电弧特征。

若分析结果符合电弧特征，则执行步骤S220；若分析结果不符合电弧特征，则执行步骤S230。

S220、判定光伏发电系统发生电弧故障。

S230、判定光伏发电系统未发生电弧故障。

S240、判断分析结果在预设频率处的幅值是否处于预设范围内。

若分析结果在预设频率处的幅值处于预设范围内，则执行步骤S250；若分析结果在预设频率处的幅值未处于预设范围内，则执行步骤S260。

S250、判定脉动信号满足自检条件。

S260、判定脉动信号不满足自检条件。

需要说明的是，在此情况下，步骤S240是由步骤S230触发执行的，即只有在S230执行后，步骤S240才会执行。

本实施例提供的该自检方法的具体原理，可以参见电弧检测装置的实施例，此处不再一一赘述。

需要说明的是，本申请中的电流检测电路，其功能可以是对光伏发电系统的组串电流进行电弧检测，也可以是对其他电流进行电弧检测，比如电力变换器的电流，此处不做具体限定，视其应用环境而定即可；能够通过上述原理，在对该电弧检测装置进行自检的同时，确保电弧检测的功能不受影响的方案，均在本申请的保护范围内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种电弧检测装置，其特征在于，应用于光伏发电系统，所述电弧检测装置，包括：自检电路、电流检测电路、信号处理电路以及中央处理器CPU；其中：

所述自检电路的信号端与所述电流检测电路的输出端相连，连接点通过所述信号处理电路与所述CPU的输入端相连；

所述信号处理电路用于接收并对由所述电流检测电路的输出信号和所述自检电路的输出信号融合生成的脉动信号进行处理，将得到的检测信号输出至所述CPU；

所述CPU的输出端与所述自检电路的控制端相连，使得所述CPU能够对所述自检电路的输出信号与所述电流检测电路的输出信号同时进行判断；

所述电弧检测装置的自检方法，包括：

所述CPU在接收到自检信号后，若判定所述脉动信号不满足自检条件，则判定所述电弧检测装置异常；若通过对检测信号进行频谱分析得到的分析结果符合电弧特征，则判定所述光伏发电系统发生电弧故障；若所述脉动信号满足所述自检条件，且所述分析结果不符合电弧特征，则判定所述电弧检测装置无异常且所述光伏发电系统未发生电弧故障。

2.根据权利要求1所述的电弧检测装置，其特征在于，所述自检电路，包括：可控开关模块和传输支路；其中：

所述可控开关模块的控制端作为所述自检电路的控制端；所述可控开关模块的电源端接收第一工作电压；所述可控开关模块的接地端接地；

所述可控开关模块的信号端与所述传输支路的第一端相连，所述传输支路的第二端作为所述自检电路的信号端；

当所述可控开关模块导通时，所述可控开关模块的信号端与接地端之间处于连通状态。

3.根据权利要求2所述的电弧检测装置，其特征在于，所述可控开关模块，包括：第一电阻、第二电阻、第一可控开关器件以及第三电阻；其中：

所述第一电阻的一端作为所述可控开关模块的控制端；

所述第二电阻的一端与所述第一电阻的另一端相连，连接点与所述第一可控开关器件的控制端相连；所述第二电阻的另一端与所述第一可控开关器件的输出端相连，连接点作为所述可控开关模块的接地端；

所述第一可控开关器件的输入端与所述第三电阻的一端相连，连接点作为所述可控开关模块的信号端；

所述第三电阻的另一端作为所述可控开关模块的电源端。

4.根据权利要求3所述的电弧检测装置，其特征在于，所述第一可控开关器件为三极管、MOS晶体管或者继电器中的任一种。

5.根据权利要求3所述的电弧检测装置，其特征在于，所述传输支路，包括：第四电阻和二极管；其中，所述第四电阻的一端作为所述传输支路的第一端，所述第四电阻的另一端与所述二极管的负极相连，所述二极管的正极作为所述传输支路的第二端；所述第一工作电压大于第二工作电压；所述第二工作电压是所述电流检测电路接收到的工作电压；

或者，

所述传输支路，包括：串联连接的第五电阻和第二可控开关器件；其中，所述第二可控开关器件与所述第一可控开关器件同时关断或导通；

又或者，

所述传输支路包括第六电阻；所述自检电路还包括：第三可控开关器件，所述可控开关模块的输入端通过所述第三可控开关器件接收所述第一工作电压；所述第三可控开关器件与所述第一可控开关器件同时关断或导通。

6.一种电弧检测装置的自检方法，其特征在于，应用于权利要求1-5任一项所述的电弧检测装置中的CPU，所述电弧检测装置的自检方法，包括：

当接收到自检指令后，向所述电弧检测装置中的自检电路输出预设频率的电压信号；

在接收到自检信号后，判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征；其中，所述检测信号是所述脉动信号经所述电弧检测装置中的信号处理电路处理后得到的；所述脉动信号是所述电压信号经所述自检电路后与所述电弧检测装置中的电流检测电路输出的信号融合后生成的；所述分析结果是通过对所述检测信号进行频谱分析得到的；

若所述脉动信号不满足所述自检条件，则判定所述电弧检测装置异常；

若所述分析结果符合所述电弧特征，则判定所述光伏发电系统发生电弧故障。

7.根据权利要求6所述的电弧检测装置的自检方法，其特征在于，若所述电弧检测装置所在光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且所述预设频率大于零并处于所述电弧特征频谱的频率范围之外，则所述判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征，包括：

判断所述分析结果在所述预设频率处的幅值是否处于预设范围内，以及，所述分析结果是否符合所述电弧特征；

若所述分析结果在所述预设频率处的幅值处于所述预设范围内，则判定所述脉动信号满足所述自检条件、所述电弧检测装置无异常，否则判定所述脉动信号不满足所述自检条件、所述电弧检测装置异常；

若所述分析结果符合所述电弧特征，则判定所述光伏发电系统发生电弧故障，否则判定所述光伏发电系统未发生电弧故障。

8.根据权利要求6所述的电弧检测装置的自检方法，其特征在于，若所述电弧检测装置所在光伏发电系统的逆变器处于运行状态，且所述预设频率大于零并处于所述电弧特征频谱的频率范围之内，则所述判断脉动信号是否满足自检条件，以及，分析结果是否符合电弧特征，包括：

滤除所述预设频率的影响，判断所述分析结果是否符合所述电弧特征；

若所述分析结果符合所述电弧特征，则判定所述光伏发电系统发生电弧故障，否则判定所述光伏发电系统未发生电弧故障；

判断所述分析结果在所述预设频率处的幅值是否处于预设范围内；

若所述分析结果在所述预设频率处的幅值处于所述预设范围内，则判定所述脉动信号满足所述自检条件、所述电弧检测装置无异常，否则判定所述脉动信号不满足所述自检条件、所述电弧检测装置异常。

9.根据权利要求6所述的电弧检测装置的自检方法，其特征在于，若所述电弧检测装置所在光伏发电系统的逆变器处于待机状态，且所述预设频率大于零并处于所述电弧特征频谱的频率范围之内，则所述判断脉动信号是否满足自检条件，包括：

在所述电弧特征频谱的频率范围之内，多次改变所述预设频率的取值，并在每次改变所述预设频率的取值后，均判断所述分析结果在所述预设频率处的幅值是否处于预设范围内；

若各个所述分析结果在所述预设频率处的幅值均处于所述预设范围内，则判定所述脉动信号满足所述自检条件、所述电弧检测装置无异常，否则判定所述脉动信号不满足所述自检条件、所述电弧检测装置异常。

10.根据权利要求6所述的电弧检测装置的自检方法，其特征在于，所述预设频率等于零，所述电压信号为预设高电平信号或者预设低电平信号，所述自检条件为：所述脉动信号的电压值不等于预设值。

11.根据权利要求6所述的电弧检测装置的自检方法，其特征在于，所述预设频率等于零时，在判定所述电弧检测装置异常之前，还包括：

判定所述电流检测电路中的电流互感器副边开路。

12.根据权利要求6-11任一项所述的电弧检测装置的自检方法，其特征在于，在当接收到自检指令后，向所述电弧检测装置中的自检电路输出预设频率的电压信号之前，还包括：

手动触发设置于所述电弧检测装置上的自检按钮，或者，计时模块达到自检预定时间。

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