CN113092954B - 一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电力技术领域，提供了一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法及装置，所述方法包括：连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号；对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理；计算去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，并根据数值和判断光伏系统是否产生了直流电弧。本发明能够自动滤除不同光伏设备产生的噪声信号，提高光伏系统中的直流电弧的检测准确性。

Description

一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法及装置

技术领域

本发明属于电力技术领域，尤其涉及一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法及装置。

背景技术

光伏发电因具有清洁和可再生等特点，得到了快速的发展。随着市场应用需求的增加，光伏系统的规模越来越大，光伏系统中的直流电弧故障问题越来越严重。

电弧是指电流通过某些绝缘介质(例如空气)所产生的瞬间火花，是一种气体放电现象，在光伏系统中，直流电弧一旦产生，若不采取及时有效的防护措施，持续的直流电弧会产生3000℃以上的高温，进而引发火灾。因此，能够准确、及时地对直流电弧进行检测，对光伏系统来说极为重要。

本申请的发明人发现，现有的光伏系统直流电弧检测方法都是通过判定电弧发生时的一些特征量是否超过正常时的阈值来确定电弧是否产生，然而，由于光伏系统的交直流辅助电源、光伏设备的开关频率及开关频率倍频处均会产生噪声信号，且不同设备的噪声信号也有很大的差异，严重影响了直流电弧的检测准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法及装置，以提高光伏系统中的直流电弧的检测准确性。

本发明实施例的第一方面提供了一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其中，光伏系统包括光伏并网设备，光伏并网设备具有N路PV输入；

该光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法包括：

连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号；其中，n≥2；

对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理；

计算去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，并根据数值和判断光伏系统是否产生了直流电弧。

本发明实施例的第二方面提供了一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置，其中，光伏系统包括光伏并网设备，光伏并网设备具有N路PV输入；

该光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置包括：

第一处理模块，用于连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号；其中，n≥2；

第二处理模块，用于对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理；

判断模块，用于计算去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，并根据数值和判断光伏系统是否产生了直流电弧。

本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明通过连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号，进一步，对第一幅频特性信号进行自动去噪处理，滤除光伏设备本身工作时产生的噪声信号，防止噪声信号对直流电弧信号的检测造成干扰，进而根据去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和准确判断光伏系统是否产生了直流电弧。本发明能够自动滤除不同光伏设备产生的噪声信号，提高光伏系统中的直流电弧的检测准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的实现流程示意图；

图2是本发明实施例提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例的第一方面提供了一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其中，光伏系统包括光伏并网设备，光伏并网设备具有N路PV输入，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101、连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号；其中，n≥2。

在本发明实施例中，由于光伏系统产生直流电弧时，直流电弧会将电流中特定频段的高频噪声的幅值整体抬高，因此，根据电流中高频噪声的幅值变化情况可以判断是否产生了直流电弧。

具体的，在本发明实施例中，可以在光伏并网设备的前端连续采样n次光伏系统的当路PV输入电流，在本实施例中n的值为1024，然后对当路采集的每个PV输入电流进行快速傅立叶分析，得到该组各个PV输入电流的第一幅频特性信号。

步骤S102、对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理，包括：

对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号；

计算该组PV输入电流的第二幅频特性信号的标准差，并根据标准差对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号；其中，该组PV输入电流的第三幅频特性信号为去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号，包括：

计算该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值；

根据平均值对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号；其中，限幅滤波的方法为：

式中，A_x为该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值，x_i为第一幅频特性信号，y_i为第二幅频特性信号。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，根据标准差对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号，包括：

根据标准差确定该组PV输入电流的第二幅频特性信号的滤波系数；

基于滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，根据标准差确定该组PV输入电流的第二幅频特性信号的滤波系数，包括：

式中，k_i为第二幅频特性信号的滤波系数，y_i为第二幅频特性信号，W为标准差。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，基于滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号，包括：

Z_i＝k_i*y_i

式中，Z_i为第三幅频特性信号，k_i为滤波系数，y_i为第二幅频特性信号。

在本发明实施例中，光伏设备自带的直流辅助电源会产生噪声信号，以及光伏设备工作时在开关频率及开关频率倍频处也会产生噪声信号，这些噪声信号的幅值远大于直流电弧的幅值，我们称这些噪声信号为离群信号，离群信号会严重影响对直流电弧的检测。并且，由于不同光伏设备产生的离群信号的幅值不同，因此无法确定一个准确的阈值对其进行消除。

本发明实施例利用统计学方法，对于光伏系统任意一路PV输入，首先计算采集的当路该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值，再根据平均值对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号。对第一幅频特性信号进行限幅滤波能够消除幅值过大的噪声信号，降低幅值过大的噪声信号对后续求取标准差的影响，使计算出的标准差更接近直流电弧的标准差。

进一步，通过计算该组PV输入电流的第二幅频特性信号的标准差，根据标准差确定各个第二幅频特性信号的滤波系数，根据各个第二幅频特性信号的滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，能够在保留直流电弧的同时，消除光伏设备工作时产生的离群信号。

步骤S103、计算去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，并根据数值和判断光伏系统是否产生了直流电弧。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，根据数值和判断光伏系统是否产生了直流电弧，包括：

判断数值和是否大于第一预设阈值，若数值和大于第一预设阈值，则判断光伏系统产生了直流电弧。

在本发明实施例中，根据去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，即各个第三幅频特性信号的数值和是否大于第一预设阈值，能够较为准确的判断光伏系统是否产生了直流电弧。需要指出的是，第一预设阈值的大小取值可以根据电流取样次数n来确定。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法还包括：

采集当路多组PV输入电流，分别计算各组PV输入电流对应的第一幅频特性信号的数值和；

计算各组PV输入电流对应的数值和的累加值，并判断累加值是否大于第二预设阈值，若累加值大于所述第二预设阈值，则判断光伏系统产生了直流电弧。

在本发明实施例中，为了进一步提高检测直流电弧的准确性，防止单次计算结果不准确引起的误判，可以采集当路多组PV输入电流，通过计算各组PV输入电流对应的数值和的累加值，根据累加值是否大于第二预设值来判断光伏系统是否产生了直流电弧。

可选的，作为本发明实施例第一方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法的一种具体的实施方式，光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法还包括：

对光伏系统的每一路PV输入均进行直流电弧自动降噪故障检测，以判断光伏系统是否产生了直流电弧。

由以上内容可知，本发明通过连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号，进一步，对第一幅频特性信号进行去噪处理，滤除光伏设备本身工作时产生的噪声信号，防止噪声信号对直流电弧信号的检测造成干扰，进而根据去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和准确判断光伏系统是否产生了直流电弧。本发明能够自动滤除不同光伏设备产生的噪声信号，提高光伏系统中的直流电弧的检测准确性。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

本发明实施例的第二方面提供了一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置，其中，光伏系统包括光伏并网设备，光伏并网设备具有N路PV输入，如图2所示，该光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置2包括：

第一处理模块21，用于连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号；其中，n≥2。

第二处理模块22，用于对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理。

判断模块23，用于计算去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，并根据数值和判断光伏系统是否产生了直流电弧。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，第二处理模块22包括：

限幅滤波单元，用于对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号。

离群滤波单元，用于计算该组PV输入电流的第二幅频特性信号的标准差，并根据所述标准差对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号；其中，该组PV输入电流的第三幅频特性信号为去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号，可以详述为：

计算该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值；

根据平均值对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号；其中，限幅滤波的方法为：

式中，A_x为该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值，x_i为第一幅频特性信号，y_i为第二幅频特性信号。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，根据标准差对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号，可以详述为：

根据标准差确定该组PV输入电流的第二幅频特性信号的滤波系数；

基于滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，根据标准差确定该组PV输入电流的第二幅频特性信号的滤波系数，可以详述为：

式中，k_i为第二幅频特性信号的滤波系数，y_i为第二幅频特性信号，W为标准差。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，基于滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号，可以详述为：

Z_i＝k_i*y_i

式中，Z_i为第三幅频特性信号，k_i为滤波系数，y_i为第二幅频特性信号。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，根据数值和判断光伏系统是否产生了直流电弧，可以详述为：

判断数值和是否大于第一预设阈值，若数值和大于第一预设阈值，则判断光伏系统产生了直流电弧。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置2还用于：

采集当路多组PV输入电流，分别计算各组PV输入电流对应的第一幅频特性信号的数值和；

计算各组PV输入电流对应的数值和的累加值，并判断累加值是否大于第二预设阈值，若累加值大于第二预设阈值，则判断光伏系统产生了直流电弧。

可选的，作为本发明实施例第二方面提供的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置的一种具体的实施方式，光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置2还用于：

对光伏系统的每一路PV输入均进行直流电弧自动降噪故障检测，以判断光伏系统是否产生了直流电弧。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其特征在于，所述光伏系统包括光伏并网设备，所述光伏并网设备具有N路PV输入；

所述方法包括：

连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号；其中，n≥2；

对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理；

计算去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，并根据所述数值和判断所述光伏系统是否产生了直流电弧；

所述去噪处理，包括，计算该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值；

根据所述平均值对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号；

其中，限幅滤波的方法为：

式中，A_x为该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值，x_i为第一幅频特性信号，y_i为第二幅频特性信号；

计算该组PV输入电流的第二幅频特性信号的标准差，并根据所述标准差确定该组PV输入电流的第二幅频特性信号的滤波系数；

基于所述滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号。

2.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其特征在于，所述根据所述标准差确定该组PV输入电流的第二幅频特性信号的滤波系数，包括：

式中，k_i为第二幅频特性信号的滤波系数，y_i为第二幅频特性信号，W为标准差。

3.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其特征在于，所述基于所述滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号，包括：

Z_i＝k_i*y_i

式中，Z_i为第三幅频特性信号，k_i为滤波系数，y_i为第二幅频特性信号。

4.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其特征在于，所述根据所述数值和判断所述光伏系统是否产生了直流电弧，包括：

判断所述数值和是否大于第一预设阈值，若所述数值和大于所述第一预设阈值，则判断所述光伏系统产生了直流电弧。

5.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其特征在于，还包括：

采集当路多组PV输入电流，分别计算各组PV输入电流对应的第一幅频特性信号的数值和；

计算各组PV输入电流对应的数值和的累加值，并判断所述累加值是否大于第二预设阈值，若所述累加值大于所述第二预设阈值，则判断所述光伏系统产生了直流电弧。

6.如权利要求1-5任一项所述的光伏系统直流电弧自动降噪故障检测方法，其特征在于，还包括：

对所述光伏系统的每一路PV输入均进行直流电弧自动降噪故障检测，以判断所述光伏系统是否产生了直流电弧。

7.一种光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置，其特征在于，所述光伏系统包括光伏并网设备，所述光伏并网设备具有N路PV输入；

所述光伏系统直流电弧自动降噪故障检测装置包括：

第一处理模块，用于连续采集n次光伏系统的当路PV输入电流，并对当路该组PV输入电流进行快速傅立叶分析，确定该组PV输入电流的第一幅频特性信号；其中，n≥2；

第二处理模块，用于对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行去噪处理；

判断模块，用于计算去噪后的该组PV输入电流的第一幅频特性信号的数值和，并根据所述数值和判断所述光伏系统是否产生了直流电弧；

所述去噪处理包括，计算该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值；

根据所述平均值对该组PV输入电流的第一幅频特性信号进行限幅滤波，得到该组PV输入电流的第二幅频特性信号；

其中，限幅滤波的方法为：

式中，A_x为该组PV输入电流的第一幅频特性信号的平均值，x_i为第一幅频特性信号，y_i为第二幅频特性信号；

计算该组PV输入电流的第二幅频特性信号的标准差，并根据所述标准差确定该组PV输入电流的第二幅频特性信号的滤波系数；

基于所述滤波系数对该组PV输入电流的第二幅频特性信号进行离群滤波处理，得到该组PV输入电流的第三幅频特性信号。