CN114487689A - 串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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CN114487689A CN202111404743.1A CN202111404743A CN114487689A CN 114487689 A CN114487689 A CN 114487689A CN 202111404743 A CN202111404743 A CN 202111404743A CN 114487689 A CN114487689 A CN 114487689A
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    • G01R31/081—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
    • G01R31/086—Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors in power transmission or distribution networks, i.e. with interconnected conductors

Abstract

本申请公开了一种串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质，该方法包括：根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。本申请基于数学形态学对直流电力系统的电气量频谱进行运算处理，可以在直流电力系统中出现串联电弧故障时，保留电气量频谱的基本形状和串联电弧故障的特征信息，保证了提取到的电弧特征值精准无误，确保了及时对直流电力系统中的串联电弧故障进行有效检测，提高了检测可靠性和直流电力系统的安全性。

Description

串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本申请涉及电力系统技术领域，具体涉及一种串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
在直流电力系统中，由于接插件松脱、线缆材料老化等原因，可能会引发直流电弧故障，并且，由于直流电弧容易维持稳定燃烧，其产生的热量经过积累可产生上千度高温，因此，直流电弧故障容易引起火灾。
根据电弧发生的位置对电弧进行分类，可以分为串联电弧、并联电弧和接地电弧，其中，并联电弧发生时，回路电流呈现明显变化，串联电弧发生的可能性和频次最高，且出现串联电弧故障后，回路中的直流电压和直流电流幅值不会发生明显变化。
现有技术中，可以通过电气保护装置对电弧故障进行检测，但是，对于串联电弧故障来说，由于线路负载的限制，它的回路上电流的有效值往往接近于正常工作情况下的电流有效值，因此，通过传统的电气保护装置并不能有效检测到串联电弧故障，存在较大的安全隐患。
发明内容
本申请提供一种串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质，旨在解决现有技术中的电气保护装置无法有效地对回路中的串联电弧故障进行检测，导致出现故障漏报、引发火灾的问题。
第一方面，本申请提供一种串联电弧故障检测方法，该串联电弧故障检测方法应用于直流电力系统，串联电弧故障检测方法包括：
根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；
对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；
根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；
根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
在本申请一种可能的实现方式中，根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱，包括：
对电气量进行预处理，得到电气量的交流分量；
对电气量的交流分量进行快速傅里叶变换，得到对应的电气量频谱。
在本申请一种可能的实现方式中，对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量，包括：
利用数学形态学的腐蚀运算、膨胀运算以及复合运算对电气量频谱进行运算处理，得到电气量频谱的基值分量，其中，复合运算是腐蚀运算和膨胀运算两者所组成的运算；
对电气量频谱和基值分量进行减法运算，得到电气量频谱的波动分量。
在本申请一种可能的实现方式中，根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障，包括：
根据电弧特征值和预设的特征值阈值两者的比较结果，更新预设的基准值；
若更新后的基准值大于预设的基准阈值，则确定直流电力系统当前存在串联电弧故障；
若更新后的基准值小于或者等于基准阈值，则确定直流电力系统当前不存在串联电弧故障。
在本申请一种可能的实现方式中，根据电弧特征值和预设的特征值阈值两者的比较结果，更新预设的基准值，包括：
若电弧特征值大于特征值阈值，则按照预设的步长增大基准值，以更新基准值；
若电弧特征值小于或者等于特征值阈值，则按照步长减小基准值，以更新基准值。
在本申请一种可能的实现方式中，直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，当确定直流电力系统当前存在串联电弧故障之后，方法还包括：
分别获取各组串支路当前的第一电压信号，得到各组串支路各自对应的第一电压值；
控制各组串支路的电流值为0，获取各组串支路当前的第二电压信号，得到各组串支路各自对应的第二电压值；
若目标组串支路的第二电压值小于目标组串支路的第一电压值，且目标组串支路的第一电压值与目标组串支路的第二电压值两者之间的差值大于预设的电压阈值，则确定串联电弧故障发生在目标组串支路中。
在本申请一种可能的实现方式中，直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值之后，方法还包括：
选取各组串支路各自对应的电弧特征值中的最大值作为目标电弧特征值，将目标电弧特征值对应的组串支路作为目标组串支路；
根据目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新目标组串支路的预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值；
若更新后的预设目标计数值大于预设的比较阈值，则确定串联电弧故障发生在目标组串支路中。
在本申请一种可能的实现方式中，根据目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新目标组串支路的预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值，包括：
若目标电弧特征值大于第一阈值，且目标电弧特征值与其他各组串支路各自对应的电弧特征值之间的比值分别大于预设的第二阈值，则预设目标计数值按照预设的目标步长增大，其他各组串支路各自对应的预设计数值按照目标步长减小；
否则，预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值均按照目标步长减小。
第二方面，本申请还提供一种串联电弧故障检测装置，该串联电弧故障检测装置应用于直流电力系统，串联电弧故障检测装置包括：
频谱获取模块，用于根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；
数学运算模块，用于对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；
特征值计算模块，用于根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；
故障判断模块，用于根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
在本申请一种可能的实现方式中，频谱获取模块具体用于：
对电气量进行预处理，得到电气量的交流分量；
对电气量的交流分量进行快速傅里叶变换，得到对应的电气量频谱。
在本申请一种可能的实现方式中，数学运算模块具体用于：
利用数学形态学的腐蚀运算、膨胀运算以及复合运算对电气量频谱进行运算处理，得到电气量频谱的基值分量，其中，复合运算是腐蚀运算和膨胀运算两者所组成的运算；
对电气量频谱和基值分量进行减法运算，得到电气量频谱的波动分量。
在本申请一种可能的实现方式中，故障判断模块具体用于：
根据电弧特征值和预设的特征值阈值两者的比较结果，更新预设的基准值；
若更新后的基准值大于预设的基准阈值，则确定直流电力系统当前存在串联电弧故障；
若更新后的基准值小于或者等于基准阈值，则确定直流电力系统当前不存在串联电弧故障。
在本申请一种可能的实现方式中，故障判断模块具体还用于：
若电弧特征值大于特征值阈值，则按照预设的步长增大基准值，以更新基准值；
若电弧特征值小于或者等于特征值阈值，则按照步长减小基准值，以更新基准值。
在本申请一种可能的实现方式中，直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，串联电弧故障检测装置还包括电压获取模块和故障定位模块，当确定直流电力系统当前存在串联电弧故障之后，
电压获取模块，用于分别获取各组串支路当前的第一电压信号，得到各组串支路各自对应的第一电压值；以及控制各组串支路的电流值为0，获取各组串支路当前的第二电压信号，得到各组串支路各自对应的第二电压值；
故障定位模块，用于若目标组串支路的第二电压值小于目标组串支路的第一电压值，且目标组串支路的第一电压值与目标组串支路的第二电压值两者之间的差值大于预设的电压阈值，则确定串联电弧故障发生在目标组串支路中。
在本申请一种可能的实现方式中，直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，串联电弧故障检测装置还包括特征值比较模块和检测定位模块；
特征值比较模块，用于选取各组串支路各自对应的电弧特征值中的最大值作为目标电弧特征值，将目标电弧特征值对应的组串支路作为目标组串支路；
检测定位模块，用于根据目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新目标组串支路的预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值；
若更新后的预设目标计数值大于预设的比较阈值，则确定目标组串支路中存在串联电弧故障。
在本申请一种可能的实现方式中，检测定位模块具体还用于：
若目标电弧特征值大于第一阈值，且目标电弧特征值与其他各组串支路各自对应的电弧特征值之间的比值分别大于预设的第二阈值，则预设目标计数值按照预设的目标步长增大，其他各组串支路各自对应的预设计数值按照目标步长减小；
否则，预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值均按照目标步长减小。
第三方面，本申请还提供一种串联电弧故障检测设备，该串联电弧故障检测设备包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序被存储于存储器中，并配置为由处理器执行以实现第一方面的串联电弧故障检测方法。
第四方面，本申请还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器进行加载，以执行第一方面的串联电弧故障检测方法中的步骤。
从以上内容可得出，本申请具有以下的有益效果：
1、本申请中，通过对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量，再根据波动分量计算得到电弧特征值，最后基于该电弧特征值判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障，相较于现有技术中通过电气保护装置检测串联电弧故障来说，本申请基于数学形态学对直流电力系统的电气量频谱进行运算处理，可以在直流电力系统中出现串联电弧故障时，保留电气量频谱的基本形状和串联电弧故障的特征信息，在电气量频谱的基本形状特征不被破坏的情况下，提取到用于判断串联电弧故障的电弧特征值，由于串联电弧故障是非线性随时间变化的，而数学形态学是非线性的分析方法，因此，可以确保电气量频谱的波动分量不会出现相位偏移和幅值衰减，进而保证了得到的电弧特征值精准无误，从而确保了及时对直流电力系统中的串联电弧故障进行有效检测，提高了检测可靠性和直流电力系统的安全性。
2、本申请中，在检测到直流电力系统中存在串联电弧故障时，通过减小各组串支路的电流值为0，并分别对比各组串支路在电流值减小前后的电压值之间的差值，如果某一路组串支路在电流值为0时的电压值远小于电流值减小之前的电压值，则可以确定串联电弧故障发生在该组串支路中，如此便可以快速判断出串联电弧故障发生的位置，对串联电弧故障进行快速定位，进一步提高了直流电力系统的安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请中的技术方案，下面将对本申请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申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例中提供的串联电弧故障检测方法的一个流程示意图；
图2是本申请实施例中提供的光伏发电系统的一个系统结构示意图；
图3是本申请实施例中提供的正常电气量频谱及其波动分量的一个波形示意图；
图4是本申请实施例中提供的存在串联电弧故障的电气量频谱及其波动分量的一个波形示意图；
图5是本申请实施例中提供的对串联电弧故障定位的一个流程示意图；
图6是本申请实施例中提供的对串联电弧故障定位的另一个流程示意图；
图7是本申请实施例中提供的光伏发电系统的另一个系统结构示意图；
图8是本申请实施例中提供的串联电弧故障检测装置的一个结构示意图；
图9是本申请实施例中提供的串联电弧故障检测设备的一个结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，“示例性”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“示例性”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本申请，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本申请。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本申请的描述变得晦涩。因此，本申请并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。
本申请提供一种串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质，以下分别进行详细说明。
本申请实施例的串联电弧故障检测方法可以应用于直流电力系统，可以理解的，本实施例中的直流电力系统可以是现有的任一种直流电力系统，例如，该直流电力系统可以包括光伏发电系统(PV System)、储能系统(Energy Storage)、直流微电网(Micro DC-Grid)等电力系统。
下面以光伏发电系统为例进行说明，请参阅图2，图2是本申请实施例中提供的光伏发电系统的一个系统结构示意图，该光伏发电系统包括光伏并网逆变器300和相互并联的两路光伏电池组串，该光伏并网逆变器300包括第一开关S1、第二开关S2、最大功率点跟踪(Maximun Power Point Tracking，MPPT)单元301、逆变器302和控制器303。
其中，第一光伏电池组串100通过第一开关S1与MPPT单元301连接，第二光伏电池组串200通过第二开关S2与MPPT单元301连接，逆变器302的输出端连接电网400，控制器303分别与MPPT单元301和逆变器302连接，控制器303可以用于控制第一开关S1、第二开关S2、MPPT单元301和逆变器302的工作，例如控制器303可以控制第一开关S1和第二开关S2的开关，以及控制MPPT单元301的占空比等。
可以理解的，在光伏发电系统中，MTTP单元301能够实时侦测光伏电池组串的发电电压，并追踪最高电压电流(VI)，使光伏发电系统以最大功率输出对蓄电池充电或者为电网400供电。
因此，本申请实施例中，MPPT单元301的拓扑结构可以采用升压斩波电路(BoostChopper)即Boost变换器，光伏电池组串与MPPT单元301连接，MPPT单元301可以不断检测光伏电池组串的电流电压变化，并发送至控制器303，控制器303可以根据该变化对MPPT单元301的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号的占空比进行调节，以使光伏发电系统以最大功率输出为电网400供电。
本申请实施例中，控制器303可以集成有串联电弧故障检测装置，以实现本申请中的串联电弧故障检测方法，本申请中，控制器303主要用于：
根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
本领域技术人员可以理解，图2中示出的光伏发电系统的结构，仅仅是与本申请方案适配的一种系统结构，并不构成对本申请方案应用场景的限定，其他的应用场景还可以包括比图2中所示更多或更少的光伏电池组串、MPPT单元等，例如图2中仅示出两路光伏电池组串，可以理解的，该光伏发电系统还可以包括更多与MPPT单元连接的光伏电池组串，或者更多的MPPT单元，具体此处不作限定。
需要说明的是，图2所示的光伏发电系统的系统结构示意图仅仅是一个示例，本申请描述的光伏发电系统以及场景是为了更加清楚的说明本申请的技术方案，并不构成对于本申请提供的技术方案的限定，本领域普通技术人员可知，随着直流电力系统的演变和新业务场景的出现，本申请提供的技术方案对于类似的技术问题，同样适用。
首先，本申请提供一种串联电弧故障检测方法，该串联电弧故障检测方法的执行主体为串联电弧故障检测装置，串联电弧故障检测方法包括：
根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
如图1所示，图1是本申请实施例中提供的串联电弧故障检测方法的一个流程示意图。需要说明的是，虽然在流程示意图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。该串联电弧故障检测方法应用于直流电力系统，串联电弧故障检测方法包括：
步骤S101、根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱。
可以理解的，在对电气量进行处理之前，首先可以获取直流电力系统的电气量，获取直流电力系统的电气量的方式，可以是通过终端设备中的传感器直接获取直流电力系统的电气量，也可以是通过处理器的传输接口从传感器中获取电气量，需要说明的是，本申请实施例对直流电力系统的电气量的获取方式不做限制，具体可以根据实际应用场景进行选择。
本申请实施例中，直流电力系统的电气量可以是直流电力系统的电流数据，也可以是直流电力系统的电压数据，还可以是电流数据或电压数据的一部分，例如电流数据的高频分量、电压数据的特定频段的分量等，本申请实施例对直流电力系统的电气量的类型不做限制。
若该直流电力系统是如图2所示的光伏发电系统，则电气量可以是第一光伏电池组串100和第二光伏电池组串200的电流数据或电压数据。
例如，光伏发电系统工作时，第一光伏电池组串100的电流数据为I1，电压数据为U1，第二光伏电池组串200的电流数据为I2，电压数据为U2，输入MPPT单元301的总电流数据为I，且I＝I1+I2，输入MPPT单元301的总电压数据为U，且U、U1和U2三者相近，则当电气量是电流数据时，其可以分别是第一光伏电池组串100的电流数据I1和第二光伏电池组串200的电流数据I2，也可以是输入MPPT单元301的总电流数据I；当电气量是电压数据时，电气量可以分别是第一光伏电池组串100的电压数据U1和第二光伏电池组串200的电压数据U2，也可以是输入MPPT单元301的总电压数据U。
需要说明的是，当光伏发电系统中仅有一路光伏电池组串时，即MPPT单元仅连接有一路光伏电池组串，该光伏电池组串的电流数据或电压数据即为该光伏发电系统的电气量。
而当光伏发电系统中存在数量较多的光伏电池组串时，由于需要分别为每一路的光伏电池组串配备相应的传感器，以获取每一路光伏电池组串的电气量，导致检测成本较高，因此，本申请实施例中，优选获取输入MPPT单元的电流数据或电压数据作为直流电力系统的电气量。
本申请实施例中，控制器303可以按照预设的采样周期和采样频率对输入MPPT单元301的电流数据或电压数据进行采样，以得到直流电力系统的电气量，当采集到的电气量达到一定的数量(如达到预设数据量)时，控制器303可以对所采样的所有电气量进行相应的数学变换，从而得到对应的电气量频谱。
以电气量是输入MPPT单元301的电流数据为例，控制器303可以按照每0.04s采样一次的频率采集输入MPPT单元301的电流数据，当采集到的电流数据的数量达到一定量(如1024个电流数据)时，控制器303可以对该1024个电流数据进行数学变换，将时域的电流数据转换为频域对应的电流频谱。
步骤S102、对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量。
数学形态学(Mathematical Morphology)是一门建立在格论和拓扑学基础之上的图像分析学科，是数学形态学图像处理的基本理论。其基本的运算包括：腐蚀和膨胀、开运算和闭运算、骨架抽取、极限腐蚀、击中击不中变换、形态学梯度、Top-hat变换、颗粒分析、流域变换等。
可以理解的，数学形态学是一种非线性分析方法，而串联电弧故障是非线性随时间变化的，因此，通过数学形态学对步骤S101得到的电气量频谱进行运算处理，可以确保电气量频谱的波动分量不会出现相位偏移和幅值衰减，同时，由于串联电弧故障在电气量频谱上存在明显的特征，因此，通过数学形态学运算处理后，波动分量可以保留电气量频谱的基本形状和串联电弧故障的特征信息，具体的，通过数学形态学运算后，波动分量可以保留MPPT单元中功率器件的开关频率及其倍频附近的幅值尖峰以及串联电弧故障的特征信息。
本申请实施例中，可以利用数学形态学的腐蚀运算和膨胀运算对电气量频谱进行运算处理，其中，腐蚀运算可以在运算过程中对电气量频谱中一些比较小而且没意义的数据点进行消除，膨胀运算可以在运算过程中对电气量频谱的波形中的空洞进行填充，结合腐蚀运算和膨胀运算能够对电气量频谱中的一些细节无意义信息进行去除，同时保留电气量频谱的基本形态和特征，以确保在存在串联电弧故障的情况下，得到的波动分量可以保留电气量频谱的基本形状和串联电弧故障的特征信号。
步骤S103、根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值。
由于在存在串联电弧故障的情况下，电气量频谱的波动分量中会保留有串联电弧故障的特征信号，因此，本申请实施例中，可以根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，此处，特征频段可以是功率器件的开关频率及其倍频之间的频段，特征值可以是电气量频谱的波动分量的任一数学量，包括但不限于方差、标准差、有效值、峰峰值、最大值等。
本申请实施例中，通过计算波动分量在特征频段内的特征值，得到的电弧特征值，可以对串联电弧故障的特征信号进行有效提取，以确保得到的电弧特征值的准确性，避免出现误判或漏判的情况。
步骤S104、根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
由于电弧特征值是基于电气量频谱的波动分量得到的，因此，电弧特征值可以准确反映电气量频谱波形的特征信息，而若电气量频谱的波动分量中存在串联电弧故障的特征信息，则可以通过电弧特征值体现出来，因此，本申请实施例中，可以通过电弧特征值判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
本申请实施例中，通过对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量，再根据波动分量计算得到电弧特征值，最后基于该电弧特征值判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障，相较于现有技术中通过电气保护装置检测串联电弧故障来说，本申请实施例基于数学形态学对直流电力系统的电气量频谱进行运算处理，可以在直流电力系统中出现串联电弧故障时，保留电气量频谱的基本形状和串联电弧故障的特征信息，在电气量频谱的基本形状特征不被破坏的情况下，提取到用于判断串联电弧故障的电弧特征值，由于串联电弧故障是非线性随时间变化的，而数学形态学是非线性的分析方法，因此，可以确保电气量频谱的波动分量不会出现相位偏移和幅值衰减，进而保证了得到的电弧特征值精准无误，从而确保了及时对直流电力系统中的串联电弧故障进行有效检测，提高了检测可靠性和直流电力系统的安全性。
在本申请一些实施例中，根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱，可以进一步包括：
对电气量进行预处理，得到电气量的交流分量；对电气量的交流分量进行快速傅里叶变换，得到对应的电气量频谱。
本申请实施例中，对电气量进行预处理，可以是去除电气量中的直流分量，得到电气量的交流分量，具体的，假设电气量是流入MPPT单元301的电流数据，则预处理可以是计算所采集的所有电流数据的平均值，针对于每一个电流数据，在每一个电流数据的基础之上减去该平均值后，余下的值即为电流数据的交流分量。
快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform，FFT)是计算离散傅里叶变换的高效、快速计算方法的统称，通过FFT可以快速将电气量的交流分量从时间域变换到频率域，从而得到对应的电气量频谱，由于电气量频谱中可以反映出直流电力系统的电气量的特征和变化规律，因此，本申请实施例中，通过FFT变换将时间域的交流分量变换为频率域的电气量频谱，便于后续对电气量频谱的结构和变化规律进行分析。
需要说明的是，在一些应用场景中，也可以不对电气量进行预处理，而是直接对时间域的电气量进行FFT变换，将电气量直接变换为对应的频谱，具体可以根据实际应用场景进行设定，此处不做限定。
另外，在得到电气量频谱后，在一些实施例中，还可以对电气量频谱进行归一化处理，以提升算法的准确性，在一种具体实现中，对电气量频谱进行归一化处理，可以是首先计算电气量频谱的有效值，然后将电气量频谱上每一个频点的幅值除以该有效值，得到的值即为该频点归一化后的幅值，对电气量频谱上的所有频点都进行上述处理，便可以得到归一化后的电气量频谱。
在本申请一些实施例中，对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量，可以进一步包括：
利用数学形态学的腐蚀运算、膨胀运算以及复合运算对电气量频谱进行运算处理，得到电气量频谱的基值分量，其中，复合运算是腐蚀运算和膨胀运算两者所组成的运算；
对电气量频谱和基值分量进行减法运算，得到电气量频谱的波动分量。
为提高数据处理效率，本申请实施例中，在进行数学形态学运算时，采用结构元素g(m)和偏移量L，则腐蚀运算的定义式为：
(FnΘg)(n)＝min[Fn(n+m-L)-g(m)]m∈0,1,...,M-1
膨胀运算的定义式为：
Figure BDA0003372406780000141
其中，Fn表示电气量频谱，定义在集合F＝{0,1,...,N-1}，结构元素g(m)定义在集合G＝{0,1,...,M-1}，且N≥M。
该结构元素的形状可以是扁平型、正弦形、余弦形、三角形、半圆形等，虽然负载的结构元素将使得由其构成的滤波器性能更优越，但其代价则是计算量上升和耗时较长，本申请实施例中，结合串联电弧故障的信号特点和实际检测上的速度要求，在一种具体实现中，结构元素g(m)选用扁平型结构元素，如g(m)＝[0,0,0,0]T，偏移量L设定为2。
利用数学形态学的腐蚀运算、膨胀运算以及复合运算对电气量频谱进行运算处理，可以是：
对电气量频谱Fn按照腐蚀-膨胀-膨胀-腐蚀的运算顺序进行运算处理，得到第一频谱Fb1，该第一频谱Fb1的计算式为：
Figure BDA0003372406780000142
对电气量频谱Fn按照膨胀-腐蚀-腐蚀-膨胀的运算顺序进行运算处理，得到第二频谱Fb2，该第二频谱Fb2的计算式为：
Figure BDA0003372406780000143
则电气量频谱Fn的基值分量Fb的计算式为：
Figure BDA0003372406780000144
进而电气量频谱Fn的波动分量Fm的计算式为：
Fm＝Fn-Fb
当直流电力系统中不存在串联电弧故障时，对电气量频谱进行数学形态学运算后，得到的波动分量可以参阅图3，图3是本申请实施例中提供的正常电气量频谱及其波动分量的一个波形示意图，图3中的电气量频谱是归一化后的电气量频谱，当直流电力系统中不存在串联电弧故障时，则电气量频谱为正常电气量频谱，其波形如图3中的波形Fn1，其对应的波动分量的波形如图3中的Fm1，由图3可以知道，由于此时直流电力系统中不存在串联电弧故障，因此，正常电气量频谱Fm1中不存在串联电弧故障的特征信号或特征信息，因此，波动分量Fm1仅保留了功率器件开关频率及其倍频附近的幅值尖峰。
而当直流电力系统中存在串联电弧故障时，对电气量频谱进行数学形态学运算后，得到的波动分量可以参阅图4，图4是本申请实施例中提供的存在串联电弧故障的电气量频谱及其波动分量的一个波形示意图，同样的，图4中的电气量频谱是归一化后的电气量频谱，当直流电力系统中存在串联电弧故障时，电气量频谱的波形如图4中的波形Fn2，其对应的波动分量的波形如图4中的Fm2，由图4可以知道，由于此时直流电力系统中存在串联电弧故障，因此，波动分量Fm2不仅保留了功率器件开关频率及其倍频附近的幅值尖峰，还保留了串联电弧特征的特征信号或特征信息。
需要注意的是，本申请实施例中所采用的数学形态学运算、复合运算的组成形式以及采用的结构元素仅是本申请实现方式的一种示例，在其他应用场景中，可以采用与本申请实施例不同的数学形态学运算、复合运算以及结构元素，具体此处不做限制。
在本申请一些实施例中，根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障，可以进一步包括：
根据电弧特征值和预设的特征值阈值两者的比较结果，更新预设的基准值；
若更新后的基准值大于预设的基准阈值，则确定直流电力系统当前存在串联电弧故障；
若更新后的基准值小于或者等于基准阈值，则确定直流电力系统当前不存在串联电弧故障。
本申请实施例中，电弧特征值可以设定为波动分量在特征频段内的方差，作为示例的，特征频段可以选择为20kHz-28kHz以及36kHz-44kHz，值得注意的是，本实施例对特征频段和电弧特征值的选取不做限定，电弧特征值还可以设定为标准差、有效值、峰峰值、最大值等其他数学量，特征频段还可以选择为22kHz-26kHz以及52kHz-60kHz等其他频段。
本申请实施例中，预设的特征值阈值可以是根据过往经验所总结得出的阈值，基准值可以存储于计数器或存储器中，将电弧特征值与该特征值阈值进行比较，根据比较结果更新预设的基准值，具体可以是：若电弧特征值大于特征值阈值，则按照预设的步长增大基准值，以更新基准值；若电弧特征值小于或者等于特征值阈值，则按照步长减小基准值，以更新基准值。
假设基准值为不小于0的正整数，且其初始值为0，特征值阈值为0.045，步长为1，则在串联电弧故障检测过程中，当电弧特征值大于0.045时，基准值的数值加1，当电弧特征值小于或者等于0.045时，基准值的数值减1，若此时基准值为0，则基准值维持为0以确保不小于0，若更新后的基准值大于预设的基准阈值(如10)，则可以确定直流电力系统当前存在串联电弧故障；若更新后的基准值小于或者等于基准阈值(如10)，则可以确定直流电力系统当前不存在串联电弧故障，继续进行下一轮检测，需要说明的是，下一轮检测时用于比较的基准值是上一轮检测时所更新后的基准值，当确定直流电力系统当前存在串联电弧故障后，则可以进一步进行电弧故障处理，另外，本申请实施例中，基准阈值可以是根据过往经验所总结得出的阈值，基准值和步长可以根据实际应用场景进行选择和设定，具体此处不做限定。
当检测到直流电力系统中存在串联电弧故障后，通常控制器303会报警并停机，当MPPT单元301连接有多路光伏电池组串时，串联电弧故障一般只会发生在一路光伏电池组串中，其他光伏电池组串均为正常工作状态，若此时停机则会浪费大量的发电量，且会对电网400产生较大的冲击，因此，在检测到直流电力系统中存在串联电弧故障后，需要对串联电弧故障进行定位，即找到出现串联电弧故障的故障支路，及时切断该故障支路与MPPT单元301的连接，而其他光伏电池组串可以继续运行。
现有技术中存在一种定位方法，该方法会对每个光伏电池组串的电流进行采样和分析，但是这种方法需要和光伏电池组串的数量相同的电流传感器，成本较高，且运算芯片如控制器的计算负担较大；还有一种方法会在检测出串联电弧故障后停机，等电弧熄灭后再重启，逐个对比各光伏电池组串前后电流的变化情况，从而判断串联电弧故障发生的位置，但是该类方法所需时间较长，且容易受到光照突变等环境因素的影响。基于现有技术中的这些问题，本申请实施例在检测到串联电弧故障之后，还可以进一步对该串联电弧故障进行检测定位。
请参阅图5，图5是本申请实施例中提供的对串联电弧故障定位的一个流程示意图，在本申请一些实施例中，当确定直流电力系统当前存在串联电弧故障之后，方法还可以进一步包括：
步骤S501、分别获取各组串支路当前的第一电压信号，得到各组串支路各自对应的第一电压值。
需要说明的是，若MPPT单元301仅连接一路光伏电池组串，则若存在串联电弧故障，该串联电弧故障就发生在该光伏电池组串中，控制器301可以直接关闭MPPT单元301，以确保光伏发电系统的安全性；而若如图2所示，MPPT单元301连接有两路光伏电池组串，则控制器301可以继续检测以定位串联电弧故障发生的光伏电池组串。
以图2所示的光伏发电系统为例进行说明，当检测到串联电弧故障后，控制器301可以获取第一光伏电池组串100的第一电压信号，记录此时的第一电压值为U1a，获取第二光伏电池组串200的第一电压信号，记录此时的第一电压值为U2a。
步骤S502、控制各组串支路的电流值为0，获取各组串支路当前的第二电压信号，得到各组串支路各自对应的第二电压值。
本申请实施例中，控制器301可以调节MPPT单元的占空比，控制各组串支路即第一光伏电池组串100和第二光伏电池组串200的电流值为0，即使得输入MPPT单元301的总电流值为0，接着断开第一开关S1和第二开关S2，获取第一光伏电池组串100的第二电压信号，记录此时的第二电压值为U1b，获取第二光伏电池组串200的第二电压信号，记录此时的第二电压值为U2b。
步骤S503、若目标组串支路的第二电压值小于目标组串支路的第一电压值，且目标组串支路的第一电压值与目标组串支路的第二电压值两者之间的差值大于预设的电压阈值，则确定串联电弧故障发生在目标组串支路中。
本申请实施例中，目标组串支路可以是第一光伏电池组串100，也可以是第二光伏电池组串200，对于第一光伏电池组串100来说，若第二电压值小于第一电压值，两者之间的差值大于电压阈值(如ΔU1lim)，即满足U1a-U1b>ΔU1lim，则可以确定串联电弧故障发生在第一光伏电池组串100中，此时，可以上报故障信息，并保持第一开关S1断开，闭合第二开关S2，使得第二光伏电池组串200继续接入MPPT单元301。
同样的，对于第二光伏电池组串200来说，若第二电压值小于第一电压值，两者之间的差值大于电压阈值(如ΔU2lim)，即满足U2a-U2b>ΔU2lim，则可以确定串联电弧故障发生在第二光伏电池组串200中，此时，可以上报故障信息，并保持第二开关S2断开，闭合第一开关S1，使得第一光伏电池组串100继续接入MPPT单元301。
若以上情况均不满足，则可能发生误报，控制器301可以重新闭合第一开关S1和第二开关S2，运行MPPT单元301并重新进行串联电弧故障检测。
需要说明的是，该MPPT单元301还可以连接更多的光伏电池组串，当接入更多的光伏电池组串时，上述定位串联电弧故障的方法同样适用，在此不再赘述。
本申请实施例中，在检测到直流电力系统中存在串联电弧故障时，通过减小各组串支路的电流值为0，并分别对比各组串支路在电流值减小前后的电压值之间的差值，如果某一路组串支路在电流值为0时的电压值远小于电流值减小之前的电压值，则可以确定串联电弧故障发生在该组串支路中，如此便可以快速判断出串联电弧故障发生的位置，对串联电弧故障进行快速定位，相较于现有的定位方法来说，本申请的方法不需要和组串支路数量相同的电流传感器，降低了检测成本，确保了故障定位的正确性和及时性，进一步提高了直流电力系统的安全性。
如图6所示，图6是本申请实施例中提供的对串联电弧故障定位的另一个流程示意图，在本申请一些实施例中，可以分别对每一路组串支路即光伏电池组串的电流数据进行采样，以通过上述实施例中的方法计算得到每一路组串支路对应的电弧特征值，则根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值之后，方法还可以进一步包括：
步骤S601、选取各组串支路各自对应的电弧特征值中的最大值作为目标电弧特征值，将目标电弧特征值对应的组串支路作为目标组串支路；
步骤S602、根据目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新目标组串支路的预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值；
步骤S603、若更新后的预设目标计数值大于预设的比较阈值，则确定串联电弧故障发生在目标组串支路中。
对于同一个光伏发电系统来说，各光伏电池组串的结构相同，因此，各光伏电池组串对应的特征值也应相近，若某一路光伏电池组串的特征值大于其他光伏电池组串的特征值，且相差较大，则可以确定该路光伏电池组串中存在串联电弧故障。
以图2所示的光伏发电系统为例进行说明，第一光伏电池组串100对应的第一电弧特征值为V1，第二光伏电池组串200对应的第二电弧特征值为V2，若V1>V2，则将第一电弧特征值V1作为目标电弧特征值，将第一光伏电池组串100作为目标组串支路，比较第一电弧特征值V1与预设的第一阈值，以及将第一电弧特征值V1除以第二电弧特征值V2，若第一电弧特征值V1大于第一阈值(如0.035)，且第一电弧特征值V1除以第二电弧特征值V2大于预设的第二阈值，此处，第二阈值为大于1的数，如第二阈值为3，即V1/V2>3，则第一光伏电池组串100对应的预设计数值按照预设的目标步长增大，第二光伏电池组串200对应的预设计数值按照目标步长减小。
同理，若V1<V2，则将第二电弧特征值V2作为目标电弧特征值，将第二光伏电池组串200作为目标组串支路，比较第二电弧特征值V2与预设的第一阈值，以及将第二电弧特征值V2除以第一电弧特征值V1，若第二电弧特征值V2大于第一阈值(如0.035)，且第二电弧特征值V2除以第一电弧特征值V1大于预设的第二阈值(如3)，即V2/V1>3，则第二光伏电池组串200对应的预设计数值按照预设的目标步长增大，第一光伏电池组串100对应的预设计数值按照目标步长减小。
若以上情况均不满足，第一光伏电池组串100和第二光伏电池组串200各自对应的预设计数值均按照目标步长减小。
本申请实施例中，第一阈值、第二阈值可以是根据过往经验所总结得出的阈值，预设计数值可以存储于计数器或存储器中，预设计数值的初始值和目标步长可以根据实际应用场景进行选择。
假设预设计数值均为不小于0的正整数，且初始值为0，步长为1，则在第一电弧特征值V1大于第一阈值，且第一电弧特征值V1除以第二电弧特征值V2大于第二阈值时，第一光伏电池组串100对应的预设计数值加1，第二光伏电池组串200对应的预设计数值减1，若此时第二光伏电池组串200对应的预设计数值为0，则第二光伏电池组串200对应的预设计数值维持为0以确保不小于0，若更新后的第一光伏电池组串100对应的预设计数值大于预设的比较阈值(如10)，则可以确定串联电弧故障发生在第一光伏电池组串100中。
相同的，将第二光伏电池组串200作为目标组串支路时，若第二电弧特征值V2大于第一阈值(如0.035)，且第二电弧特征值V2除以第一电弧特征值V1大于预设的第二阈值(如3)，即V2/V1>3，则第二光伏电池组串200对应的预设计数值加1，第一光伏电池组串100对应的预设计数值减1，若此时第一光伏电池组串100对应的预设计数值为0，则第一光伏电池组串100对应的预设计数值维持为0以确保不小于0，若更新后的第二光伏电池组串200对应的预设计数值大于预设的比较阈值(如10)，则可以确定串联电弧故障发生在第二光伏电池组串200中。
需要说明的是，该MPPT单元301还可以连接更多的光伏电池组串，当接入更多的光伏电池组串时，上述定位串联电弧故障的方法同样适用，在此不再赘述。
请参阅图7，图7是本申请实施例中提供的光伏发电系统的另一个系统结构示意图，图7中的光伏发电系统包括第三光伏电池组串701和第四光伏电池组串702，第三光伏电池组串701通过第三开关S3连接第一MPPT单元703，第四光伏电池组串702通过第四开关S4连接第二MPPT单元704，光伏控制器705分别与第一MPPT单元703和第二MPPT单元704连接。
该光伏发电系统工作时，光伏控制器705可以分别对流入第一MPPT单元703和第二MPPT单元704的电流数据进行检测，以通过上述实施例中的方法计算得到第三光伏电池组串701的电弧特征值V3和第四光伏电池组串702的电弧特征值V4，若第三光伏电池组串701的电弧特征值V3大于预设的第三阈值(如0.035)，并且V3/V4大于预设的第四阈值(如3)，则第三光伏电池组串701对应的预设计数值加1，第四光伏电池组串702对应的预设计数值减1，若此时第四光伏电池组串702对应的预设计数值为0，则第四光伏电池组串702对应的预设计数值维持为0以确保不小于0；
若第四光伏电池组串702的电弧特征值V4大于预设的第五阈值(如0.035)，并且V4/V3大于预设的第六阈值(如3)，则第四光伏电池组串702对应的预设计数值加1，第三光伏电池组串701对应的预设计数值减1，若此时第三光伏电池组串701对应的预设计数值为0，则第三光伏电池组串701对应的预设计数值维持为0以确保不小于0；
若以上情况均不满足，则第三光伏电池组串701和第四光伏电池组串702各自对应的预设计数值均减1。
若更新后的第三光伏电池组串701对应的预设计数值大于第七阈值(如10)，则可以确定第一MPPT单元703连接的第三光伏电池组串701存在串联电弧故障；若更新后的第四光伏电池组串702对应的预设计数值大于第八阈值(如10)，则可以确定第二MPPT单元704连接的第四光伏电池组串702存在串联电弧故障。
本申请实施例中，第三阈值、第四阈值、第五阈值、第六阈值、第七阈值和第八阈值均可以是根据过往经验所总结得出的阈值。
当检测到串联电弧故障后，光伏控制器705便可以控制相应支路的开关断开，并使该支路所连接的MPPT单元停机，以便进行故障处理。
需要注意的是，在其他的应用场景中，光伏发电系统还可以包括更多的MPPT单元，每个MPPT单元也可以连接更多路的光伏发电组串，针对于更多MPPT单元和/或更多路光伏发电组串的光伏发电系统，上述实施例中描述的串联电弧故障检测方法同样适用，在此不再赘述。
为了更好实施本申请中的串联电弧故障检测方法，在串联电弧故障检测方法基础之上，本申请还提供一种串联电弧故障检测装置，如图8所示，是本申请实施例中提供的串联电弧故障检测装置的一个结构示意图，串联电弧故障检测装置800包括：
频谱获取模块801，用于根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；
数学运算模块802，用于对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；
特征值计算模块803，用于根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；
故障判断模块804，用于根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
本申请中，通过数学运算模块802对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量，特征值计算模块803再根据波动分量计算得到电弧特征值，最后故障判断模块804基于该电弧特征值判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障，相较于现有技术中通过电气保护装置检测串联电弧故障来说，本申请基于数学形态学对直流电力系统的电气量频谱进行运算处理，可以在直流电力系统中出现串联电弧故障时，保留电气量频谱的基本形状和串联电弧故障的特征信息，在电气量频谱的基本形状特征不被破坏的情况下，提取到用于判断串联电弧故障的电弧特征值，由于串联电弧故障是非线性随时间变化的，而数学形态学是非线性的分析方法，因此，可以确保电气量频谱的波动分量不会出现相位偏移和幅值衰减，进而保证了得到的电弧特征值精准无误，从而确保了及时对直流电力系统中的串联电弧故障进行有效检测，提高了检测可靠性和直流电力系统的安全性。
在本申请一些实施例中，频谱获取模块801具体可以用于：
对电气量进行预处理，得到电气量的交流分量；
对电气量的交流分量进行快速傅里叶变换，得到对应的电气量频谱。
在本申请一些实施例中，数学运算模块802具体可以用于：
利用数学形态学的腐蚀运算、膨胀运算以及复合运算对电气量频谱进行运算处理，得到电气量频谱的基值分量，其中，复合运算是腐蚀运算和膨胀运算两者所组成的运算；
对电气量频谱和基值分量进行减法运算，得到电气量频谱的波动分量。
在本申请一些实施例中，故障判断模块804具体可以用于：
根据电弧特征值和预设的特征值阈值两者的比较结果，更新预设的基准值；
若更新后的基准值大于预设的基准阈值，则确定直流电力系统当前存在串联电弧故障；
若更新后的基准值小于或者等于基准阈值，则确定直流电力系统当前不存在串联电弧故障。
在本申请一些实施例中，故障判断模块804具体还可以用于：
若电弧特征值大于特征值阈值，则按照预设的步长增大基准值，以更新基准值；
若电弧特征值小于或者等于特征值阈值，则按照步长减小基准值，以更新基准值。
在本申请一些实施例中，直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，串联电弧故障检测装置800还可以包括电压获取模块805和故障定位模块806，当确定直流电力系统当前存在串联电弧故障之后，
电压获取模块805，用于分别获取各组串支路当前的第一电压信号，得到各组串支路各自对应的第一电压值；以及控制各组串支路的电流值为0，获取各组串支路当前的第二电压信号，得到各组串支路各自对应的第二电压值；
故障定位模块806，用于若目标组串支路的第二电压值小于目标组串支路的第一电压值，且目标组串支路的第一电压值与目标组串支路的第二电压值两者之间的差值大于预设的电压阈值，则确定串联电弧故障发生在目标组串支路中。
在本申请一些实施例中，直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，串联电弧故障检测装置800还可以包括特征值比较模块807和检测定位模块808；
特征值比较模块807，用于选取各组串支路各自对应的电弧特征值中的最大值作为目标电弧特征值，将目标电弧特征值对应的组串支路作为目标组串支路；
检测定位模块808，用于根据目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新目标组串支路的预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值；
若更新后的预设目标计数值大于预设的比较阈值，则确定目标组串支路中存在串联电弧故障。
在本申请一些实施例中，检测定位模块808具体可以用于：
若目标电弧特征值大于第一阈值，且目标电弧特征值与其他各组串支路各自对应的电弧特征值之间的比值分别大于预设的第二阈值，则预设目标计数值按照预设的目标步长增大，其他各组串支路各自对应的预设计数值按照目标步长减小；
否则，预设目标计数值和其他各组串支路各自对应的预设计数值均按照目标步长减小。
需要说明的是，本申请中，频谱获取模块801、数学运算模块802、特征值计算模块803、故障判断模块804、电压获取模块805、故障定位模块806、特征值比较模块807和检测定位模块808的相关内容与上述一一对应，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的串联电弧故障检测装置及其相应模块的具体工作过程，可以参考如图1至图7对应任意实施例中串联电弧故障检测方法的说明，具体在此不再赘述。
为了更好实施本申请的串联电弧故障检测方法，本申请还提供一种串联电弧故障检测设备，其集成了本申请所提供的任一种串联电弧故障检测装置，该串联电弧故障检测设备包括：
一个或多个处理器901；
存储器902；以及
一个或多个应用程序，其中一个或多个应用程序被存储于存储器902中，并配置为由处理器901执行上述串联电弧故障检测方法中任一项实施例的串联电弧故障检测方法中的步骤。
如图9所示，其示出了本申请所涉及的串联电弧故障检测设备的一个结构示意图，具体来讲：
该串联电弧故障检测设备可以包括一个或者一个以上处理核心的处理器901、一个或一个以上计算机可读存储介质的存储器902、电源903和输入单元904等部件。本领域技术人员可以理解，图9中示出的设备结构并不构成对设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。其中：
处理器901是该设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个设备的各个部分，通过运行或执行存储在存储器902内的软件程序和/或模块，以及调用存储在存储器902内的数据，执行设备的各种功能和处理数据，从而对设备进行整体监控。可选的，处理器401可包括一个或多个处理核心；处理器901可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，优选的，处理器901可集成应用处理器和调制解调处理器，其中，应用处理器主要处理操作系统、用户界面和应用程序等，调制解调处理器主要处理无线通信。可以理解的是，上述调制解调处理器也可以不集成到处理器901中。
存储器902可用于存储软件程序以及模块，处理器901通过运行存储在存储器902的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理。存储器902可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等；存储数据区可存储根据设备的使用所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。相应地，存储器902还可以包括存储器控制器，以提供处理器901对存储器902的访问。
该设备还包括给各个部件供电的电源903，优选的，电源903可以通过电源管理系统与处理器901逻辑相连，从而通过电源管理系统实现管理充电、放电、以及功耗管理等功能。电源903还可以包括一个或一个以上的直流或交流电源、再充电系统、电源故障检测电路、电源转换器或者逆变器、电源状态指示器等任意组件。
该设备还可以包括输入单元904和输出单元905，该输入单元904可用于接收输入的数字或字符信息，以及产生与用户设置以及功能控制有关的键盘、鼠标、操作杆、光学或者轨迹球信号输入。
尽管未示出，该设备还可以包括显示单元等，在此不再赘述。具体在本申请中，设备中的处理器901会按照如下的指令，将一个或一个以上的应用程序的进程对应的可执行文件加载到存储器902中，并由处理器901来运行存储在存储器902中的应用程序，从而实现各种功能，如下：
根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；
对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；
根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；
根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
本领域普通技术人员可以理解，上述的各种方法中的全部或部分步骤可以通过指令来完成，或通过指令控制相关的硬件来完成，该指令可以存储于一计算机可读存储介质中，并由处理器进行加载和执行。
为此，本申请提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以包括：只读存储器(Read Only Memory，ROM)、随机存取记忆体(Random Access Memory，RAM)、磁盘或光盘等。其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器进行加载，以执行本申请所提供的任一种串联电弧故障检测方法中的步骤。例如，计算机程序被处理器进行加载可以执行如下步骤：
根据获取的直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；
对电气量频谱进行数学形态学运算，得到电气量频谱的波动分量；
根据波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；
根据电弧特征值，判断直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
由于该计算机可读存储介质中所存储的指令，可以执行本申请如图1至图7对应任意实施例中串联电弧故障检测方法中的步骤，因此，可以实现本申请如图1至图7对应任意实施例中串联电弧故障检测方法所能实现的有益效果，详见前面的说明，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见上文针对其他实施例的详细描述，此处不再赘述。
具体实施时，以上各个单元或结构可以作为独立的实体来实现，也可以进行任意组合，作为同一或若干个实体来实现，以上各个单元或结构的具体实施可参见前面的实施例，在此不再赘述。
以上对本申请所提供的一种串联电弧故障检测方法、装置、设备和存储介质进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (10)

1.一种串联电弧故障检测方法，其特征在于，所述方法应用于直流电力系统，所述方法包括：
根据获取的所述直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；
对所述电气量频谱进行数学形态学运算，得到所述电气量频谱的波动分量；
根据所述波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；
根据所述电弧特征值，判断所述直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据获取的所述直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱，包括：
对所述电气量进行预处理，得到所述电气量的交流分量；
对所述电气量的交流分量进行快速傅里叶变换，得到对应的所述电气量频谱；和/或，
所述对所述电气量频谱进行数学形态学运算，得到所述电气量频谱的波动分量，包括：
利用所述数学形态学的腐蚀运算、膨胀运算以及复合运算对所述电气量频谱进行运算处理，得到所述电气量频谱的基值分量，其中，所述复合运算是所述腐蚀运算和所述膨胀运算两者所组成的运算；
对所述电气量频谱和所述基值分量进行减法运算，得到所述电气量频谱的波动分量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电弧特征值，判断所述直流电力系统中是否存在串联电弧故障，包括：
根据所述电弧特征值和预设的特征值阈值两者的比较结果，更新预设的基准值；
若更新后的基准值大于预设的基准阈值，则确定所述直流电力系统当前存在串联电弧故障；
若更新后的基准值小于或者等于所述基准阈值，则确定所述直流电力系统当前不存在串联电弧故障；
其中，所述根据所述电弧特征值和预设的特征值阈值两者的比较结果，更新预设的基准值，包括：
若所述电弧特征值大于所述特征值阈值，则按照预设的步长增大所述基准值，以更新所述基准值；
若所述电弧特征值小于或者等于所述特征值阈值，则按照所述步长减小所述基准值，以更新所述基准值。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，当确定所述直流电力系统当前存在串联电弧故障之后，所述方法还包括：
分别获取各组串支路当前的第一电压信号，得到所述各组串支路各自对应的第一电压值；
控制所述各组串支路的电流值为0，获取所述各组串支路当前的第二电压信号，得到所述各组串支路各自对应的第二电压值；
若目标组串支路的第二电压值小于所述目标组串支路的第一电压值，且所述目标组串支路的第一电压值与所述目标组串支路的第二电压值两者之间的差值大于预设的电压阈值，则确定所述串联电弧故障发生在所述目标组串支路中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，所述根据所述波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值之后，所述方法还包括：
选取各组串支路各自对应的电弧特征值中的最大值作为目标电弧特征值，将所述目标电弧特征值对应的组串支路作为目标组串支路；
根据所述目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及所述目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新所述目标组串支路的预设目标计数值和所述其他各组串支路各自对应的预设计数值；
若更新后的预设目标计数值大于预设的比较阈值，则确定所述目标组串支路中存在串联电弧故障。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及所述目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新所述目标组串支路的预设目标计数值和所述其他各组串支路各自对应的预设计数值，包括：
若所述目标电弧特征值大于所述第一阈值，且所述目标电弧特征值与所述其他各组串支路各自对应的电弧特征值之间的比值分别大于预设的第二阈值，则所述预设目标计数值按照预设的目标步长增大，所述其他各组串支路各自对应的预设计数值按照所述目标步长减小；
否则，所述预设目标计数值和所述其他各组串支路各自对应的预设计数值均按照所述目标步长减小。
7.一种串联电弧故障检测装置，其特征在于，所述装置应用于直流电力系统，所述装置包括：
频谱获取模块，用于根据获取的所述直流电力系统的电气量，得到对应的电气量频谱；
数学运算模块，用于对所述电气量频谱进行数学形态学运算，得到所述电气量频谱的波动分量；
特征值计算模块，用于根据所述波动分量计算预设的特征频段内的特征值，得到电弧特征值；
故障判断模块，用于根据所述电弧特征值，判断所述直流电力系统中是否存在串联电弧故障。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述直流电力系统包括至少两路相互并联的组串支路，所述装置还包括：
特征值比较模块，用于选取各组串支路各自对应的电弧特征值中的最大值作为目标电弧特征值，将所述目标电弧特征值对应的组串支路作为目标组串支路；
检测定位模块，用于根据所述目标电弧特征值和预设的第一阈值的第一比较结果、以及所述目标电弧特征值和其他各组串支路各自对应的电弧特征值的第二比较结果，更新所述目标组串支路的预设目标计数值和所述其他各组串支路各自对应的预设计数值；
若更新后的预设目标计数值大于预设的比较阈值，则确定所述目标组串支路中存在串联电弧故障。
9.一种串联电弧故障检测设备，其特征在于，所述串联电弧故障检测设备包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个应用程序，其中所述一个或多个应用程序被存储于所述存储器中，并配置为由所述处理器执行以实现权利要求1至6任一项所述的串联电弧故障检测方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器进行加载，以执行权利要求1至6任一项所述的串联电弧故障检测方法的步骤。
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