CN114696742B - 光伏系统直流电弧故障检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光伏系统直流电弧故障检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质，所述方法包括：检测光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；若确定优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；提取直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；根据第一电弧信号特征分析得到光伏系统的直流电弧故障检测结果。本发明中利用功率优化器通讯的间隙进行直流电弧故障检测，实现了在兼容功率优化器和电弧检测功能时，避免了功率优化器通讯对电弧检测带来的影响，降低了电弧检测的误检率。
Description
技术领域
本发明涉及光伏电站技术领域，尤其涉及一种光伏系统直流电弧故障检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质。
背景技术
电弧是一种气体放电的现象，在光伏系统中，电弧故障一旦发生，若不采取有效措施防护，持续的直流电弧产生的高温极易引发火灾，造成重大安全事故。现有电弧检测技术中，通过提取直流侧信号进行检测识别电弧频域特征来检测是否发生直流电弧故障。在光伏系统中，为解决光伏组件局部阴影遮挡、组件老化等造成的功率失配现象，需要串入功率优化器以调节各光伏板功率输出，提高该组串发电效率。优化器控制装置需要通过PLC（Power Line Communication，电力载波通讯）与各次节点功率优化器进行信息交互。
由于功率优化器通讯需要通过线缆耦合高频谐波信号，而电弧检测的频域特征主要从线缆耦合的谐波信号中提取，功率优化器进行通讯时，不可避免会对电弧检测产生影响，导致电弧检测出错。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种光伏系统直流电弧故障检测方法、装置、设备及计算机可读存储介质，旨在解决光伏系统中兼容功率优化器和电弧检测功能时，功率优化器通讯会造成电弧检测出错的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供一种光伏系统直流电弧故障检测方法，所述方法包括以下步骤：
检测所述光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；
若确定所述优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；
提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；
根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
可选地，所述光伏系统直流电弧故障检测方法还包括：
每隔第一预设时长触发所述优化器控制装置与所述功率优化器进行通讯，其中，所述优化器控制装置或所述功率优化器在检测到信息交互完毕时结束通讯。
可选地，所述光伏系统中包括多个所述功率优化器，一个所述功率优化器用于对所述光伏系统中至少一个光伏组件进行功率优化；
所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的步骤之后，还包括：
当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，分别从各所述功率优化器获取对应光伏组件的组件电压；
获取电压异常检测阈值；
若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
可选地，所述获取电压异常检测阈值的步骤包括：
将各所述光伏组件的组件电压计算均值，将所述均值乘以第一预设倍数得到所述电压异常检测阈值，其中，所述第一预设倍数大于0且小于1。
可选地，所述获取电压异常检测阈值的步骤包括：
将在所述光伏系统未发生直流电弧故障时从所述光伏组件对应的所述功率优化器获取的所述光伏组件的历史组件电压，作为所述光伏组件对应的电压异常检测阈值；
所述若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件的步骤包括：
若所述光伏组件的组件电压小于所述光伏组件对应的电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
可选地，所述提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征的步骤包括：
对所述直流侧交流信号进行时域到频域转换得到频域信号；
对所述频域信号中预设电弧检测频段的信号进行特征提取，得到第一电弧信号特征，其中，所述特征提取至少包括对所述预设电弧检测频段内的信号进行计算均值、均方根值、方差和峰度中的一项或多项。
可选地，所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的步骤包括：
获取电弧故障判定阈值，其中，所述电弧故障判定阈值为预设固定阈值或基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值；
将所述第一电弧信号特征与所述电弧故障判定阈值进行比较，基于比较结果得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
可选地，当所述电弧故障判定阈值为基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值时，所述获取电弧故障判定阈值的步骤包括：
获取预设的历史数据集，计算所述历史数据集中各第二电弧信号特征的均值，将所述均值乘以第二预设倍数得到所述电弧故障判定阈值。
可选地，所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的步骤之后，还包括：
当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，控制所述逆变器故障停机以报出电弧故障；
在满足预设自启动条件且所述逆变器故障停机的持续时长达到第二预设时长时，控制所述逆变器开启，并执行所述获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号的步骤。
为实现上述目的，本发明还提供一种光伏系统直流电弧故障检测装置，所述光伏系统直流电弧故障检测装置包括：
检测模块，用于检测所述光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；
获取模块，用于若确定所述优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；
提取模块，用于提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；
分析模块，用于根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
为实现上述目的，本发明还提供一种光伏系统直流电弧故障检测设备，所述光伏系统直流电弧故障检测设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的光伏系统直流电弧故障检测程序，所述光伏系统直流电弧故障检测程序被所述处理器执行时实现如上所述的光伏系统直流电弧故障检测方法的步骤。
此外，为实现上述目的，本发明还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有光伏系统直流电弧故障检测程序，所述光伏系统直流电弧故障检测程序被处理器执行时实现如上所述的光伏系统直流电弧故障检测方法的步骤。
本发明中，通过检测光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；若确定优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；提取直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；根据第一电弧信号特征分析得到光伏系统的直流电弧故障检测结果。本发明中利用功率优化器通讯的间隙进行直流电弧故障检测，实现了在兼容功率优化器和电弧检测功能时，避免了功率优化器通讯对电弧检测带来的影响，降低了电弧检测的误检率。
附图说明
图1为本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的结构示意图；
图2为本发明光伏系统直流电弧故障检测方法第一实施例的流程示意图；
图3为本发明实施例涉及的一种光伏系统架构示意图；
图4为本发明实施例涉及的一种直流电弧故障检测流程示意图；
图5为本发明光伏系统直流电弧故障检测装置较佳实施例的功能模块示意图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，图1是本发明实施例方案涉及的硬件运行环境的设备结构示意图。
需要说明的是，本发明实施例光伏系统直流电弧故障检测设备，所述光伏系统直流电弧故障检测设备可以是智能手机、个人计算机、服务器等设备，在此不做具体限制。
如图1所示，该光伏系统直流电弧故障检测设备可以包括：处理器1001，例如CPU，网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。用户接口1003可以包括显示屏（Display）、输入单元比如键盘（Keyboard），可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口（如WI-FI接口）。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是稳定的存储器（non-volatile memory），例如磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是独立于前述处理器1001的存储装置。
本领域技术人员可以理解，图1中示出的设备结构并不构成对光伏系统直流电弧故障检测设备的限定，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。
如图1所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及光伏系统直流电弧故障检测程序。操作系统是管理和控制设备硬件和软件资源的程序，支持光伏系统直流电弧故障检测程序以及其它软件或程序的运行。在图1所示的设备中，用户接口1003主要用于与客户端进行数据通信；网络接口1004主要用于与服务器建立通信连接；而处理器1001可以用于调用存储器1005中存储的光伏系统直流电弧故障检测程序，并执行以下操作：
检测所述光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；
若确定所述优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；
提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；
根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
进一步地，处理器1001还可以用于调用存储器1005中存储的光伏系统直流电弧故障检测程序，执行以下操作：
每隔第一预设时长触发所述优化器控制装置与所述功率优化器进行通讯，其中，所述优化器控制装置或所述功率优化器在检测到信息交互完毕时结束通讯。
进一步地，所述光伏系统中包括多个所述功率优化器，一个所述功率优化器用于对所述光伏系统中至少一个光伏组件进行功率优化；
所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的操作之后，处理器1001还可以用于调用存储器1005中存储的光伏系统直流电弧故障检测程序，执行以下操作：
当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，分别从各所述功率优化器获取对应光伏组件的组件电压；
获取电压异常检测阈值；
若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
进一步地，所述获取电压异常检测阈值的操作包括：
将各所述光伏组件的组件电压计算均值，将所述均值乘以第一预设倍数得到所述电压异常检测阈值，其中，所述第一预设倍数大于0且小于1。
进一步地，所述获取电压异常检测阈值的操作包括：
将在所述光伏系统未发生直流电弧故障时从所述光伏组件对应的所述功率优化器获取的所述光伏组件的历史组件电压，作为所述光伏组件对应的电压异常检测阈值；
所述若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件的操作包括：
若所述光伏组件的组件电压小于所述光伏组件对应的电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
进一步地，所述提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征的操作包括：
对所述直流侧交流信号进行时域到频域转换得到频域信号；
对所述频域信号中预设电弧检测频段的信号进行特征提取，得到第一电弧信号特征，其中，所述特征提取至少包括对所述预设电弧检测频段内的信号进行计算均值、均方根值、方差和峰度中的一项或多项。
进一步地，所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的操作包括：
获取电弧故障判定阈值，其中，所述电弧故障判定阈值为预设固定阈值或基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值；
将所述第一电弧信号特征与所述电弧故障判定阈值进行比较，基于比较结果得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
进一步地，当所述电弧故障判定阈值为基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值时，所述获取电弧故障判定阈值的操作包括：
获取预设的历史数据集，计算所述历史数据集中各第二电弧信号特征的均值，将所述均值乘以第二预设倍数得到所述电弧故障判定阈值。
进一步地，其特征在于，所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的操作之后，处理器1001还可以用于调用存储器1005中存储的光伏系统直流电弧故障检测程序，执行以下操作：
当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，控制所述逆变器故障停机以报出电弧故障；
在满足预设自启动条件且所述逆变器故障停机的持续时长达到第二预设时长时，控制所述逆变器开启，并执行所述获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号的操作。
基于上述的结构，提出光伏系统直流电弧故障检测方法的各个实施例。
参照图2，图2为本发明光伏系统直流电弧故障检测方法第一实施例的流程示意图。
本发明实施例提供了光伏系统直流电弧故障检测方法的实施例，需要说明的是，虽然在流程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。在本实施例中，光伏系统直流电弧故障检测方法的执行主体在本实施例中并不做限制，以下为便于描述，以电弧检测装置为执行主体进行各实施例的阐述，在具体实施方式中，电弧检测装置可以位于光伏系统逆变器内，也可以位于逆变器外，但能够与逆变器建立通讯。在本实施例中，所述光伏系统直流电弧故障检测方法包括：
步骤S10，检测所述光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；
光伏系统中逆变器的直流侧连接光伏组串，交流侧连接电网和负载，用于将光伏组串这一端输出的直流电转换为交流电，输出给电网和/或负载。优化器控制装置是用于控制功率优化器的装置，与逆变器串联或者位于逆变器内（以下以优化器控制装置位于逆变器内为例进行说明）。功率优化器对至少一个光伏组件进行功率优化，功率优化器与其所优化的光伏组件可以看做一体（其具体连接方式在本实施例中并不做限制）；各个光伏组件通过功率优化器的正负极依次串联，形成一个光伏组串，光伏组串的正负极连接逆变器直流侧正负极，当有多个光伏组串时，各个光伏组串分别与逆变器连接，也即各个光伏组串属于并联关系。在光伏系统运作过程中，优化器控制装置与功率优化器定时或不定时地进行通讯，本实施例中对优化器控制装置与功率优化器的通讯频率并不做限制。如图3所示，示出了一种光伏系统的架构示意图，但仅仅是一种示意图，不应理解为对本实施例中光伏系统的架构、功能和使用范围带来任何限制。
电弧检测装置可以检测优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态，根据检测结果来确定是否进行直流电弧故障检测。其中，检测优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态的方法有很多种，在本实施例中并不做限制，例如，在一实施方式中，可以设置一个通讯标志，在优化器控制装置与功率优化器有通讯需求时，将通讯标志置为1，在优化器控制装置与功率优化器结束通讯后，将通讯标志置为0，通过检测通讯标志的值，即可确定当前优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态。可以理解的是，也可以是设置为当通讯标志为0时表示处于通讯状态，为1时表示未处于通讯状态。
步骤S20，若确定所述优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；
若电弧检测装置确定优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则电弧检测装置可以获取逆变器的直流侧交流信号。其中，由于直流侧的电流信号中也会夹杂一些交流信号，故将获取到的直流侧的电流信号称为直流侧交流信号。
步骤S30，提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；
在获取到直流侧交流信号后，电弧检测装置可以提取直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征，其中，预设电弧检测频段是预先设置的一个频段，该频段被认为是电弧信号特征所在的频段，故将提取到的信号特征称为电弧信号特征（以下称为第一电弧信号特征以示区分）。
第一电弧信号特征的提取方法在本实施例中并不做限制，具体可以采用常用的频域信号特征提取方法。
步骤S40，根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
在提取到第一电弧信号特征后，电弧检测装置可以根据第一电弧信号特征确定是否光伏系统是否发生直流电弧故障，即可得到直流电弧故障检测结果。根据第一电弧信号特征确定是否光伏系统是否发生直流电弧故障的具体方法在本实施例中并不做限制，例如可以采用与预先设置的固定阈值进行比对或与自适应阈值进行比对，根据比对结果确定是否光伏系统是否发生直流电弧故障。
可以理解的是，由于是在检测到优化器控制装置与功率优化器未进行通讯时提取的第一电弧信号特征，所以可以认为该第一电弧信号特征是没有受到优化器控制装置与功率优化器之间通讯的影响的，所以当根据第一电弧信号特征确定光伏系统发生直流电弧故障时，该结果是较为可信的，也即，避免了功率优化器通讯对电弧检测带来的影响，降低了电弧检测的误检率。
进一步地，在一实施方式中，当直流电弧故障检测结果为光伏系统发生了直流电弧故障时，电弧检测装置可以采取相应的措施来规避直流电弧故障带来的影响。具体采取什么措施在本实施例中并不做限制，例如可以控制报警装置进行报警等。
进一步地，在一实施方式中，若电弧检测装置确定优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则电弧检测装置可以不进行电弧检测，等到优化器控制装置与功率优化器未通讯时，进行电弧检测。可以理解的是，功率优化器和优化器控制装置的通讯时间一般很短，在功率优化器和优化器控制装置进行通讯的期间虽然没有进行电弧检测，但是下一个通讯间隙马上就会来临，所以如果真的发生了直流电弧故障，在下一个通讯间隙也能够被检测出来，进而避免直流电弧故障带来的不良影响。
进一步地，在一实施方式中，所述光伏系统直流电弧故障检测方法还包括：
步骤a，每隔第一预设时长触发所述优化器控制装置与所述功率优化器进行通讯，其中，所述优化器控制装置或所述功率优化器在检测到信息交互完毕时结束通讯。
电弧检测装置可以每隔第一预设时长就触发优化器控制装置与功率优化器进行通讯。其中，第一预设时长可以是根据需要进行设置的，当第一预设时长设置得越大时，电弧检测的时效性就越高。也即，利用优化器控制装置与功率优化器的通讯间隙去进行电弧检测，由于优化器控制装置与功率优化器通讯一次的时间很短，当第一预设时长设置得越大时，通讯的间隙就越长，那么电弧检测频率也越高，进而能够更加实时地捕捉光伏系统可能发生的直流电弧故障。优化器控制装置或者功率优化器在检测到信息交互完毕时可以结束通讯，以使得电弧检测装置可以进行电弧检测。
进一步地，在一实施方式中，所述步骤S30包括：
步骤S301，对所述直流侧交流信号进行时域到频域转换得到频域信号；
在本实施方式中，提出一种提取直流侧交流信号中第一电弧信号特征的方法。具体地，电弧检测装置可以先对直流侧交流信号进行时域到频域的转换，得到频域信号。可以理解的是，获取到的直流侧交流信号是由不同时刻的电流值所组成的信号，属于时域上的信号，为对信号中预设电弧检测频段的信号进行特征提取，可以先将直流侧交流信号从时域转换到频域，将转换后的信号称为频域信号。在本实施例中对将信号从时域转换到频域所采取的的方法并不做限制，例如可以采用快速傅里叶变换方法。
步骤S302，对所述频域信号中预设电弧检测频段的信号进行特征提取，得到第一电弧信号特征，其中，所述特征提取至少包括对所述预设电弧检测频段内的信号进行计算均值、均方根值、方差和峰度中的一项或多项。
在转换得到频域信号后，即可从频域信号中提取出处于预设电弧检测频段内的信号，并对这一部分信号进行特征提取得到第一电弧信号特征。根据具体需要，特征提取至少可以包括对预设电弧检测频段内的信号进行计算均值、均方根值、方差和峰度中的一项或多项，而计算均值、均方根值、方差、峰度的方法在此不做展开叙述。可以理解的是，在其他实施方式中，特征提取可以还可以包括其他特征提取方法。
在本实施例中，通过检测光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；若确定优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；提取直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；根据第一电弧信号特征分析得到光伏系统的直流电弧故障检测结果。本实施例中利用功率优化器通讯的间隙进行直流电弧故障检测，实现了在兼容功率优化器和电弧检测功能时，避免了功率优化器通讯对电弧检测带来的影响，降低了电弧检测的误检率。
进一步地，基于上述第一实施例，提出本发明光伏系统直流电弧故障检测方法第二实施例。在本实施例中，所述光伏系统中包括多个所述功率优化器，一个所述功率优化器用于对所述光伏系统中至少一个光伏组件进行功率优化，所述步骤S40之后，还包括：
步骤S50，当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，分别从各所述功率优化器获取对应光伏组件的组件电压；
本实施例中，利用功率优化器来获取其所优化的光伏组件的电压（以下称为组件电压），用于定位发生直流电弧故障的光伏组件。
具体地，功率优化器可以检测器所优化的光伏组件的组件电压，利用功率优化器与优化器控制装置之间的通讯，功率优化器可以向优化器控制装置发送其所优化的光伏组件的组件电压，电弧检测装置可以从优化器控制装置获取光伏组件的组件电压。
步骤S60，获取电压异常检测阈值；
步骤S70，若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
光伏组件在发生直流电弧故障导致损坏光伏组件部分电池片时，该光伏组件的组件电压会出现相应程度的降低，电压异常检测阈值是用于判断光伏组件是否发生直流电弧故障的阈值，当组件电压小于该电压异常检测阈值时即可以确定光伏组件发生了直流电弧故障。电压异常检测阈值可以是预先根据需要设置的一个固定的阈值，也可以是自适应确定的，具体在本实施例中并不做限制。
进一步地，在一实施方式中，在定位到发生直流电弧故障的光伏组件后，可以采取相应的应对措施，例如输出报警提示，以指示是哪一光伏组件发生了直流电弧故障。
在本实施例中，通过在确定发生真实直流电弧故障后，从功率优化器获取光伏组件的组件电压，根据组件电压与电压异常检测阈值进行比较，来定位发生直流电弧故障的光伏组件，使得技术人员可以清楚地了解到发生直流电弧故障的光伏组件的位置，进而进行维修管理，提高了直流电弧故障排除的效率。
进一步地，在一实施方式中，所述步骤S60包括：
步骤S601，将各所述光伏组件的组件电压计算均值，将所述均值乘以第一预设倍数得到所述电压异常检测阈值，其中，所述第一预设倍数大于0且小于1。
在本实施方式中，提出一种获取电压异常检测阈值的方法。具体地，可以将获取到的各个光伏组件的组件电压计算均值，将均值乘以一个预设倍数（以下称为第一预设倍数以示区分），得到电压异常检测阈值。其中，第一预设倍数大于0且小于1，具体取值可以根据需要进行设置，设置得越大时，漏检率越低，但是可能会出现误检的情况，而设置得越低时，误检率越低，但是可能会出现漏检的情况。
需要说明的是，在未发生直流电弧故障时，各个光伏组件的组件电压是几近相同的，当一光伏组件的发生直流电弧故障时，其组件电压将会低于各个光伏组件的组件电压的平均水平，故通过将各个光伏组件的组件电压的均值乘以第一预设倍数后作为电压异常检测阈值，再将光伏组件的组件电压与该电压异常检测阈值进行比较，就能够检测出该光伏组件是否发生直流电弧故障。
进一步地，在一实施方式中，所述步骤S60包括：
步骤S602，将在所述光伏系统未发生直流电弧故障时从所述光伏组件对应的所述功率优化器获取的所述光伏组件的历史组件电压，作为所述光伏组件对应的电压异常检测阈值；
在本实施方式中，提出另一种获取电压异常检测阈值的方法。具体地，电弧检测装置可以预先获取光伏系统未发生直流电弧故障时各个光伏组件的组件电压（以下称为历史组件电压），对于每一个光伏组件，将该光伏组件在未发生直流电弧故障时的历史组件电压作为该光伏组件所对应的电压异常检测阈值。
所述步骤S70包括：
步骤S701，若所述光伏组件的组件电压小于所述光伏组件对应的电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
将获取到的光伏组件的组件电压与该光伏组件对应的电压异常检测阈值进行比较，确小于对应的电压异常检测阈值，则电弧检测装置可以确定该光伏组件发生了直流电弧故障。可以理解的是，在未发生直流电弧故障时，当一光伏组件的发生直流电弧故障时，其组件电压将会低于其未发生直流电弧故障时的电压水平，故通过将光伏组件未发生直流电弧故障时的组件电压作为电压异常检测阈值，再将光伏组件的组件电压与该电压异常检测阈值进行比较，就能够检测出该光伏组件是否发生直流电弧故障。
进一步地，基于上述第一和/或第二实施例，提出本发明光伏系统直流电弧故障检测方法第三实施例。在本实施例中，所述步骤S40包括：
步骤S401，获取电弧故障判定阈值，其中，所述电弧故障判定阈值为预设固定阈值或基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值；
在本实施例中，可以将第一电弧信号特征与预先设置的固定阈值进行比对或与自适应阈值进行比对，根据比对结果确定是否发生直流电弧故障。
具体地，电弧检测装置可以获取电弧故障判定阈值，该电弧故障判定阈值可以是预先设置的固定的阈值，可以是基于历史数据集中的电弧信号特征（以下称为第二电弧信号特征）计算得到的自适应阈值。
其中，可以采用一个历史数据集来存储历史一段时间内基于直流侧交流信号提取的电弧信号特征，也即第二电弧信号特征。在本实施例中，对历史数据集中存储多长一段时间内的电弧信号特征并不做限制，具体可以根据需要进行设置。电弧检测装置根据各个第二电弧信号特征计算得到电弧故障判定阈值的方法在本实施例中并不做限制，例如可以将各个第二电弧信号特征进行平均或加权平均等，具体可以根据需要进行设置。当第二电弧信号特征包括多个特征值时，例如包括均值、均方根值、方差和峰度四个类型的特征值，电弧检测装置可以基于各个第二电弧信号特征中同一类型的特征值进行计算得到该类型特征值对应的电弧故障判定阈值，那么，最终可以得到各种类型的特征值分别对应的电弧故障判定阈值。
进一步地，在一实施方式中，当通过第一电弧信号特征与预先设置的固定阈值进行比较来确定是否发生直流电弧故障时，为了提高检测的灵活性，预先可以设置不同灵敏度所对应的固定阈值，以应对不同用户对电弧检测的灵敏度需求。电弧检测装置可以获取当前设置的电弧故障检测灵敏度。其中，电弧检测装置可以设置供用户输入电弧故障检测灵敏度的途径，用户可以根据需要设置电弧检测的灵敏度。灵敏度越高表示漏检率越低，但是可能会出现误检的情况，而灵敏度越低表示误检率越低，但是可能会出现漏检的情况。电弧检测装置从预设的各种灵敏度值对应的固定阈值中，选取出与该当前设置的电弧故障检测灵敏度值对应的固定阈值，作为用于与当前提取到的第一电弧信号特征进行比较的阈值，也即电弧故障判定阈值。在一实施方式中，当设置为第一电弧信号特征小于电弧故障判定阈值时确定发生可疑直流电弧故障时，灵敏度值越低，对应的固定阈值可以设置得越高。
步骤S402，将所述第一电弧信号特征与所述电弧故障判定阈值进行比较，基于比较结果得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
在得到电弧故障判定阈值后，电弧检测装置可以将第一电弧信号特征与电弧故障判定阈值进行比较得到比较结果，根据比较结果可以判定是否发生可疑直流电弧故障。其中，比较结果反映了第一电弧信号特征与电弧故障判定阈值之间的大小关系，当出现什么样的比较结果时可以判定发生可疑直流电弧故障是可以根据需要进行设置的，在本实施例中并不做限制，例如在一实施方式中，可以设置当第一电弧信号特征大于电弧故障判定阈值时确定发生可疑直流电弧故障。在具体实施方式中，当第一电弧信号特征包括多个类型的特征值时，可以将各个类型的特征值分别与对应类型的电弧故障判定阈值进行比对。
进一步地，在一实施方式中，所述步骤S401包括：
步骤S4011，获取预设的历史数据集，计算所述历史数据集中各第二电弧信号特征的均值，将所述均值乘以第二预设倍数得到所述电弧故障判定阈值。
在本实施方式中，当电弧故障判定阈值为基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值时，提出一种计算电弧故障判定阈值的方法，具体地，电弧检测装置可以先计算历史数据集中各个第二电弧信号特征的均值，再将均值乘以预设倍数（以下称为第二预设倍数）得到电弧故障判定阈值。其中，当设置为第一电弧信号特征小于电弧故障判定阈值时判定发生可疑直流电弧故障时，第二预设倍数一般设置得大于0小于1，以避免实际上未发生直流电弧故障但直流侧交流信号仅发生小小的波动，就导致第一电弧信号特征小于电弧故障判定阈值从而造成误检的情况发生。
进一步地，在一实施方式中，所述步骤S40之后，还包括：
步骤S80，当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，控制所述逆变器故障停机以报出电弧故障；
在本实施方式中，提出一种在确定光伏系统发生直流电弧故障时的应对措施。具体地，在确定发生直流电弧故障后，电弧检测装置可以控制逆变器故障停机，通过故障停止的方式报出电弧故障。在具体实施方式中，逆变器故障停机具体可以是指停止将直流电转换为交流电的这一部分功能，其他功能可以继续运行
步骤S90，在满足预设自启动条件且所述逆变器故障停机的持续时长达到第二预设时长时，控制所述逆变器开启，并执行所述获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号的步骤。
进一步地，在一实施方式中，在逆变器故障停机后，电弧检测装置可以在满足预设自启动条件的情况下，进行逆变器故障停机时长的计时，当达到预设时长时，可以控制逆变器开启。控制逆变器开启后，电弧检测装置继续获取光伏系统逆变器的直流侧交流信号，继续进行直流电弧故障检测。其中，预设自启动条件可以根据需要进行设置，例如可以是用户设置了可以进行自启动，又如可以是在一天内发生N次逆变器故障停机后就不可进行自启动，在N次内可以进行自启动，N可以根据需要设置例如设置为5次。
进一步地，在一实施方式中，直流电弧故障检测的流程可以如图4所示。
第一步，逆变器供电后，进行参数初始化，预设电弧检测频段[F1~F2]，初始化PLC通讯标志Flg_PLC=0，预设光伏组件第二预设倍数K_vf;
第二步，并网运行过程中，在单个控制周期开始时，判断电弧检测及优化器控制装置与次节点优化器（功率优化器）是否有通讯需求，若有，通讯标志Flg_PLC=1，否则，Flg_PLC=0；
第三步，根据PLC通讯标志进行相应的逻辑处理，若Flg_PLC=0，进行电弧检测逻辑，执行第四步；若Flg_PLC=1，进行优化器控制程序，执行第六步；
第四步，电弧检测及优化器控制装置实时采取逆变器直流侧交流信号，并通过快速傅里叶分析（FFT），提取频段[F1~F2]的电弧信号特征（图4中采用电弧特征表示），包括但不局限于均值、均方根值、方差、峰度等至少一个信号特征；
第五步，对比电弧信号特征和预设阈值或自适应阈值，判断是否发生电弧；若发生电弧，执行第第七步；若未发生电弧，返回第二步；
第六步，触发主节点PLC发波，与次节点优化器进行信息交互，若次节点回复结束，通讯标志Flg_PLC=0，否则，返回第三步；
第七步，逆变器故障停机，报出电弧故障，读取优化器次节点数据，获取光伏组件的组件电压，定位电弧故障位置。
优化器通讯需求可以预设通讯时间，通过计时器计时达到预设通讯时间时，通讯需求置位1次。检测到电弧故障时，获取光伏组串内所有光伏组件的组件电压，求取均值V_ave，若某组件电压V_x<K_vf*V_ave，则判定该组件为电弧故障组件，需要重点排查。其中，异常电压识别参数K_vf可以取0.9，通常，光伏组件发生电弧故障，导致损坏光伏组件部分电池片时，该组件电压会出现相应程度降低。
本实施方式通过在逆变器中兼容电弧检测程序和优化器控制程序，统一调度电弧检测逻辑和优化器控制逻辑，消除了优化器PLC通讯对电弧检测的影响，实现电弧检测功能和功率优化器功能的共存。在检测到电弧故障时，通过优化器主次节点的信息交互可以读取光伏组件异常电压数据，从而定位电弧故障位置，提高故障线路排查效率。
此外，本发明实施例还提出一种光伏系统直流电弧故障检测装置，参照图5，所述光伏系统直流电弧故障检测装置包括：
检测模块10，用于检测所述光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；
获取模块20，用于若确定所述优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；
提取模块30，用于提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；
分析模块40，用于根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
进一步地，所述光伏系统直流电弧故障检测装置还包括：
触发模块，用于每隔第一预设时长触发所述优化器控制装置与所述功率优化器进行通讯，其中，所述优化器控制装置或所述功率优化器在检测到信息交互完毕时结束通讯。
进一步地，所述光伏系统中包括多个所述功率优化器，一个所述功率优化器用于对所述光伏系统中至少一个光伏组件进行功率优化；
所述获取模块20还用于：
当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，分别从各所述功率优化器获取对应光伏组件的组件电压；
获取电压异常检测阈值；
所述分析模块40还用于若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
进一步地，所述获取模块20还用于：
将各所述光伏组件的组件电压计算均值，将所述均值乘以第一预设倍数得到所述电压异常检测阈值，其中，所述第一预设倍数大于0且小于1。
进一步地，所述获取模块20还用于：
将在所述光伏系统未发生直流电弧故障时从所述光伏组件对应的所述功率优化器获取的所述光伏组件的历史组件电压，作为所述光伏组件对应的电压异常检测阈值；
所述若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件的步骤包括：
若所述光伏组件的组件电压小于所述光伏组件对应的电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
进一步地，所述提取模块30还用于：
对所述直流侧交流信号进行时域到频域转换得到频域信号；
对所述频域信号中预设电弧检测频段的信号进行特征提取，得到第一电弧信号特征，其中，所述特征提取至少包括对所述预设电弧检测频段内的信号进行计算均值、均方根值、方差和峰度中的一项或多项。
进一步地，所述分析模块40还用于：
获取电弧故障判定阈值，其中，所述电弧故障判定阈值为预设固定阈值或基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值；
将所述第一电弧信号特征与所述电弧故障判定阈值进行比较，基于比较结果得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
进一步地，当所述电弧故障判定阈值为基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值时，所述获取模块20还用于：
获取预设的历史数据集，计算所述历史数据集中各第二电弧信号特征的均值，将所述均值乘以第二预设倍数得到所述电弧故障判定阈值。
进一步地，所述光伏系统直流电弧故障检测装置还包括：
控制模块，用于当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，控制所述逆变器故障停机以报出电弧故障；在满足预设自启动条件且所述逆变器故障停机的持续时长达到第二预设时长时，控制所述逆变器开启，并执行所述获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号的操作。
本发明光伏系统直流电弧故障检测装置的具体实施方式的拓展内容与上述光伏系统直流电弧故障检测方法各实施例基本相同，在此不做赘述。
此外，本发明实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有光伏系统直流电弧故障检测程序，所述光伏系统直流电弧故障检测程序被处理器执行时实现如下所述的光伏系统直流电弧故障检测方法的步骤。
本发明光伏系统直流电弧故障检测设备和计算机可读存储介质各实施例，均可参照本发明光伏系统直流电弧故障检测方法各个实施例，此处不再赘述。
需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质（如ROM/RAM、磁碟、光盘）中，包括若干指令用以使得一台终端设备（可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述的方法。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (12)
1.一种光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，在所述光伏系统中，每个功率优化器与至少一个光伏组件连接，所述至少一个光伏组件与对应的所述功率优化器作为一个整体采用串联和/或并联方式连接在逆变器的直流侧，所述逆变器的交流侧与电网和负载连接，优化器控制装置连接在所述功率优化器与所述逆变器之间的回路上或设置在所述逆变器内，所述光伏系统直流电弧故障检测方法包括以下步骤：
检测所述光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；
若确定所述优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；
提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；
根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
2.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，所述光伏系统直流电弧故障检测方法还包括：
每隔第一预设时长触发所述优化器控制装置与所述功率优化器进行通讯，其中，所述优化器控制装置或所述功率优化器在检测到信息交互完毕时结束通讯。
3.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，所述光伏系统中包括多个所述功率优化器，一个所述功率优化器用于对所述光伏系统中至少一个光伏组件进行功率优化；
所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的步骤之后，还包括：
当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，分别从各所述功率优化器获取对应光伏组件的组件电压；
获取电压异常检测阈值；
若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
4.如权利要求3所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，所述获取电压异常检测阈值的步骤包括：
将各所述光伏组件的组件电压计算均值，将所述均值乘以第一预设倍数得到所述电压异常检测阈值，其中，所述第一预设倍数大于0且小于1。
5.如权利要求3所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，所述获取电压异常检测阈值的步骤包括：
将在所述光伏系统未发生直流电弧故障时从所述光伏组件对应的所述功率优化器获取的所述光伏组件的历史组件电压，作为所述光伏组件对应的电压异常检测阈值；
所述若所述光伏组件的组件电压小于所述电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件的步骤包括：
若所述光伏组件的组件电压小于所述光伏组件对应的电压异常检测阈值，则确定所述光伏组件为发生直流电弧故障的光伏组件。
6.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，所述提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征的步骤包括：
对所述直流侧交流信号进行时域到频域转换得到频域信号；
对所述频域信号中预设电弧检测频段的信号进行特征提取，得到第一电弧信号特征，其中，所述特征提取至少包括对所述预设电弧检测频段内的信号进行计算均值、均方根值、方差和峰度中的一项或多项。
7.如权利要求1所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的步骤包括：
获取电弧故障判定阈值，其中，所述电弧故障判定阈值为预设固定阈值或基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值；
将所述第一电弧信号特征与所述电弧故障判定阈值进行比较，基于比较结果得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
8.如权利要求7所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，当所述电弧故障判定阈值为基于历史数据集中的第二电弧信号特征计算得到的自适应阈值时，所述获取电弧故障判定阈值的步骤包括：
获取预设的历史数据集，计算所述历史数据集中各第二电弧信号特征的均值，将所述均值乘以第二预设倍数得到所述电弧故障判定阈值。
9.如权利要求1至8中任一项所述的光伏系统直流电弧故障检测方法，其特征在于，所述根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果的步骤之后，还包括：
当所述直流电弧故障检测结果为所述光伏系统发生直流电弧故障时，控制所述逆变器故障停机以报出电弧故障；
在满足预设自启动条件且所述逆变器故障停机的持续时长达到第二预设时长时，控制所述逆变器开启，并执行所述获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号的步骤。
10.一种光伏系统直流电弧故障检测装置，其特征在于，在所述光伏系统中，每个功率优化器与至少一个光伏组件连接，所述至少一个光伏组件与对应的所述功率优化器作为一个整体采用串联和/或并联方式连接在逆变器的直流侧，所述逆变器的交流侧与电网和负载连接，优化器控制装置连接在所述功率优化器与所述逆变器之间的回路上或设置在所述逆变器内，所述光伏系统直流电弧故障检测装置包括：
检测模块，用于检测所述光伏系统中的优化器控制装置与功率优化器是否处于通讯状态；
获取模块，用于若确定所述优化器控制装置与功率优化器未处于通讯状态，则获取所述光伏系统中逆变器的直流侧交流信号；
提取模块，用于提取所述直流侧交流信号中预设电弧检测频段的信号特征作为第一电弧信号特征；
分析模块，用于根据所述第一电弧信号特征分析得到所述光伏系统的直流电弧故障检测结果。
11.一种光伏系统直流电弧故障检测设备，其特征在于，所述光伏系统直流电弧故障检测设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的光伏系统直流电弧故障检测程序，所述光伏系统直流电弧故障检测程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的光伏系统直流电弧故障检测方法的步骤。
12.一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光伏系统直流电弧故障检测程序，所述光伏系统直流电弧故障检测程序被处理器执行时实现如权利要求1至9中任一项所述的光伏系统直流电弧故障检测方法的步骤。
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