CN117007911A - 一种直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法 - Google Patents

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Abstract

本公开提出了一种直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法，涉及线路故障检测技术领域。其中，故障检测系统包括主监控设备和多个监控终端，主监控设备包括：交流电源，用于为直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者负极输电线与地之间提供交流电压，以使直流汇流线路产生交流电流；第一交流电流传感器，用于在交流电流作用下产生第一交流感应电信号；第一测量电路，用于对第一交流感应电信号进行锁相放大以得到第一电信号；第一微处理器，用于根据第一电信号确定第一电流检测结果，根据第一电流检测结果和从监控终端接收的第二电流检测结果，对存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。通过以上系统，能够实现对接地阻抗故障的快速定位。

Description

一种直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法
技术领域
本公开涉及线路故障检测技术领域，尤其涉及一种直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法。
背景技术
集中式光伏电站的直流汇流线路（或者称为直流集电线路）用于将光伏组件输出的功率输送到集中式逆变器进行变换，然后传输给交流电网。由于光伏组件数量众多、且分布面积较广，因此直流汇流线路的布线结构复杂，支路和连接点多，拓扑结构复杂。例如，光伏电站一个逆变单元有8个汇流箱，一个汇流箱有20条支路，一个支路有25个光伏组件和25个C4接头，涉及设备多，范围广。
在光伏电站上，由于导线绝缘破损、环境潮湿以及绝缘老化等因素，直流汇流线路经常发生接地阻抗过低的故障。若直流汇流线路出现接地阻抗过低的故障，很可能触发光伏逆变器的保护动作而造成停机。另外，直流汇流线路还经常发生正负极短路问题，从而造成某些分支线路的保险熔断故障，进而导致光伏逆变器断电停机。此时需要尽快排除故障，否则长时间停机将给光伏电站造成巨大损失。
相关技术中，主要依靠人工方式排查直流汇流线路的各种故障。比如，对于直流汇流线路中接地阻抗过低的故障，需要在逆变器停机、断开直流汇流线路状态下，由电站检修人员借助绝缘测量仪器来排查、定位存在故障的线路区段。
相关技术中，也有提出基于自动阻抗测试仪等设备，在停电状态下分段对线路的泄漏电流进行检测，以排查线路故障的方案。
相关技术中，还有提出利用电网上使用的行波故障测量设备，对直流汇流线路中接地阻抗过低的故障进行检测的方案。
发明内容
本公开提供了一种直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种直流汇流线路的故障检测系统，包括主监控设备和多个监控终端，其中，所述主监控设备包括：交流电源，用于为所述直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者所述直流汇流线路的负极输电线与地之间，提供交流电压，以使所述直流汇流线路产生共模的交流电流；第一交流电流传感器，用于在所述交流电流作用下，产生第一交流感应电信号；第一测量电路，用于对所述第一交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到第一电信号；第一微处理器，用于根据所述第一电信号确定第一电流检测结果，根据所述第一电流检测结果和从所述多个监控终端接收的第二电流检测结果，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
在一些实施例中，所述第一交流电流传感器在处于工作状态的情况下，安装在所述直流汇流线路上，且所述直流汇流线路中的正极输电线和负极输电线同时穿过所述第一交流电流传感器的铁芯。
在一些实施例中，所述直流汇流线路的故障检测系统应用于光伏电站，所述交流电源的频率与所述光伏电站对应的交流电网的工作频率不同。
在一些实施例中，所述交流电源的频率与所述交流电网的工作频率的差值在设置的阈值频率范围内。
在一些实施例中，所述第一测量电路包括：第一锁相放大器，用于对所述第一交流感应电信号进行锁相放大；第一低通滤波器，用于对锁相放大后的电信号进行滤波，以得到所述第一电信号。
在一些实施例中，所述交流电源包括：直接数字频率合成信号源，用于根据同步时钟信号产生交流电信号，并将所述交流电信号作为所述第一锁相放大器的参考信号；功率放大器，用于对所述直接数字频率合成信号源产生的交流电信号进行放大，以得到所述交流电源输出的所述交流电压。
在一些实施例中，所述主监控设备还包括：第一授时模块，用于产生所述同步时钟信号。
在一些实施例中，所述直流汇流线路包括第一线路区段和第二线路区段，所述根据第一电流检测结果和从所述多个监控终端接收的第二电流检测结果，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位包括：根据第一电流检测结果，确定所述第一线路区段对应的绝缘泄漏电流；根据第二电流检测结果和第一电流检测结果的差值，确定所述第二线路区段对应的绝缘泄漏电流；根据所述第一线路区段对应的绝缘泄漏电流、以及所述第二线路区段对应的绝缘泄漏电流，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
在一些实施例中，所述监控终端包括：第二交流电流传感器，用于在所述交流电流作用下，产生第二交流感应电信号；第二测量电路，用于对所述第二交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到第二电信号；第二微处理器，用于根据所述第二电信号确定所述第二电流检测结果。
在一些实施例中，所述第二交流电流传感器在处于工作状态的情况下，安装在所述直流汇流线路上，且所述直流汇流线路中的正极输电线和负极输电线同时穿过所述第二交流电流传感器的铁芯。
在一些实施例中，所述第二测量电路进行锁相放大所需的、与所述第一测量电路进行锁相放大所需的参考信号，为基于同一同步时钟信号生成，且所述第二测量电路包括：第二锁相放大器，用于对所述第二交流电流传感器输出的交流感应电信号进行锁相放大，以得到锁相放大后的电信号；第二低通滤波器，用于对所述锁相放大后的电信号进行滤波，以得到所述第二电信号。
在一些实施例中，所述监控终端还包括：第二授时模块，用于产生所述同步时钟信号；锁相环，用于根据所述同步时钟信号产生所述第二测量电路进行锁相放大所需的参考信号。
在一些实施例中，所述主监控设备还包括：霍尔电流传感器，用于在所述直流汇流线路上的直流电流作用下，产生直流感应电信号；直流信号处理电路，用于对所述直流电流产生的直流感应电信号进行滤波处理，以得到处理后的直流电信号；其中，所述第一微处理器还用于根据处理后的直流电信号确定直流电流检测结果，根据所述直流电流检测结果，对所述直流汇流线路中存在开路故障的线路区段进行定位。
根据本公开的第二方面，提出了一种直流汇流线路的故障检测装置，包括：交流电源，用于为所述直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者所述直流汇流线路的负极输电线与地之间，提供交流电压，以使所述直流汇流线路产生交流电流；交流电流传感器，用于在所述交流电流的作用下，产生交流感应电信号；测量电路，用于对所述交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到处理后的电信号；微处理器，用于根据所述处理后的电信号确定电流检测结果，根据所述电流检测结果，确定所述直流汇流线路的分支线路中是否存在接地阻抗故障。
根据本公开的第三方面，提出了一种故障检测系统的使用方法，应用于如前所述的直流汇流线路的故障检测系统，包括：将主监控设备中的交流电源的一端与所述直流汇流线路中的正极输电线或负极输电线相连、且将所述交流电源的另一端接地；将所述主监控设备中的第一交流电流传感器安装在所述直流汇流线路上，且令所述直流汇流线路中的正极输电线和负极输电线同时穿过所述第一交流电流传感器的铁芯；将所述监控终端中的第二交流电流传感器安装在所述直流汇流线路上、且令所述直流汇流线路的正极输电线和负极输电线同时穿过所述第二交流电流传感器的铁芯；利用所述直流汇流线路的故障检测系统，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
根据本公开的第四方面，提出了一种故障检测装置的使用方法，应用于如前所述的直流汇流线路的故障检测装置，包括：将所述交流电源的一端与所述直流汇流线路中的正极输电线或负极输电线相连、且将所述交流电源的另一端接地；将所述交流电流传感器安装在所述直流汇流线路的分支线路上，且令所述分支线路中的正极输电线和负极输电线同时穿过所述交流电流传感器的铁芯；利用所述直流汇流线路的故障检测装置，确定所述分支线路是否存在接地阻抗故障。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开。
图1为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测装置的组成示意图。
图2为根据本公开另一些实施例的直流汇流线路的故障检测装置的组成示意图。
图3为根据本公开一些实施例的故障检测装置的泄漏电流检测原理示意图。
图4为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测装置的局部结构示意图。
图5为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测系统的组成示意图。
图6为根据本公开一些实施例的监控终端的组成示意图。
图7为根据本公开一些实施例的主监控设备的局部结构示意图。
图8为根据本公开一些实施例的监控终端的局部结构示意图。
图9为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测系统的部署示意图。
图10为根据本公开一些实施例的故障检测系统的泄漏电流检测原理示意图。
图11为根据本公开一些实施例的故障检测装置的使用方法的流程示意图。
图12为根据本公开一些实施例的故障检测系统的使用方法的流程示意图。
在附图中，10：直流汇流线路的故障检测装置；11：交流电源；111：DDS信号源；112：功率放大器；12：交流电流传感器；13：测量电路；131：锁相放大器；132：第一低通滤波器；14：微处理器；1：汇流箱；22：第一分支线路；221：第一正极输电线；222：第一负极输电线；23：第二分支线路；231：第二正极输电线；232：第二负极输电线；26：MCU；27：显示器；28：开关S0；29：开关S1；33：霍尔电流传感器；34：第二低通滤波器；5：主监控设备；52：第一交流电流传感器；53：第一测量电路；531：第一锁相放大器；532：第三低通滤波器；54：第一微处理器；55：第一通信模块；56：第一授时模块；57：第一霍尔电流传感器；58：第四低通滤波器；6：第一监控终端；7：第n监控终端；61：第二交流电流传感器；62：第二测量电路；621：第二锁相放大器；622：第五低通滤波器；63：第二微处理器；64：第二通信模块；65：第二授时模块；66：锁相环；67：第二霍尔电流传感器；68：第六低通滤波器；901：第一光伏组件； 902：第m光伏组件；904：第一汇流箱；906：第二汇流箱；908：第三汇流箱；909：逆变器；910：交流电网；911：管理服务器；912：用户终端；917：授时模块。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
相关技术中，仅靠人工排查直流汇流线路的接地阻抗故障，很难实现故障的快速定位，且人工负担大。
相关技术中，在基于自动阻抗测试仪对直流汇流线路进行故障检测时，由于自动阻抗测试仪成本高，导致检测成本过高，检测方案很难大范围推广使用。与此同时，该方案还要求必须在停电状态下进行故障检测，工作条件限制严格。
相关技术中，行波故障测量设备采用主动行波法进行检测，其检测原理是，将高频信号注入到直流汇流线路上，通过反射波的时间差来判断故障短路点的位置。由于直流汇流线路的低阻抗故障往往不会产生很强的行波反射，这导致基于行波法的故障定位误差较大。另外，由于直流汇流线路的分支线众多，行波法实际上很难在直流汇流线路上进行有效应用。
总之，目前尚无能够有效实现直流汇流线路低阻抗故障检测、定位的方案。
鉴于此，本公开提出了一种直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法，能够快速、精准地对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位，提高故障线路区段的排查效率，减小线路排查的工作负担。与此同时，由于无需断电即可完成线路故障的诊断，有助于提高故障检测的便捷性，进一步减少线路故障对光伏电站造成的损失。
图1为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测装置的组成示意图。如图1所示，直流汇流线路的故障检测装置10包括交流电源11、交流电流传感器12、测量电路13、微处理器14。
在一些实施例中，基于分布式的故障检测系统对直流汇流线路的接地阻抗故障进行定位。在这些实施例中，基于故障检测装置构建故障检测系统中的主监控设备。
交流电源11，用于为直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者直流汇流线路的负极输电线与地之间，提供交流电压，以使直流汇流线路产生交流电流。
在一些实施例中，交流电源11在处于工作状态的情况下，一端与直流汇流线路中的正极输电线或负极输电线相连、另一端接地。
在一些实施例中，直流汇流线路的故障检测装置应用于光伏电站上。在这些实施例中，交流电源11的频率与光伏电站对应的交流电网的工作频率不同。例如，当交流电网的工作频率为50 Hz时，交流电源11的频率不是50 Hz。
在一些实施例中，交流电源11的频率与交流电网的工作频率的差值在设置的阈值频率范围内。例如，令交流电源11的频率的取值范围为大于等于35 Hz且小于50 Hz，或者，大于50 Hz且小于等于75 Hz。
在一些实施例中，交流电源的频率为65 Hz。
在本公开实施例中，通过设置交流电源，并令其在正极输电线与地之间提供交流电压，或者，令其在负极输电线与地之间提供交流电压，以使直流汇流线路中产生共模的交流电流，从而与直流汇流线路中存在的直流电流相区分，使得在不断电的情况下，也可实现对泄漏电流以及接地阻抗故障的诊断，提高了接地阻抗故障诊断的便捷性。
进一步，通过令交流电源的频率与交流电网的工作频率不同，能够减少交流电网对微弱的交流电流检测的干扰，提高交流电流检测结果的准确性，进而提高对接地阻抗故障诊断的准确性。
进一步，通过采用与交流电网的工作频率不同、同时又与交流电网的工作频率接近的交流电源，能够更为精准地测量、表征接地阻抗（对地阻抗），减少交流电流检测中存在的干扰，提高交流电流检测的准确性和灵敏度。这样一来，不仅能够有效缓解由于交流电源的频率太高导致测量的是电容阻抗，不能很好地反映线路绝缘性能的问题，而且能够有效缓解由于交流电源的频率太低、导致直流汇流线路中存在的直流电流对交流电流检测造成干扰，从而使得交流电流检测结果准确率不高的问题。
交流电流传感器12，用于在交流电流作用下，产生交流感应电信号。
在一些实施例中，交流电流传感器包括穿心铁磁线圈，即带有线圈的铁芯。
在一些实施例中，交流电流传感器12在处于工作状态的情况下，安装在直流汇流线路上，且令直流汇流线路中的正极输电线和负极输电线同时穿过交流电流传感器的铁芯。
在本公开一些实施例中，通过基于交流电源在直流汇流线路中产生共模的交流电流、且令直流汇流线路的正极输电线和负极输电线同时穿过交流电流传感器的铁芯，能够实现以下技术效果：一方面，交流电流传感器上的铁芯中主要产生由共模的交流电流感应出的电势，这有助于在不断电的情况下从幅值较大的直流电流中检测出交流形式的泄漏电流；另一方面，由于正极输电线和负极输电线中存在的直流电流为差分电流，其在交流电流传感器的铁芯中几乎不产生磁场，因此不会引起交流电流传感器的磁饱和问题，有助于提高泄漏电流检测的可靠性。以上两方面相结合，降低了输电线路中的直流电流对泄漏电流检测的干扰，进而有助于提高接地阻抗（或者说对地阻抗、对地绝缘阻抗）故障诊断的精准性。
在一些实施例中，交流电流传感器12为多个，且设置在直流汇流线路上的不同线路区段上，以便对直流汇流线路进行更全面的故障诊断。测量电路13，用于对交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到处理后的电信号。
在一些实施例中，故障检测装置包括多个交流电流传感器12以及多个测量电路13，且测量电路13与交流电流传感器12一一对应。
在一些实施例中，测量电路13包括：锁相放大器，用于对交流电流传感器输出的交流感应电信号进行锁相放大，以得到锁相放大后的电信号；低通滤波器，用于对锁相放大后的电信号进行滤波，以得到处理后的电信号。
在本公开实施例中，通过设置锁相放大器对由交流电流传感器所感应出的交流感应电信号进行锁相放大，有助于提高微弱电流检测的灵敏度和精准度。进一步，通过设置低通滤波器，能够降低干扰信号对微弱电流检测的影响，提高微弱电流检测的精准度。
微处理器14，用于根据处理后的电信号确定交流电流检测结果，根据交流电流检测结果，确定直流汇流线路中是否存在接地阻抗故障。
在一些实施例中，在直流汇流线路中的多个线路区段设置了交流电流传感器，微处理器14根据各个线路区段的交流电流检测结果，确定各个线路区段的泄漏电流或接地阻抗；然后，将泄漏电流与设置的电流阈值进行比较，或者将接地阻抗与设置的阻抗阈值进行比较；根据比较结果，判断直流汇流线路中是否存在接地阻抗故障。
在一些实施例中，设置了多个电流阈值或者多个阻抗阈值，以便于实现对不同程度的接地阻抗故障的诊断和预警。
例如，阻抗阈值包括第一阻抗阈值和第二阻抗阈值，微处理器14根据如下方式确定是否存在接地阻抗故障：在接地阻抗大于等于第一阻抗阈值、且小于第二阻抗阈值时，表明接地阻抗偏低、存在较小的接地阻抗故障，进行一级故障预警操作；在接地阻抗小于第一阻抗阈值时，表明接地阻抗过低、存在较大的接地阻抗故障，进行二级故障预警操作。
在本公开实施例中，通过以上装置能够快速、精准地对直流汇流线路中的接地阻抗故障进行诊断，从而能够尽快对存在接地阻抗故障的线路区段进行处理，减小线路排查的负担。进一步，由于在不断电的情况下即可完成线路故障的检测，有助于提高线路故障检测的便捷性，减少因故障排查与处理所需断电处理的时间，降低因断电时间过长给光伏电站造成的损失。
图2为根据本公开另一些实施例的直流汇流线路的故障检测装置的组成示意图。如图2所示，直流汇流线路的故障检测装置10包括交流电源11、交流电流传感器12、测量电路13、以及MCU 26。
在一些实施例中，直流汇流线路的故障检测装置10为便携式装置，设置在汇流箱1处，用于对汇流箱1处直流汇流线路的分支线路进行故障检测。
交流电源11，用于为直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者直流汇流线路的负极输电线与地之间，提供交流电压以使直流汇流线路产生共模的交流电流。
在一些实施例中，交流电源11包括DDS信号源111和功率放大器112。其中，DDS信号源111，即直接数字频率合成信号源，用于在MCU 26的控制下产生交流电信号；功率放大器112，用于对DDS信号源111产生的交流电信号进行放大，以得到交流电源输出的交流电压。
在一些实施例中，交流电源的频率与交流电网的工作频率不同。
在一些实施例中，交流电源的频率与交流电网的工作频率的差值在设置的阈值频率范围内。例如，令交流电源的频率的取值范围为大于等于35 Hz且小于50 Hz，或者，大于50 Hz且小于等于75 Hz。
在本公开实施例中，通过令交流电源的频率与交流电网的工作频率不同，能够减少交流电网对泄漏电流检测的干扰，提高泄漏电流检测的灵敏度。进一步，令交流电源的频率与交流电网的工作频率的差值在设置的阈值范围内，能够更好地表征绝缘阻抗，进一步减少泄漏电流检测中的干扰，提高泄漏电流检测灵敏度和检测精准度。
在一些实施例中，直流汇流线路的故障检测装置10包括一个或多个交流电流传感器12，用于在交流电流作用下，产生交流感应电信号。其中，每个交流电流传感器在处于工作状态时，安装在直流汇流线路的分支线路上、且该分支线路的正、负极输电线同时穿过交流电流传感器的铁芯。
例如，直流汇流线路的故障检测装置10包括设置在第一分支线路22上的交流电流传感器12、和设置在第二分支线路23上的交流电流传感器12。其中，第一分支线路包括第一正极输电线221和第一负极输电线222、且第一正极输电线221和第一负极输电线222同时穿过交流电流传感器12的铁芯；第二分支线路23包括第二正极输电线231和第二负极输电线232、且第二正极输电线231和第二负极输电线232同时穿过交流电流传感器12的铁芯。
在一些示例中，交流电流传感器采用开合式机械结构。这样一来，不需要切断直流汇流线路的分支线路，就能实现交流电流传感器的安装，从而适应在建或已经在运行中的光伏电站。
在本公开实施例中，一方面，设置交流电源和交流电流传感器，使得交流电流传感器的铁芯中主要产生由共模的交流电流感应出的电势，这有助于在不断电的情况下从幅值较大的直流电流中检测出交流形式的泄漏电流；另一方面，令直流汇流线路的分支线路的正、负极输电线同时穿过铁芯，由于正、负极输电线中存在的直流电流为差分电流，其在交流电流传感器的铁芯中几乎不产生磁场，因此不会引起交流电流传感器的磁饱和问题，有助于提高泄漏电流检测的可靠性。以上两方面相结合，降低了输电线路中的直流电流对泄漏电流检测的干扰，进而有助于提高接地阻抗故障诊断的精准性。
测量电路13，与交流电流传感器相连，用于对交流电流传感器产生的交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到处理后的电信号。
在一些实施例中，测量电路13包括锁相放大器和低通滤波器。其中，锁相放大器，用于对交流电流传感器产生的交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到放大后的感应电信号；低通滤波器用于对放大后的感应电信号进行滤波，以得到处理后的电信号。
在一些实施例中，DDS信号源111输出的交流电信号作为测量电路13中的锁相放大器进行锁相放大的参考信号。
在本公开实施例中，一方面，由于交流电源输出的电信号与测量电路中进行锁相放大所需的参考信号都是由DDS信号源产生，因此可使交流电源与测量电路13的参考信号保持同频、且相位固定，实现频率和相位的同步，从而有助于提高测量电路的信噪比，提高测量电路检测微弱电流的能力。另一方面，通过对交流感应电信号进行锁相放大、滤波处理，能够减小交流电网对泄漏电流测量的干扰。以上两方面相结合，能够进一步提高泄漏电流测量的精准度和灵敏度。而且，通过采用上述测量电路，也能降低交流电源的电压幅值，提高绝缘安全性。
MCU 26，用于根据测量电路13得到的处理后的电信号确定电流检测结果，根据电流检测结果确定直流汇流线路中是否存在接地阻抗故障的线路区段。
其中，MCU（Microcontroller Unit，微控制单元），又称单片微型计算机(SingleChip Microcomputer )或者单片机。在不影响本公开实施的情况下，微处理器还可采用除MCU之外的其他芯片，比如DSP（digital singnal processor，数字信号处理器）、ARM（Advanced RISC Machines）等。
在一些实施例中，直流汇流线路的故障检测装置10还包括开关S0 28、以及开关S129。其中，开关S0 28用于控制交流电源与直流汇流线路的导通和断开。开关S1 29用于控制交流电源与直流汇流线路中的正极输电线导通，以便于在此情况下进行接地阻抗故障的检测。开关S1 29还用于控制交流电源与直流汇流线路中的负极输电线的导通，以便于在此情况下进行接地阻抗故障的检测。
在一些实施例中，MCU 26被配置为：控制开关S1动作，以使交流电源与直流汇流线路中的正极输电线相连，以及，在此情况下，基于交流电流传感器、测量电路得到的处理后的电信号，确定第一次电流检测结果；MCU 26控制开关S1动作，以使交流电源与直流汇流线路中的负极输电线相连，以及，在此情况下，基于交流电流传感器、测量电路得到的处理后的电信号，确定第二次电流检测结果；根据第一次电流检测结果和第二次电流检测结果，确定直流汇流线路的分支线路是否存在接地阻抗故障。
例如，在交流电源与直流汇流线路中的正极输电线相连的情况下，基于交流电流传感器12、测量电路13得到的处理后的电信号，确定第一分支线路对应的第一次电流检测结果；在交流电源与直流汇流线路中的负极输电线相连的情况下，根据交流电流传感器12、测量电路13得到的处理后的电信号，确定第一分支线路对应的第二次电流检测结果；根据第一分支线路对应的第一次电流检测结果和第二次电流检测结果，确定第一分支线路对应的泄漏电流；根据第一分支线路对应的泄漏电流，确定第一分支线路对应的接地阻抗；在第一分支线路对应的接地阻抗小于第一阻抗阈值时，确定第一分支线路存在接地阻抗故障；否则，确定第一分支线路不存在接地阻抗故障。
在本公开实施例中，通过在交流电源与直流汇流线路中的正极输电线相连情况下、以及在交流电源与直流汇流线路中的负极输电线相连情况下，分别对交流电流进行检测，并根据两次交流电流的检测结果进行接地阻抗故障的诊断，有助于提高接地阻抗故障的检测精度。而且，通过设置多个交流电流传感器，便于对不同分支线路的接地阻抗故障进行快速诊断和定位。
在一些实施例中，直流汇流线路的故障检测装置10还包括显示器27，用于对故障检测结果进行显示。例如，显示器27为液晶显示器。
在一些实施例中，为了进一步保障作业的安全性，在断开汇流箱1中的开关K的情况下，对直流汇流线路的分支线路中的接地阻抗故障进行检测。
在一些实施例中，在汇流箱处安装故障检测装置时，考虑到汇流箱的内部空间有限，因此将故障检测装置安装在汇流箱下方的电缆进线处。具体实施时，故障检测装置可采用多路穿心过线的外形结构设计，以尽量不破坏集电线路的完整性，也不改变现有汇流箱的结构和布置，而且也不引起其它绝缘问题。
在本公开实施例中，通过以上便携式的故障检测装置能够实现对接地阻抗故障的快速检测和预警。进一步，通过由MCU控制DDS信号源产生交流电压信号、并通过功率放大器对交流电压信号进行放大，并将放大后的交流电压信号作为交流电源的输出电压，有助于减小交流电源的体积，提高故障检测装置的便携性。与此同时，令DDS信号源产生的交流电压信号作为测量电路中进行锁相放大的参考信号，有助于提高对微弱电流信号的检测灵敏度，减小所需的交流电源的电压幅值，提高故障检测装置的绝缘安全性。
图3为根据本公开一些实施例的泄漏电流检测原理示意图。考虑到接地阻抗（对地阻抗）远远大于线路阻抗，因此，为了简便，图3只示意出了接地阻抗。
在图3中，一个交流电流传感器12，在处于工作状态的情况下，设置在由第一正极输电线221和第一负极输电线222组成的第一分支线路22上，且第一正极输电线221和第一负极输电线222同时穿过该交流电流传感器12的铁芯。
另一个交流电流传感器12，设置在由第二正极输电线231和第二负极输电线232组成的第二分支线路23上，且第二正极输电线231和第二负极输电线232同时穿过该交流电流传感器12的铁芯。
如图3所示，第一分支线路22中既有差分的直流电流i d1 ，也有在交流电源11作用下产生的共模的交流电流i c1 。在交流电流传感器12的铁芯上绕制的线圈中，主要产生由共模的交流电流i c1 所感应的电势，因此，可根据感应的电势测量第一分支线路22中的泄漏电流i k1，进而根据泄漏电流i k1确定第一分支线路22是否存在接地阻抗故障。
例如，将共模电流i c1 的取值作为泄漏电流i k1的取值，然后，根据交流电源输出的交流电压和泄漏电流i k1的比值确定第一分支线路22的接地阻抗。若第一分支线路22的接地阻抗小于设置的接地阻抗阈值，确定第一分支线路22存在接地阻抗故障；否则，确定第一分支线路22不存在接地阻抗故障。
类似地，第二分支线路23中既有差分的直流电流i d2 ，也有共模的交流电流i c2 。在交流电流传感器12的铁芯上绕制的线圈中主要产生由共模的交流电流i c2 所感应的电势。进而，可根据感应的电势测量第二分支线路23中的泄漏电流i k2，进而根据泄漏电流i k2确定第二分支线路23是否存在接地阻抗故障。
例如，将共模电流i c2 的取值作为泄漏电流i k2的取值，然后，根据交流电源输出的交流电压和泄漏电流i k2的比值确定第二分支线路23的接地阻抗。若第二分支线路23的接地阻抗小于设置的接地阻抗阈值，确定第二分支线路23存在接地阻抗故障；否则，确定第二分支线路23不存在接地阻抗故障。
在本公开实施例中，通过将正极输电线和负极输电线同时穿过交流电流传感器的铁芯，并基于上述原理进行泄漏电流检测，能够产生如下有益效果：即便检测过程中光伏组件正在发电，使得差分的直流电流的幅值非常高，但是，由于差分的直流电流在交流电流传感器的铁芯中几乎不产生磁场，因此不会引起交流电流传感器的磁饱和问题，这有助于提高泄漏电流检测的可靠性。
图4为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测装置的局部结构示意图。
如图4所示，在直流汇流线路的故障检测装置中，交流电流传感器12与测量电路电连接。
在一些实施例中，测量电路包括锁相放大器131和第一低通滤波器132。锁相放大器131，用于对交流电流传感器12产生的感应电信号进行锁相放大，以得到放大后的电信号；第一低通滤波器132，用于对放大后的电信号进行滤波，以得到处理后的电信号。
MCU 26，用于基于集成的模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）对处理后的电信号进行采样、以及数字信号计算，以得到泄漏电流的检测值和接地阻抗值。
在本公开实施例中，通过采用锁相放大技术对感应电信号进行锁相放大，并采用低通滤波器对放大后的电信号进行滤波，能够提高泄漏电流检测的灵敏度和精准度，进而提高接地阻抗故障诊断的灵敏度和精准度。
在一些实施例中，直流汇流线路的故障检测装置还包括霍尔电流传感器33以及直流信号处理电路。
在一些实施例中，霍尔电流传感器33在处于工作状态的情况下，安装在直流汇流线路或者分支线路的正极输电线或负极输电线上。霍尔电流传感器33，用于在直流汇流线路或者分支线路上的直流电流作用下，产生直流感应电信号。
在一些实施例中，直流信号处理电路包括第二低通滤波器34，用于对直流电流产生的直流感应电信号进行滤波处理，以得到处理后的直流电信号。
MCU26，还用于根据处理后的直流感应电信号确定直流电流检测结果，根据直流电流检测结果确定直流汇流线路或者分支线路是否存在开路故障。
显示器27，用于对直流汇流线路的故障检测结果进行显示。
在本公开实施例中，通过以上装置不仅能够对直流汇流线路或者分支线路中的接地阻抗故障进行快速、精准地检测，还能够对直流汇流线路或者分支线路上的开路故障进行快速、精准地检测。这样一来，当发生接地阻抗故障，或者由于正负极短路或过流造成线路保险熔断时，利用故障检测装置能够自动判断、定位故障线路，从而减少了检修人员的线路排查负担。
图5为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测系统的组成示意图。如图5所示，直流汇流线路的故障检测系统包括主监控设备5和多个监控终端。其中，多个监控终端包括第一监控终端6、以及第n监控终端7。
在一些实施例中，主监控设备5和多个监控终端在处于工作状态的情况下，安装在光伏电站上的不同位置，以对直流汇流线路的不同线路区段进行测量。例如，主监控设备5安装在靠近逆变器一侧的汇流箱处，用于对该汇流箱处的线路区段进行测量；多个监控终端安装在靠近光伏组件一侧的汇流箱处，用于对这些汇流箱处的线路区段进行测量。
在一些实施例中，主监控设备5包括交流电源11、第一交流电流传感器52、第一测量电路53、以及第一微处理器54。
交流电源11，用于为直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者直流汇流线路的负极输电线与地之间，提供交流电压，以使直流汇流线路产生交流电流。
在一些实施例中，交流电源11的频率与交流电网的工作频率不同。
在一些实施例中，交流电源11的频率与交流电网的工作频率的差值在设置的阈值频率范围内。例如，当交流电网的工作频率为50 Hz时，交流电源的频率的取值范围为大于等于25 Hz且小于50Hz，或者，大于50 Hz且小于等于75 Hz。
在一些实施例中，交流电网的工作频率为50 Hz，交流电源11的频率为65 Hz。
第一交流电流传感器52，用于在交流电流作用下，产生第一交流感应电信号。
在一些实施例中，第一交流电流传感器52在处于工作状态的情况下，安装在直流汇流线路上，且直流汇流线路中的正、负极输电线同时穿过第一交流电流传感器52的铁芯。
例如，假设靠近逆变器一侧的汇流箱处有12条直流汇流线路，在每条直流汇流线路上设置一个第一交流电流传感器，并令每条直流汇流线路的正、负极输电线同时穿过第一交流电流传感器的铁芯。
第一测量电路53，用于对第一交流感应电信号进行放大处理，以得到第一电信号。
在一些实施例中，第一测量电路53包括：锁相放大器，用于对第一交流电流传感器输出的交流感应电信号进行锁相放大，以得到放大后的电信号；低通滤波器，用于对放大后的电信号进行滤波，以得到第一电信号。
第一微处理器54，用于根据第一电信号确定第一电流检测结果。
第一微处理器54，还用于通过通信模块从多个监控终端接收的第二电流检测结果，根据第一电流检测结果和第二电流检测结果，对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
在一些实施例中，第一微处理器54根据如下方式对存在接地阻抗故障的线路区段进行定位：根据第一电流检测结果和从多个监控终端接收的第二电流检测结果、以及直流汇流线路的拓扑结构，确定各个线路区段对应的接地阻抗；在线路区段对应的接地阻抗低于阻抗阈值时，确定该线路区段存在接地阻抗故障；否则，确定该线路区段不存在接地阻抗故障。这样一来，能够实现对接地阻抗故障的线路区段的定位。具体实施时，阻抗阈值的大小可根据实际需求灵活设置。此外，当需要实现多级接地阻抗故障诊断功能时，可设置多个不同的阻抗阈值。
在一些实施例中，第一微处理器54根据如下方式对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位：根据第一电流检测结果和从多个监控终端接收的第二电流检测结果、以及直流汇流线路的拓扑结构，确定各个线路区段的泄漏电流；在线路区段的泄漏电流大于电流阈值时，确定该线路区段存在接地阻抗故障；否则，确定该线路区段不存在接地阻抗故障。这样一来，能够实现对接地阻抗故障的线路区段的定位。
在一些实施例中，主监控设备5还包括开关S0和开关S1。开关S0，用于控制交流电源与直流汇流线路之间的线路的闭合和断开。开关S1，用于控制交流电源与直流汇流线路中的正极输电线连通，或者，控制交流电源与直流汇流线路中的负极输电线连通，以便于主监控设备在这两种情况下分别进行接地阻抗故障的检测。例如，开关S1为双路投切开关。
在一些实施例中，主监控设备5还包括霍尔电流传感器和直流信号处理电路。其中，霍尔电流传感器用于在直流汇流线路上的直流电流作用下，产生直流感应电信号；直流信号处理电路，用于对直流电流产生的直流感应电信号进行滤波处理，以得到处理后的直流电信号。第一微处理器54还用于根据处理后的直流电信号确定直流电流检测结果；根据直流电流检测结果，对直流汇流线路中存在开路故障的线路区段进行定位。
在一些实施例中，霍尔电流传感器在处于工作状态的情况下，安装在直流汇流线路上，且直流汇流线路中的正极输电线或者负极输电线穿过霍尔电流传感器的铁芯。
例如，假设在靠近逆变器一侧的汇流箱处有12条直流汇流线路，在每条直流汇流线路上均设置一个霍尔电流传感器，并令每条直流汇流线路的正极输电线或负极输电线穿过霍尔电流传感器的铁芯。
在本公开实施例中，通过设置包括主监控设备和多个监控终端的故障检测系统，能够在不断电的情况下实现对直流汇流线路的故障检测和定位，有助于提高直流汇流线路的故障检测的便捷性，减少因故障排查与处理所需断电处理的时间，减少因断电时间过长给光伏电站造成的损失。
图6为根据本公开一些实施例的监控终端的组成示意图。如图6所示，第一监控终端6包括第二交流电流传感器61、第二测量电路62、第二微处理器63。
第二交流电流传感器61，用于在主监控设备5的交流电源所产生的交流电流作用下，产生第二交流感应电信号。
在一些实施例中，第二交流电流传感器61在处于工作状态的情况下，安装在直流汇流线路上，且直流汇流线路中的正、负极输电线同时穿过第二交流电流传感器61的铁芯。
例如，靠近光伏组件一侧的汇流箱处有12条直流汇流线路，在每条直流汇流线路上设置一个第二交流电流传感器，并令每条直流汇流线路的正、负极输电线同时穿过第二交流电流传感器的铁芯。
第二测量电路62，用于对第二交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到第二电信号。
在一些实施例中，第二测量电路62与主监控设备5中的第一测量电路53的结构相同。
在一些实施例中，第二测量电路62与主监控设备中的第一测量电路53的结构不同。
第二微处理器63，用于根据第二电信号确定第二电流检测结果，并通过通信模块将第二电流检测结果发送至主监控设备5。
在一些实施例中，监控终端中的通信模块与主监控设备的通信模块之间基于自组网技术进行通信。例如，通信模块为Lora模块。
在本公开实施例中，通过在直流汇流线路的不同线路区段设置多个监控终端以及主监控设备，并令多个监控终端与主监控设备共用交流电源，能够在不断电的情况下，实现对直流汇流线路中的接地阻抗故障的快速、精准地检测。与此同时，由于无需在各个监控终端中单独设置交流电源，减少了直流汇流线路故障检测与定位的成本。
图7为根据本公开一些实施例的主监控设备的局部结构示意图。
如图7所示，在一些实施例中，主监控设备中的交流电源11包括DDS信号源111和功率放大器112。
DDS信号源 111，用于根据第一授时模块56输出的同步时钟信号产生交流电信号，并将该交流电信号作为第一测量电路中进行锁相放大的参考信号。在一些实施例中，DDS信号源为锁相DDS信号源。
功率放大器112，用于对DDS信号源111产生的交流电信号进行放大，并将放大后的电信号作为交流电源的输出电信号。
例如，第一授时模块56为全球定位系统（Global Positioning System，GPS）模块或北斗模块，其产生的同步时钟信号为授时秒脉冲。锁相DDS（直接数字合成）信号源根据该授时秒脉冲，产生正弦信号。然后，通过功率放大器对该正弦信号进行放大处理，以得到所需的交流电源的输出电压。
在一些实施例中，DDS信号源产生的正弦信号的频率与交流电网的工作频率不同，比如当交流电网的工作频率为50 Hz时，DDS信号源产生的正弦信号的频率为65 Hz。
在一些实施例中，第一测量电路53包括第一锁相放大器531和第三低通滤波器532。其中，第一锁相放大器531，用于对第一交流电流传感器52产生的感应电信号进行锁相放大。第三低通滤波器，用于对锁相放大后的电信号进行滤波，以得到第一电信号。
第一微处理器54，用于接收第一测量电路输出的第一电信号，根据第一电信号确定第一电流检测结果；通过第一通信模块55接收多个监控终端上报的第二电流检测结果；以及，根据第一电流检测结果和第二电流检测结果，对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
在一些实施例中，主监控设备还包括第一霍尔电流传感器 57和第四低通滤波器58。第一霍尔电流传感器57，用于在直流汇流线路上的直流电流作用下，产生直流感应电信号；第四低通滤波器58，用于对直流电流产生的直流感应电信号进行滤波处理，以得到处理后的直流电信号。在这些实施例中，第一微处理器54还用于根据处理后的直流电信号确定直流电流检测结果，根据直流电流检测结果对存在开路故障的线路区段进行定位。
在本公开实施例中，通过在主监控设备中还设置第一霍尔电流传感器和第四低通滤波器，使得主监控设备不仅能对线路中的接地阻抗故障进行诊断、定位，还能对线路中的开路故障进行诊断、定位，提高了直流汇流线路故障检测的全面性，进一步降低了工作人员进行故障排查的负担。
在一些实施例中，第一微处理器还用于将故障检测结果通过第一通信模块发送给后台服务器、对DDS信号源输出的频率和幅值进行控制、以及对开关S0和S1进行控制等。
在本公开实施例中，一方面，通过令交流电源的频率为不同于交流电网的频率，能够减少交流电网对泄漏电流检测的干扰；另一方面，通过采用交流电源中的DDS信号源产生的交流电信号，作为测量电路中进行锁相放大的参考信号，使得参考信号和交流电源同频、且相位固定，这样一来，有助于提高测量电路的信噪比。以上两方面相结合，能够进一步提高泄漏电流检测的精准度和灵敏度。
图8为根据本公开一些实施例的监控终端的局部结构示意图。
如图8所示，在一些实施例中，第二测量电路62包括第二锁相放大器621和第五低通滤波器622。其中，第二锁相放大器621，用于对第二交流电流传感器61产生的感应电信号进行锁相放大。第五低通滤波器622，用于对锁相放大后的电信号进行滤波，以得到第二电信号。
第二微处理器63，用于接收第二测量电路62输出的第二电信号，根据第二电信号确定第二电流检测结果，以及，通过第二通信模块64将第二电流检测结果发送到主监控设备。
在一些实施例中，监控终端还包括第二授时模块65和锁相环66。第二授时模块65，用于产生同步时钟信号。锁相环66，用于根据同步时钟信号产生第二测量电路进行锁相放大所需的参考信号。
在一些实施例中，第二授时模块65与第一授时模块产生相同的同步时钟信号。
在一些示例中，第二授时模块65为全球定位系统（Global Positioning System，GPS）模块或北斗模块，其产生的同步时钟信号为授时秒脉冲。锁相环根据该授时秒脉冲，产生方波电信号，并将该方波信号作为第二测量电路中进行锁相放大所需的参考信号。
在本公开实施例中，通过利用授时模块，在主监控设备和各个监控终端之间产生相同的同步时钟信号，并基于同步时钟信号产生交流电源的输出电信号、以及产生主测量设备和各个监控终端的测量电路中进行锁相放大所需的参考信号，能够使锁相放大所需的参考信号和交流电源同频、相位固定，这样一来，有助于提高测量电路的信噪比，提高测量电路检测微弱电流的能力，进而提高接地阻抗故障定位的精准性和可靠性。
在一些实施例中，监控终端还包括第二霍尔电流传感器 67和第六低通滤波器68。第二霍尔电流传感器67，用于在直流汇流线路上的直流电流作用下，产生直流感应电信号；第六低通滤波器68，用于对直流电流产生的直流感应电信号进行滤波处理，以得到处理后的直流电信号。在这些实施例中，第二微处理器63还用于根据处理后的直流电信号确定直流电流检测结果，根据直流电流检测结果对存在开路故障的线路区段进行定位。
在本公开实施例中，通过利用主监控设备中的交流电源提供交流电压，使得各个监控终端无需单独设置交流电源，降低了分布式的故障检测系统的成本。而且，通过在主监控设备和各个监控终端之间，基于相同的同步时钟信号产生交流电源的输出电信号、以及测量电路中进行锁相放大所需的参考信号，能够提高微弱电流的检测灵敏度，进而有助于提高接地阻抗故障定位的准确性。
图9为根据本公开一些实施例的直流汇流线路的故障检测系统的部署示意图。如图9所示，直流汇流线路的故障检测系统可部署在光伏电站上。
光伏电站包括多个光伏组件（例如第一光伏组件901和第m光伏组件902）、多个汇流箱（例如第一汇流箱904、第二汇流箱906、第三汇流箱908）、逆变器909、以及交流电网910。
直流汇流线路的故障检测系统包括主监控设备5、以及多个监控终端。其中，主监控设备5，部署在靠近逆变器909一侧的第三汇流箱908处。
在一些示例中，将主监控设备5安装于光伏逆变升压一体机内的逆变器室内。逆变器室内有220V配电电源，可为主监控设备5提供电源。在逆变器室内，来自第三汇流箱908的所有直流汇流线路通过负荷开关后在此进行汇流，然后输入至逆变器的直流母线。主监控设备5用于对这些直流汇流线路进行测量。逆变器室内具有足够大的空间、且内部环境良好，便于提高主监控设备的工作可靠性。
主监控设备5包括交流电源、开关S0和开关S1、第一交流电流传感器、第一测量电路、第一微处理器、以及第一通信模块。在图9中，为了便于展示故障检测系统的部署方式，仅示出了主监控设备5中的部分组成结构。而且，将第一交流电流传感器设置在主监控设备的主体的外边。
在一些示例中，主监控设备5包含一个65 Hz的交流电源，通过开关S0和开关S1与直流汇流线路的正极输电线或负极输电线连接。主监控设备5包括第一交流电流传感器52在内的多个交流电流传感器，且多个交流电流传感器与主监控设备5内部的第一测量电路相连。
多个监控终端包括第一监控终端6、第n监控终端7，部署在靠近光伏组件一侧的汇流箱处。例如，将第一监控终端6部署在第一光伏组件901对应的第一汇流箱904处，将第n监控终端7部署在第m光伏组件902对应的第二汇流箱906处。
在一些示例中，考虑到汇流箱内的空间有限，将监控终端部署在汇流箱下方的电缆进线处。监控终端采用多路穿心过线的外形结构设计，以避免对输电线路造成破坏，提高绝缘安全性。监控终端可通过直流汇流线路的电压（例如800V~1500V）来供电。
在一些实施例中，多个监控终端的结构组成相同。
在一些示例中，监控终端包括开关S0和开关S1、第二交流电流传感器、第二测量电路、第二微处理器、以及第二通信模块。在图9中，为了便于展示故障检测系统的部署方式，仅示出了监控终端中的部分组成结构。而且，将第二交流电流传感器设置在监控终端的主体的外边。
如图9所示，第一监控终端6包括第二交流电流传感器61在内的多个交流电流传感器，且多个交流电流传感器与第一监控终端6内部的第二测量电路相连。第n监控终端7包括第二交流电流传感器61在内的多个交流电流传感器，且多个交流电流传感器与第n监控终端7内部的第二测量电路相连。
在一些实施例中，故障检测系统还包括管理服务器911以及用户终端912。在一些实施例中，管理服务器911，用于与主监控设备5通信，以及，基于主监控设备5上报的故障检测结果进行数据分析、展示，以及与用户终端912进行通信等。例如，管理服务器911发送故障检测结果至用户终端912。
在一些实施例中，故障检测系统还包括授时模块917，用于产生同步时钟信号，以便基于该同步时钟信号产生交流电源的输出电信号、以及主监控设备和各个监控终端中的测量电路进行锁相放大所需的参考信号。
以下对故障检测系统的检测原理和检测过程进行示例性说明。
在基于故障检测系统进行故障检测时，首先，闭合主监控设备中的开关S0和S1，以令主监控设备中的交流电源与直流汇流线路的正极输电线连接或负极输电线连接。在交流电源与正极输电线相连的情况下、以及交流电源与负极输电线相连的情况下，分别对直流汇流线路中的泄漏电流或者接地阻抗进行检测。然后，根据两次泄漏电流检测结果或者两次接地阻抗检测结果，进行接地阻抗故障的诊断和定位。在检测结束后，断开开关S0和开关S1。通过在测量结束后及时断开开关，能够提高故障检测系统的安全性。
在一些实施例中，故障检测系统的检测原理如下：在交流电源的作用下，直流汇流线路产生交流电流；该电流会使主监控设备的第一交流电流传感器、以及监控终端中的第二交流电流传感器产生感应电信号；通过主监控设备中的第一测量电路对感应电信号进行放大、滤波处理，再通过第一微处理器能够确定第一电流检测结果；通过监控终端中的第二测量电路对感应电信号进行放大、滤波处理，再通过第二微处理器能够确定第二电流检测结果；接下来，主监控设备根据第一电流检测结果和第二电流检测结果，确定各个线路区段对应的泄漏电流或接地阻抗，进而能够实现对接地阻抗故障的定位。
在本公开实施例中，通过以上分布式的故障检测系统，能够快速、精准地对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位，有助于尽快对存在故障的线路区段进行处理，降低线路排查的负担。进一步，由于无需断电即可完成线路故障的检测和定位，有助于提高故障检测、定位的便捷性，进一步减少线路故障对光伏电站造成的损失。
图10为根据本公开一些实施例的泄漏电流检测原理示意图。由于接地阻抗远远大于线路阻抗，因此，为了简便，图10中只示意出了接地阻抗。
第一监控终端6中的第二交流电流传感器61，在处于工作状态时，设置在第一汇流箱904处的直流汇流线路的第一线路区段上，且第一线路区段的正、负极输电线同时穿过第二交流电流传感器61的铁芯。主监控设备5中的第一交流电流传感器52设置在第三汇流箱908处的直流汇流线路的第二线路区段上，且第二线路区段的正、负极输电线同时穿过第一交流电流传感器52的铁芯。
如图10所示，在交流电源的作用下，直流汇流线路的第一线路区段中既有差分电流i d ，也有共模电流i c3 。其中，第二交流电流传感器61铁芯上绕制的线圈中主要产生由共模电流i c3 所感应的电势。而且，由于第一线路区段的正、负极输电线同时穿过第二交流电流传感器61的铁芯，差分电流i d 在铁芯中几乎不产生磁场。因此，可根据感应的电势，较为精准地测量第一线路区段中的泄漏电流i k3，进而根据泄漏电流i k3确定第一线路区段是否存在接地阻抗故障。
类似地，在交流电源的作用下，第二线路区段中既有差分电流，也有共模电流i c4 。其中，第一交流电流传感器52铁芯上绕制的线圈中主要产生由共模电流i c4 所感应的电势。而且，由于第二线路区段的正、负极输电线同时穿过第一交流电流传感器52的铁芯，差分电流在铁芯中几乎不产生磁场。因此，可根据感应的电势较为精准地测量第二线路区段中的泄漏电流i k4，进而根据泄漏电流i k4确定第二线路区段是否存在接地阻抗故障。
在一些实施例中，根据如下公式确定泄漏电流i k3和泄漏电流i k4：
i k3=i c3 -i c4
i k4=i c4。
在本公开实施例中，通过令正、负极输电线同时穿过交流电流传感器的铁芯，并基于上述原理进行泄漏电流检测，能够产生如下有益效果：即便在检测过程中光伏组件正在发电，使得差分电流的幅值非常高，但是，由于差分电流在交流电流传感器的铁芯中并不产生磁场，因此不会引起交流电流传感器的磁饱和问题，有助于提高泄漏电流检测的精准性和可靠性。
图11为根据本公开一些实施例的故障检测装置的使用方法的流程示意图。如图11所示，故障检测装置的使用方法包括步骤S111至步骤S113。
在步骤S111中，将交流电源的一端与直流汇流线路中的正极输电线或负极输电线相连、且将交流电源的另一端接地。
在步骤S112中，将交流电流传感器安装在直流汇流线路的分支线路上，且令分支线路的正、负极输电线同时穿过交流电流传感器的铁芯。
在步骤S113中，根据直流汇流线路的故障检测装置，确定直流汇流线路的分支线路中是否存在接地阻抗故障。
在一些实施例中，基于如前所述的直流汇流线路的故障检测装置，对直流汇流线路的分支线路进行故障检测。
在一些实施例中，在光伏电站上，利用如图2所示的直流汇流线路的故障检测装置，对汇流箱处直流汇流线路的分支线路进行故障检测。
在一些实施例中，当故障检测装置还包括霍尔电流传感器时，故障检测装置的使用方法还包括：将霍尔电流传感器安装在直流汇流线路的分支线路上，且令分支线路中的正极输电线或者负极输电线穿过霍尔电流传感器的铁芯。
在本公开实施例中，通过以上方法能够快速、精准地对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的分支线路进行诊断，有助于尽快对存在接地阻抗故障的分支线路进行处理，降低线路排查的负担。进一步，由于可以在不断电的情况下完成线路故障的检测，有助于提高故障检测的便捷性，进一步减少线路故障对光伏电站造成的损失。
图12为根据本公开一些实施例的故障检测系统的使用方法的流程示意图。如图12所示，故障检测系统的使用方法包括步骤S121至步骤S124。
在步骤S121中，将主监控设备中的交流电源的一端与直流汇流线路中的正极输电线或负极输电线相连、且将交流电源的另一端接地。
在步骤S122中，将主监控设备中的第一交流电流传感器安装在直流汇流线路上，且令正、负极输电线同时穿过第一交流电流传感器的铁芯。
在步骤S123中，将监控终端中的第二交流电流传感器安装在直流汇流线路上、且令直流汇流线路的正极输电线和负极输电线同时穿过第二交流电流传感器的铁芯。
在步骤S124中，利用直流汇流线路的故障检测系统，对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
在一些实施例中，基于如前所述的直流汇流线路的故障检测系统，对直流汇流线路进行故障检测和定位。
在一些实施例中，在光伏电站上，基于图10所示的直流汇流线路的故障检测系统，对直流汇流线路进行故障检测和定位。
在本公开实施例中，通过以上方法能够快速、精准地对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位，有助于尽快对存在接地阻抗故障的线路区段进行处理，降低线路排查的负担。进一步，由于可以在不断电的情况下完成线路故障的检测，有助于提高故障检测的便捷性，进一步减少线路故障给光伏电站造成的损失。
这里，参照根据本公开实施例的方法、装置和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个框以及各框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可提供到通用计算机、专用计算机或其他可编程装置的处理器，以产生一个机器，使得通过处理器执行指令产生实现在流程图和/或框图中一个或多个框中指定的功能的装置。
这些计算机可读程序指令也可存储在计算机可读存储器中，这些指令使得计算机以特定方式工作，从而产生一个制造品，包括实现在流程图和/或框图中一个或多个框中指定的功能的指令。
本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。
通过上述实施例中的直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法，能够快速、精准地对直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位，有助于尽快对存在接地阻抗故障的线路区段进行处理，降低线路排查的负担。进一步，由于无需断电即可完成线路故障的检测和定位，有助于提高故障检测和定位的便捷性，进一步减少线路故障给光伏电站造成的损失。
至此，已经详细描述了根据本公开的直流汇流线路的故障检测装置、系统和使用方法。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

Claims (16)

1.一种直流汇流线路的故障检测系统，包括主监控设备和多个监控终端，其中，所述主监控设备包括：
交流电源，用于为所述直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者所述直流汇流线路的负极输电线与地之间，提供交流电压，以使所述直流汇流线路产生共模的交流电流；
第一交流电流传感器，用于在所述交流电流作用下，产生第一交流感应电信号；
第一测量电路，用于对所述第一交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到第一电信号；
第一微处理器，用于根据所述第一电信号确定第一电流检测结果，根据所述第一电流检测结果和从所述多个监控终端接收的第二电流检测结果，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
2.根据权利要求1所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述第一交流电流传感器在处于工作状态的情况下，安装在所述直流汇流线路上，且所述直流汇流线路中的正、负极输电线同时穿过所述第一交流电流传感器的铁芯。
3.根据权利要求1所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述直流汇流线路的故障检测系统应用于光伏电站，所述交流电源的频率与所述光伏电站对应的交流电网的工作频率不同。
4.根据权利要求3所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述交流电源的频率与所述交流电网的工作频率的差值在设置的阈值频率范围内。
5.根据权利要求1所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述第一测量电路包括：
第一锁相放大器，用于对所述第一交流感应电信号进行锁相放大；
第一低通滤波器，用于对锁相放大后的电信号进行滤波，以得到所述第一电信号。
6.根据权利要求5所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述交流电源包括：
直接数字频率合成信号源，用于根据同步时钟信号产生交流电信号，并将所述交流电信号作为所述第一锁相放大器的参考信号；
功率放大器，用于对所述直接数字频率合成信号源产生的交流电信号进行放大，以得到所述交流电源输出的所述交流电压。
7.根据权利要求6所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述主监控设备还包括：
第一授时模块，用于产生所述同步时钟信号。
8.根据权利要求1所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述直流汇流线路包括第一线路区段和第二线路区段，所述根据第一电流检测结果和从所述多个监控终端接收的第二电流检测结果，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位包括：
根据第一电流检测结果，确定所述第一线路区段对应的绝缘泄漏电流；
根据第二电流检测结果和第一电流检测结果的差值，确定所述第二线路区段对应的绝缘泄漏电流；
根据所述第一线路区段对应的绝缘泄漏电流、以及所述第二线路区段对应的绝缘泄漏电流，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
9.根据权利要求1至8任一所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述监控终端包括：
第二交流电流传感器，用于在所述交流电流作用下，产生第二交流感应电信号；
第二测量电路，用于对所述第二交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到第二电信号；
第二微处理器，用于根据所述第二电信号确定所述第二电流检测结果。
10.根据权利要求9所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述第二交流电流传感器在处于工作状态的情况下，安装在所述直流汇流线路上，且所述直流汇流线路中的正、负极输电线同时穿过所述第二交流电流传感器的铁芯。
11.根据权利要求9所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述第二测量电路进行锁相放大所需的参考信号、与所述第一测量电路进行锁相放大所需的参考信号，为基于同一同步时钟信号生成，且所述第二测量电路包括：
第二锁相放大器，用于对所述第二交流电流传感器输出的交流感应电信号进行锁相放大，以得到锁相放大后的电信号；
第二低通滤波器，用于对所述锁相放大后的电信号进行滤波，以得到所述第二电信号。
12.根据权利要求11所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述监控终端还包括：
第二授时模块，用于产生所述同步时钟信号;
锁相环，用于根据所述同步时钟信号产生所述第二测量电路进行锁相放大所需的参考信号。
13.根据权利要求1至8任一所述的直流汇流线路的故障检测系统，其中，所述主监控设备还包括：
霍尔电流传感器，用于在所述直流汇流线路上的直流电流作用下，产生直流感应电信号；
直流信号处理电路，用于对所述直流电流产生的直流感应电信号进行滤波处理，以得到处理后的直流电信号；
其中，所述第一微处理器还用于根据处理后的直流电信号确定直流电流检测结果，根据所述直流电流检测结果，对所述直流汇流线路中存在开路故障的线路区段进行定位。
14.一种直流汇流线路的故障检测装置，包括：
交流电源，用于为所述直流汇流线路的正极输电线与地之间、或者所述直流汇流线路的负极输电线与地之间，提供交流电压，以使所述直流汇流线路产生交流电流；
交流电流传感器，用于在所述交流电流的作用下，产生交流感应电信号；
测量电路，用于对所述交流感应电信号进行锁相放大处理，以得到处理后的电信号；
微处理器，用于根据所述处理后的电信号确定电流检测结果，根据所述电流检测结果，确定所述直流汇流线路的分支线路是否存在接地阻抗故障。
15.一种故障检测系统的使用方法，应用于权利要求9至13任一所述的直流汇流线路的故障检测系统，包括：
将主监控设备中的交流电源的一端与所述直流汇流线路中的正极输电线或负极输电线相连、且将所述交流电源的另一端接地；
将所述主监控设备中的第一交流电流传感器安装在所述直流汇流线路上，且令所述直流汇流线路中的正极输电线和负极输电线同时穿过所述第一交流电流传感器的铁芯；
将所述监控终端中的第二交流电流传感器安装在所述直流汇流线路上、且令所述直流汇流线路的正极输电线和负极输电线同时穿过所述第二交流电流传感器的铁芯；
利用所述直流汇流线路的故障检测系统，对所述直流汇流线路中存在接地阻抗故障的线路区段进行定位。
16.一种故障检测装置的使用方法，应用于权利要求14所述的直流汇流线路的故障检测装置，包括：
将所述交流电源的一端与所述直流汇流线路中的正极输电线或负极输电线相连、且将所述交流电源的另一端接地；
将所述交流电流传感器安装在所述直流汇流线路的分支线路上，且令所述直流汇流线路的分支线路中的正极输电线和负极输电线同时穿过所述交流电流传感器的铁芯；
利用所述直流汇流线路的故障检测装置，确定所述直流汇流线路的分支线路是否存在接地阻抗故障。
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