一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧檢測(cè)及保護(hù)方法和電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本技術(shù)方案公開(kāi)了一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法及電路，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】。所述檢測(cè)及保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)電路包括電流檢測(cè)與采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波器模塊、電壓閥值比較模塊、CPU模塊和系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊等。通過(guò)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、濾除，并經(jīng)過(guò)信號(hào)放大模塊放大、濾波模塊濾波后，同時(shí)傳遞給電壓閥值比較模塊和CPU模塊，分別通過(guò)電壓閥值比較模塊中預(yù)先設(shè)定的電壓閥值判斷和CPU模塊中電壓采樣及分析，判斷電弧故障的發(fā)生并發(fā)送指令給系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊，從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。本技術(shù)方案直流電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法，可以有效檢測(cè)光伏發(fā)電系統(tǒng)中直流電弧故障并及時(shí)作出保護(hù)動(dòng)作，能夠有效防止系統(tǒng)火災(zāi)的發(fā)生，提高系統(tǒng)的可靠性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧檢測(cè)及保護(hù)方法和電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本技術(shù)方案涉及一種電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法及電路，屬于電子【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及光伏發(fā)電系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]全球能源危機(jī)和氣候變暖等使得光伏、燃料電池等新型綠色可再生能源得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。在光伏發(fā)電系統(tǒng)中，由于實(shí)際安裝或光伏組件的質(zhì)量問(wèn)題，使得光伏組件或光伏側(cè)直流電纜容易發(fā)生電氣火災(zāi)。發(fā)生火災(zāi)的主要原因主要是由于電弧放電故障所引起的。由于原有的光伏保護(hù)組件不能有效的判斷電弧放電，無(wú)法對(duì)電弧放電進(jìn)行檢測(cè)和故障保護(hù)，因此極易造成光伏發(fā)電系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)施的財(cái)產(chǎn)損失。因此，如何實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)中電弧放電故障進(jìn)行有效的檢測(cè)并實(shí)現(xiàn)及時(shí)的保護(hù)，是本【技術(shù)領(lǐng)域】亟需解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本技術(shù)方案針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種直流電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法及電路，尤其適用于光伏發(fā)電系統(tǒng)。
[0004]本技術(shù)方案采用以下技術(shù)方案:
[0005]一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法，步驟包括:
[0006]I)先對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)主功率回路的檢測(cè)光伏組件和并網(wǎng)變電器之間的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；
[0007]2 )然后把該采樣得到電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣電壓信號(hào)；該采樣電壓信號(hào)同時(shí)進(jìn)行步驟3-a)和3-b)的處理:
[0008]3-a)所述采樣電壓信號(hào)的采樣電壓值與預(yù)先設(shè)定的電壓閥值進(jìn)行比較；若采樣電壓超過(guò)電壓閥值，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，并向光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)(即硬件保護(hù))；
[0009]3-b )對(duì)采樣電壓信號(hào)的采樣電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行相關(guān)分析，用以判斷該采樣電壓是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電壓閥值或條件，若采樣電壓超過(guò)該電壓閥值或滿足設(shè)定條件，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)，同時(shí)向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)(即軟件保護(hù))；
[0010]4)所述系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊接收電壓閥值比較模塊或CPU模塊發(fā)出的電弧故障發(fā)生信號(hào)，作為保護(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指令，控制串聯(lián)在主功率回路中的開(kāi)關(guān)器件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)。
[0011]一種實(shí)現(xiàn)上述方法的電路，包括電流檢測(cè)采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波器模塊、電壓閥值比較模塊、CPU模塊和系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊；
[0012]電流檢測(cè)采集模塊與光伏發(fā)電系統(tǒng)主功率回路相連，電流檢測(cè)采集模塊的輸出端連于信號(hào)放大模塊的輸入端，信號(hào)放大模塊的輸出端與濾波器模塊的輸入端相連，濾波器模塊的輸出端分別與電壓閥值比較模塊的輸入端和CPU模塊的輸入端相連，電壓閥值比較模塊的輸出端和CPU模塊的輸出端分別與系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊的輸入端相連。
[0013]所述電流檢測(cè)采集模塊為電流采樣電路，該電路包括通過(guò)串入光伏電池回路中的采樣電感L皿、電容Cltll和電容Cltl2組成的高通濾波器；所述電容Cltll的一極和電容Cltl2的一極分別接在采樣電感Lltll兩端；電容Cltll的另一極和電容Cltl2的另一極分別作為電流采樣電路的輸出差分信號(hào)的兩個(gè)輸出端；
[0014]所述信號(hào)放大模塊為電壓放大電路，該電路為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓差分放大電路；運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端分別對(duì)應(yīng)連接電流采樣電路的輸出差分信號(hào)的兩個(gè)輸出端；運(yùn)算放大器的輸出端作為電壓放大電路的輸出端；
[0015]所述電壓閥值比較模塊具體為電壓比較器；
[0016]所述CPU模塊由數(shù)字控制芯片及其外圍電路構(gòu)成。
[0017]所述濾波器模塊為低通、高通、帶通或帶阻類(lèi)型的濾波電路，將信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)中期望頻帶的信號(hào)濾取出來(lái)，分別傳遞給電壓閥值比較模塊和CPU模塊。
[0018]是所述電壓比較器為遲滯電壓比較器。
[0019]本技術(shù)方案原理說(shuō)明如下:
[0020]所述電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)電路包括電流檢測(cè)與采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波器模塊、電壓閥值比較模塊、CPU模塊和系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊等。其中，電流檢測(cè)模塊與系統(tǒng)主功率回路相連，其輸出連于電流采樣放大模塊的輸入，采樣放大模塊的輸出與濾波器模塊的輸入相連，濾波器模塊的輸出分別與電壓閥值比較模塊的輸入、CPU模塊的輸入相連，電壓閥值比較模塊和CPU模塊的輸出與系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊的輸入相連；
[0021]所述電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法的工作原理為通過(guò)對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)、濾除并經(jīng)過(guò)信號(hào)放大模塊放大、濾波模塊濾波后，同時(shí)傳遞給電壓閥值比較模塊和CPU模塊，分別通過(guò)電壓閥值比較模塊中預(yù)先設(shè)定的電壓閥值判斷和CPU模塊中電壓采樣及分析，判斷電弧故障的發(fā)生并發(fā)送指令給系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊，從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。
[0022]所述電流檢測(cè)與采集模塊具體為相應(yīng)的電流采樣電路，本技術(shù)方案中為通過(guò)串入光伏電池回路中的采樣電感和電容組成高通濾波器，以濾取在電弧故障發(fā)生時(shí)的電流噪聲信號(hào)，并以差分形式輸出作為信號(hào)放大模塊的輸入。
[0023]所述信號(hào)放大模塊具體為電壓放大電路，本技術(shù)方案中為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓差分放大電路，對(duì)采集得到的電流信號(hào)進(jìn)行放大，其輸出接入濾波器模塊。
[0024]所述濾波器模塊具體為濾波器電路，可以為低通、高通、帶通、帶阻等類(lèi)型的濾波電路，將信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)中期望頻帶的信號(hào)濾取出來(lái)，分別傳遞給電壓閥值比較模塊和CPU模塊。
[0025]所述電壓閥值比較模塊具體為電壓比較器，本技術(shù)方案中為遲滯電壓比較器，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的電壓閥值，判斷濾波器模塊的輸出電壓是否達(dá)到該電壓閥值，若采樣電壓超過(guò)該電壓閥值，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，并向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)。
[0026]所述CPU模塊具體由數(shù)字控制芯片如DSP及其外圍電路構(gòu)成，通過(guò)對(duì)濾波器模塊的輸出電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行相關(guān)分析，用以判斷該采樣電壓是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電壓閥值或條件，若采樣電壓超過(guò)該電壓閥值或滿足設(shè)定條件，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)，同時(shí)向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)。[0027]所述系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊接收電壓閥值比較模塊和CPU模塊發(fā)出的電弧故障發(fā)生信號(hào)，作為保護(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指令，控制串聯(lián)在主功率回路中開(kāi)關(guān)、繼電器、固態(tài)接觸器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。
[0028]本技術(shù)方案具有如下技術(shù)效果:
[0029](I)實(shí)現(xiàn)方法簡(jiǎn)單、成本低；
[0030](2)可以有效實(shí)現(xiàn)電弧故障的檢測(cè)；
[0031](3)可以在電弧故障發(fā)生時(shí)有效實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)，提高系統(tǒng)的可靠性。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]附圖1是本技術(shù)方案直流電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法的原理框圖；
[0033]附圖2是本技術(shù)方案電流檢測(cè)與采集模塊實(shí)現(xiàn)電路圖；
[0034]附圖3是本技術(shù)方案信號(hào)放大模塊實(shí)現(xiàn)電路圖；
[0035]附圖4是本技術(shù)方案濾波器模塊實(shí)現(xiàn)電路圖；
[0036]附圖5是本技術(shù)方案電壓閥值比較模塊實(shí)現(xiàn)電路圖；
[0037]以上附圖中的符號(hào)名稱(chēng):101電流檢測(cè)與采集模塊、102為信號(hào)放大模塊、103為濾波器模塊、104為電壓閥值比較模塊、105為CPU模塊和106為系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊；R1(I1?Rltl9為電阻；C1(I1?Cltl3為電容；AMP為運(yùn)算放大器；C0MP為電壓比較器；VMf為預(yù)設(shè)電壓；VCC為運(yùn)算放大器和電壓比較器的供電電壓；Vi+、V1-為差分放大電路輸入電壓A為差分放大電路輸出電壓；Vi_f為濾波后電壓，Vp為保護(hù)信號(hào)電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對(duì)本技術(shù)方案的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0039]一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法，步驟包括:
[0040]I)先對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)主功率回路的檢測(cè)光伏組件和并網(wǎng)變電器之間的電流信號(hào)進(jìn)行采樣；
[0041 ] 2 )然后把該采樣得到電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣電壓信號(hào)；該采樣電壓信號(hào)同時(shí)進(jìn)行步驟3-a)和3-b)的處理:
[0042]3-a)所述采樣電壓信號(hào)的采樣電壓值與預(yù)先設(shè)定的電壓閥值進(jìn)行比較；若采樣電壓超過(guò)電壓閥值，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，并向光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)(即硬件保護(hù))；
[0043]3-b)對(duì)采樣電壓信號(hào)的采樣電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行相關(guān)分析(例如，可以是對(duì)采樣電壓進(jìn)行快速傅里葉變換，將信號(hào)分解成振幅分量和頻率分量，并針對(duì)不同頻率下的幅值進(jìn)行分析。由于在發(fā)生電弧故障時(shí)，電流諧波含量比較豐富，頻率范圍和幅值變化并沒(méi)有嚴(yán)格的界定，需要經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)與分析才能掌握經(jīng)驗(yàn)性的數(shù)據(jù)。查閱相關(guān)文獻(xiàn)后發(fā)現(xiàn)，一般認(rèn)為電弧故障發(fā)生時(shí)電流信號(hào)的頻率范圍在10?100kHz。當(dāng)然，為了便于理解與分析，可以選擇某一頻段為例進(jìn)行說(shuō)明，具體如下:
[0044]不妨選擇I?20次諧波分量作為研究對(duì)象，通過(guò)快速傅里葉變換分析得到各次諧波的振幅或含有率，假設(shè)在連續(xù)N(N暫定為10)個(gè)采樣周期內(nèi)，I?20次諧波分量的幅值比正常運(yùn)行時(shí)增幅超過(guò)20% (即閥值，需要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)確定，否則會(huì)引起誤判)，則認(rèn)為發(fā)生了電弧故障。
[0045]本技術(shù)方案主要是提供電弧故障檢測(cè)的方法和思路，具體的數(shù)值界定需要根據(jù)實(shí)際的試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)確定)，用以判斷該采樣電壓是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電壓閥值或條件，若采樣電壓超過(guò)該電壓閥值或滿足設(shè)定條件(設(shè)定的條件是指，針對(duì)不同頻率的諧波分量，設(shè)定不同的電壓閥值，當(dāng)某個(gè)或多個(gè)頻率下的振幅幅值同時(shí)達(dá)到其設(shè)定閥值時(shí)，可以認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障)，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)，同時(shí)向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)(即軟件保護(hù):指的是DSP (CPU模塊中的DSP)程序中的保護(hù)，與上述硬件保護(hù)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)電弧故障發(fā)生時(shí)，可以觸發(fā)DSP中的保護(hù)程序，之后在程序中進(jìn)行封鎖開(kāi)關(guān)管驅(qū)動(dòng)、關(guān)機(jī)等操作，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù));
[0046]4)所述系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊接收電壓閥值比較模塊或CPU模塊發(fā)出的電弧故障發(fā)生信號(hào)，作為保護(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指令，控制串聯(lián)在主功率回路中的開(kāi)關(guān)器件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)。
[0047]一種實(shí)現(xiàn)上述方法的電路，包括電流檢測(cè)采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波器模塊、電壓閥值比較模塊、CPU模塊和系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊；
[0048]電流檢測(cè)采集模塊與光伏發(fā)電系統(tǒng)主功率回路相連，電流檢測(cè)采集模塊的輸出端連于信號(hào)放大模塊的輸入端，信號(hào)放大模塊的輸出端與濾波器模塊的輸入端相連，濾波器模塊的輸出端分別與電壓閥值比較模塊的輸入端和CPU模塊的輸入端相連，電壓閥值比較模塊的輸出端和CPU模塊的輸出端分別與系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊的輸入端相連。
[0049]所述電流檢測(cè)采集模塊為電流采樣電路，該電路包括通過(guò)串入光伏電池回路中的采樣電感L皿、電容Cltll和電容Cltl2組成的高通濾波器；所述電容Cltll的一極和電容Cltl2的一極分別接在采樣電感Lltll兩端；電容Cltll的另一極和電容Cltl2的另一極分別作為電流采樣電路的輸出差分信號(hào)的兩個(gè)輸出端；
[0050]所述信號(hào)放大模塊為電壓放大電路，該電路為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓差分放大電路；運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端分別對(duì)應(yīng)連接電流采樣電路的輸出差分信號(hào)的兩個(gè)輸出端；運(yùn)算放大器的輸出端作為電壓放大電路的輸出端；
[0051 ] 所述電壓閥值比較模塊具體為電壓比較器；
[0052]所述CPU模塊由數(shù)字控制芯片及其外圍電路構(gòu)成。
[0053](系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊的具體電路實(shí)現(xiàn)可以是:在主電路中串聯(lián)開(kāi)關(guān)、繼電器等器件，正常工作時(shí)為接觸導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)電弧故障發(fā)生時(shí)，電壓閥值比較模塊和/或CPU模塊會(huì)發(fā)出故障保護(hù)信號(hào)；該信號(hào)作為開(kāi)關(guān)或繼電器等的控制信號(hào)，切斷電路的連接實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的保護(hù)。)
[0054]所述濾波器模塊為低通、高通、帶通或帶阻類(lèi)型的濾波電路，將信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)中期望頻帶的信號(hào)濾取出來(lái)，分別傳遞給電壓閥值比較模塊和CPU模塊。
[0055]是所述電壓比較器為遲滯電壓比較器。
[0056]如附圖1所示，本技術(shù)方案所述電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法的實(shí)現(xiàn)電路包括電流檢測(cè)采集模塊101、信號(hào)放大模塊102、濾波器模塊103、電壓閥值比較模塊104、CPU模塊105和系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊106等。其中，電流檢測(cè)與采集模塊101與系統(tǒng)主功率回路相連，其輸出連于信號(hào)放大模塊102的輸入，信號(hào)放大模塊102的輸出與濾波器模塊103的輸入相連，濾波器模塊103的輸出分別與電壓閥值比較模塊104的輸入、CPU模塊105的輸入相連，電壓閥值比較模塊104和CPU模塊105的輸出與系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊106的輸入相連；
[0057]所述電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法的工作原理為通過(guò)電流檢測(cè)與采集模塊101對(duì)電流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并經(jīng)過(guò)信號(hào)放大模塊102放大、濾波器模塊103濾波后，同時(shí)傳遞給電壓閥值比較模塊104和CPU模塊105，分別通過(guò)電壓閥值比較模塊104中預(yù)先設(shè)定的電壓閥值判斷和CPU模塊105中電壓采樣及分析，判斷電弧故障的發(fā)生并發(fā)送指令給系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊106，從而有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。
[0058]如附圖2所示，所述電流采樣模塊101具體為相應(yīng)的采樣電路，本技術(shù)方案中實(shí)施例為通過(guò)串入光伏電池回路中的采樣電感和電容組成高通濾波器，以濾取在電弧故障發(fā)生時(shí)的電流噪聲信號(hào)，并以差分形式作為電流采樣放大模塊102的輸入。
[0059]如附圖3所示，所述電流采樣放大模塊102具體為電壓放大電路，本技術(shù)方案中實(shí)施例為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓差分放大電路，對(duì)采集得到的電流信號(hào)進(jìn)行放大，其輸出接入濾波器模塊103。
[0060]如附圖4所示，所述濾波器模塊103具體為濾波器電路，可以為低通、高通、帶通、帶阻等類(lèi)型的濾波電路，圖4給出RC低通濾波器的實(shí)現(xiàn)方式，將信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)中期望頻帶的信號(hào)濾取出來(lái)，分別傳遞給電壓閥值比較模塊104和CPU模塊105。
[0061 ] 如附圖5所示，所述電壓閥值比較模塊104具體為電壓比較器，本技術(shù)方案中實(shí)施例為遲滯電壓比較器，通過(guò)預(yù)先設(shè)定的電壓閥值，判斷濾波器模塊的輸出電壓是否達(dá)到該電壓閥值，若采樣電壓超過(guò)該電壓閥值，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，則向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊106給出電弧故障發(fā)生信號(hào)。
[0062]所述CPU模塊105具體由數(shù)字控制芯片如DSP及其外圍電路構(gòu)成，通過(guò)對(duì)濾波器模塊103的輸出電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行相關(guān)分析，用以判斷該采樣電壓是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電壓閥值，若采樣電壓超過(guò)該電壓閥值，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)，同時(shí)向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊106給出電弧故障發(fā)生信號(hào)。
[0063]所述系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊106接收電壓閥值比較模塊104和CPU模塊105發(fā)出的電弧故障發(fā)生信號(hào)，作為保護(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指令，控制串聯(lián)在主功率回路中開(kāi)關(guān)、繼電器、固態(tài)接觸器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的保護(hù)。
[0064]下面結(jié)合附圖1?5詳細(xì)說(shuō)明本技術(shù)方案電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法的工作過(guò)程。
[0065]在電弧故障發(fā)生時(shí)，會(huì)在光伏電池串的電纜回路中產(chǎn)生較大的電流噪聲或尖峰，當(dāng)電流峰值較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生火花、引起火災(zāi)。該電流噪聲經(jīng)采樣電感和電容組成高通濾波器采集、濾取后，以差分形式輸入vi+、Vi_到電壓差分放大電路；經(jīng)過(guò)電壓差分放大電路，將電流噪聲信號(hào)轉(zhuǎn)化成幅值較大的電壓信號(hào)Vi;再經(jīng)濾波器之后同時(shí)傳遞給遲滯電壓比較器電路和CPU模塊。當(dāng)輸入的檢測(cè)電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的閥值時(shí)，遲滯電壓比較器會(huì)產(chǎn)生電平翻轉(zhuǎn)，作為電弧故障發(fā)生的信號(hào)vp，輸出給系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊。另外，濾波器輸出的電壓Vi_f經(jīng)CPU外圍AD采樣電路送如DSP，可以進(jìn)行幅值判斷或快速傅里葉變換等相關(guān)分析，將采樣信號(hào)分解成基波分量和各高次諧波分量，然后在不同的頻率下對(duì)各分量分別進(jìn)行分析，當(dāng)滿足預(yù)先設(shè)定的條件時(shí)，即可以認(rèn)為發(fā)生了電弧故障；判斷完成后，首先在程序中作出動(dòng)作實(shí)現(xiàn)軟件保護(hù)，如封鎖系統(tǒng)中變換器驅(qū)動(dòng)信號(hào)等，同時(shí)向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊發(fā)出電弧故障發(fā)生信號(hào)。系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊在接收到電壓閥值比較模塊或CPU模塊發(fā)出的電弧故障發(fā)生信號(hào)后，以此作為保護(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指令，控制串聯(lián)在主功率回路中繼電器、固態(tài)接觸器等，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧故障檢測(cè)及保護(hù)方法，其特征在于: 1)先對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)主功率回路的檢測(cè)光伏組件和并網(wǎng)變電器之間的電流信號(hào)進(jìn)行采樣； 2)然后把該采樣得到電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成采樣電壓信號(hào)；該采樣電壓信號(hào)同時(shí)進(jìn)行步驟3-a)和3-b)的處理: 3_a)所述采樣電壓信號(hào)的采樣電壓值與預(yù)先設(shè)定的電壓閥值進(jìn)行比較；若采樣電壓超過(guò)電壓閥值，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，并向光伏發(fā)電系統(tǒng)的系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)； 3-b )對(duì)采樣電壓信號(hào)的采樣電壓進(jìn)行采樣并進(jìn)行分析，用以判斷該采樣電壓是否達(dá)到預(yù)先設(shè)定的電壓閥值或條件，若采樣電壓超過(guò)該電壓閥值或滿足設(shè)定條件，則認(rèn)為已經(jīng)發(fā)生了電弧故障，對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行軟件保護(hù)，同時(shí)向系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊給出電弧故障發(fā)生信號(hào)； 4)所述系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊接收電壓閥值比較模塊或CPU模塊發(fā)出的電弧故障發(fā)生信號(hào)，作為保護(hù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制指令，控制串聯(lián)在主功率回路中的開(kāi)關(guān)器件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)光伏發(fā)電系統(tǒng)的保護(hù)。
2.一種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述方法的電路，其特征在于:包括電流檢測(cè)采集模塊、信號(hào)放大模塊、濾波器模塊、電壓閥值比較模塊、CPU模塊和系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊； 電流檢測(cè)采集模塊與光伏發(fā)電系統(tǒng)主功率回路相連，電流檢測(cè)采集模塊的輸出端連于信號(hào)放大模塊的輸入端，信號(hào)放大模塊的輸出端與濾波器模塊的輸入端相連，濾波器模塊的輸出端分別與電壓閥值比較模塊的輸入端和CPU模塊的輸入端相連，電壓閥值比較模塊的輸出端和CPU模塊的輸出端分別與系統(tǒng)保護(hù)執(zhí)行模塊的輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征是所述電流檢測(cè)采集模塊為電流采樣電路，該電路包括通過(guò)串入光伏電池回路中的采樣電感L1(ll、電容Cltll和電容Cltl2組成的高通濾波器；所述電容Cltll的一極和電容Cltl2的一極分別接在采樣電感Lltll兩端；電容Cltll的另一極和電容Cltl2的另一極分別作為電流米樣電路的輸出差分信號(hào)的兩個(gè)輸出端； 所述信號(hào)放大模塊為電壓放大電路，該電路為由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電壓差分放大電路；運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端分別對(duì)應(yīng)連接電流采樣電路的輸出差分信號(hào)的兩個(gè)輸出端；運(yùn)算放大器的輸出端作為電壓放大電路的輸出端； 所述電壓閥值比較模塊具體為電壓比較器； 所述CPU模塊由數(shù)字控制芯片及其外圍電路構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征是所述濾波器模塊為低通、高通、帶通或帶阻類(lèi)型的濾波電路，將信號(hào)放大電路的輸出信號(hào)中期望頻帶的信號(hào)濾取出來(lái)，分別傳遞給電壓閥值比較模塊和CPU模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征是所述電壓比較器為遲滯電壓比較器。
【文檔編號(hào)】G01R31/12GK103457238SQ201310371017
【公開(kāi)日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2013年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】姚華文, 孟慶遠(yuǎn), 宋美恩 申請(qǐng)人:南京集能易新能源技術(shù)有限公司