一種光伏系統(tǒng)直流故障電弧的識(shí)別方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種光伏系統(tǒng)直流故障電弧的識(shí)別方法，主要設(shè)及光伏發(fā)電系統(tǒng)的技 術(shù)測(cè)試領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 光伏發(fā)電系統(tǒng)作為可再生能源發(fā)電的一個(gè)重要分支，在不同領(lǐng)域已得到了大規(guī)模 應(yīng)用。隨著光伏發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)間的增長(zhǎng)，系統(tǒng)安全運(yùn)行的問題（包括設(shè)備安全問題及對(duì) 操作人員安全問題等）已成為一個(gè)不容忽視的問題。其中，光伏發(fā)電系統(tǒng)的直流電弧具有 能量大、難焰滅等特點(diǎn)，容易引發(fā)火災(zāi)，造成系統(tǒng)設(shè)備及財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，由于絕緣破壞造成 設(shè)備帶電，易引發(fā)人員安全事故。因而對(duì)光伏發(fā)電系統(tǒng)直流電弧識(shí)別技術(shù)的研究，具有重要 的理論及工程應(yīng)用價(jià)值。目前，光伏系統(tǒng)直流電弧故障識(shí)別方法大多通過在時(shí)域或頻域進(jìn) 行定量計(jì)算，找出電弧發(fā)生前后有明顯變化的時(shí)頻域特征量，從而設(shè)定相應(yīng)闊值來判定是 否有故障電弧的產(chǎn)生。然而，由于光伏發(fā)電系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池作為輸入源，系統(tǒng)功率、電 壓、電流等特征量受光照、溫度、環(huán)境等因素影響較大，不同條件下光伏陣列工作點(diǎn)會(huì)隨外 部因素變化，系統(tǒng)特征量也隨之發(fā)生改變。因此，通過闊值來判定電弧發(fā)生的方法，存在闊 值難W確定、誤判率高等問題。
[0003] 針對(duì)目前光伏系統(tǒng)直流故障電弧識(shí)別方法存在的不足，本發(fā)明提供一種無(wú)需闊值 設(shè)定、誤判率低的光伏系統(tǒng)直流故障電弧識(shí)別方法。本發(fā)明基于Fisher識(shí)別方法，采用一 定工作條件下直流電流的諧波分量做為特征量構(gòu)成相應(yīng)特征向量，通過不同工作條件下諧 波電流特征向量構(gòu)建特征向量空間，分別將故障和非故障情況下電流特征向量作為Fisher 識(shí)別方法的輸入，進(jìn)行模式訓(xùn)練W應(yīng)用于光伏系統(tǒng)直流電弧故障的判別。與一般故障電弧 檢測(cè)方法中設(shè)置闊值的方式不同，本發(fā)明采用樣本訓(xùn)練和學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行故障電弧識(shí)別， 可減少因闊值設(shè)置不當(dāng)而產(chǎn)生的誤判與失效，有效提高故障電弧檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種光伏系統(tǒng)直流故障電弧的識(shí)別方法。 陽(yáng)〇化]本發(fā)明是通過W下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的。
[0006] 一種光伏系統(tǒng)直流故障電弧的識(shí)別方法，步驟包括：
[0007] (1)對(duì)光伏系統(tǒng)中的直流電流進(jìn)行采樣，若基波頻率和需要的最高諧波次數(shù)n， 則對(duì)光伏系統(tǒng)中的直流電流進(jìn)行采樣的采樣頻率fs需要滿足W滿足fs〉2nfi;
[0008] (2)將采集獲得的直流電流數(shù)據(jù)進(jìn)行離散傅立葉變換，提取電流信號(hào)的基波I。及 前η次諧波的幅值Ii，12,. . .，I。，構(gòu)建特征向量X= [I。，Ii，. . .，I。]，通過狀態(tài)已知的特征 向量組成特征向量空間，作為Fisher識(shí)別方法的輸入，同時(shí)將其對(duì)應(yīng)的狀態(tài)即故障電弧狀 態(tài)或非故障電弧狀態(tài)作為識(shí)別算法輸出，并W此作為學(xué)習(xí)樣本，W學(xué)習(xí)樣本完成對(duì)Fisher 識(shí)別機(jī)制的訓(xùn)練與學(xué)習(xí)；
[0009] (3)故障電流狀態(tài)識(shí)別過程中，對(duì)電流進(jìn)行采樣、提取諧波幅值并組成特征向量， 將特征向量作為訓(xùn)練學(xué)習(xí)后、具有識(shí)別能力的Fisher識(shí)別方法的輸入，即對(duì)故障電弧狀態(tài) 進(jìn)行識(shí)別判斷并輸出判別結(jié)果，當(dāng)檢測(cè)出光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)生故障電弧時(shí)，則判斷為故障電 弧狀態(tài)；當(dāng)檢測(cè)出直流供電系統(tǒng)沒有故障電弧發(fā)生時(shí)，則判斷為非故障電弧狀態(tài)。
[0010] 進(jìn)一步地，特征向量X在光伏直流發(fā)電系統(tǒng)中由特征量I。，Ii，...I。構(gòu)成，即X= [I。，Ii，...，IJ，其中η值不小于15。
[0011] 進(jìn)一步地，（1)中直流電流為光伏組串支路直流電流或者各支路經(jīng)匯流箱并聯(lián)匯 流后總的直流電流。 陽(yáng)01引進(jìn)一步地，似中Fisher識(shí)別方法：
[001引根據(jù)故障電流的狀態(tài)，將訓(xùn)練樣本分為兩個(gè)向量空間ωι和ω2,分別為故障電弧 狀態(tài)和非故障電弧狀態(tài)，并定義其中的特征向量X作為Fisher識(shí)別方法的輸入時(shí)，其輸出 y分別為0和1。
[0014]進(jìn)一步地，F(xiàn)isher識(shí)別方法的具體運(yùn)算步驟包括：
[001引（1).計(jì)算各類訓(xùn)練樣本的樣本均值m及其輸出均值Yi:
[0016]
[0017] 似.計(jì)算樣本類內(nèi)離散度Si和總的類內(nèi)離散度S":
[0018]
[0019] (3).求取投影向量巧^^分割闊值y。：
[0022] (4).過程結(jié)束后，F(xiàn)isher識(shí)別方法就具有識(shí)別判斷的能力，對(duì)任意一個(gè)未知狀態(tài) 的特征向量X'，首先對(duì)其進(jìn)行投影，求取投影值y':
[0023] y'="*χτ
[0024] 比較y'與y。的相對(duì)大小即可判斷X'多對(duì)應(yīng)的電弧狀態(tài)。
[00巧]進(jìn)一步地，上述光伏系統(tǒng)直流故障電弧的識(shí)別方法用于光伏發(fā)電系統(tǒng)任何位置處 的直流故障電弧檢測(cè)。 陽(yáng)0%] 本發(fā)明的有益效果：
[0027] 利用電流的諧波幅值組成特征向量，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電流信息特征的有效提取；利用 Fisher識(shí)別方法，從數(shù)據(jù)的輸入到結(jié)果的輸出，整個(gè)過程無(wú)需設(shè)定判定闊值，可有效避免闊 值難W確定的問題，提高故障電弧判別準(zhǔn)確性；本方法的使用具有一般性，通過樣本學(xué)習(xí)訓(xùn) 練，可應(yīng)用于不同光伏系統(tǒng)中任何位置的直流故障電弧識(shí)別檢測(cè)。
【附圖說明】
[0028] 圖1為基于Fisher識(shí)別方法光伏系統(tǒng)直流故障電弧檢測(cè)示意圖
[0029] 圖2為基于Fisher方法光伏系統(tǒng)直流故障電弧識(shí)別算法流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0031] 步驟1 :對(duì)不同條件下狀態(tài)已知的故障及非故障直流電流進(jìn)行采樣。
[0032] 如圖1所示，對(duì)待測(cè)直流電流進(jìn)行采樣，并進(jìn)行濾波等預(yù)處理。采樣過程中，根據(jù) 基波頻率和最高諧波次數(shù)，W滿足香農(nóng)采樣定理的采樣頻率采集光伏系統(tǒng)中的直流電流數(shù) 字信號(hào)，該直流電流可為光伏組串支路直流電流，也可為各支路經(jīng)匯流箱并聯(lián)匯流后總的 直流電流。
[0033] 步驟2 :利用采樣直流電流構(gòu)建相應(yīng)的特征向量空間，并作為Fisher算法的輸入