光伏发电系统的电弧故障检测技术研究
发布时间：2021-02-18 11:33
长期过度依赖传统化石能源造成的环境污染、温室效应、能源短缺等问题,将严重阻碍人类社会的进一步发展。光伏发电具有清洁、可再生、经济、可靠等优势,近年来得到迅速发展。但光伏发电系统电弧故障引发的电气火灾时有发生,对系统的安全运行以及人民生命财产安全产生严重威胁。光伏发电系统的电弧故障检测装置可以有效地检测出电弧故障,减少电弧故障带来的危害。本文针对光伏系统电弧故障检测问题展开研究,主要内容如下:（1）针对光伏系统的直流电弧故障,分析了国内外现行的电弧故障检测标准和规范;并对相关实验与仿真进行了探讨。（2）为研究光伏系统电弧故障的特性及其影响因素,搭建了基于Cassie电弧模型的光伏系统电弧故障仿真模型,模拟了不同温度、不同光照强度等情况下电弧故障的时频域特性。通过快速傅里叶变换、小波变换等方法,获取电弧故障的时频域故障判据。（3）采用自适应局部离群因子算法（Local Outlier Factor,LOF）,通过迭代更新数据集,实现不同温度及光照强度下光伏系统的在线故障电弧检测。测试结果表明,采用该方法可以准确的检测出光伏系统所发生的电弧故障。（4）模拟了光伏系统在不同温度、不同光照强度以...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界各类型能源装机容量预测（图片摘自国际能源署2019年世界能源展望[1]）
山东建筑大学硕士学位论文2伏板安装在屋顶，导致发生电弧故障后不易察觉。不论哪种情况，一旦电气设备发生电弧故障，轻则会导致设备的烧毁，重则引发严重的火灾。瑞士MontSoleil光伏电站、苹果公司的Mesa工厂都曾因光伏板起火蒙受了巨大的损失。由于光伏系统受到光照就会有电能产生，无法切断阳光对光伏板的照射，因此光伏系统一旦发生火灾只能进行带电灭火，带来了较高的处置难度。随着光伏系统的长期使用，线路老化、接触不良等问题均有可能引起电弧故障。相比其他系统，光伏电源受光照强度与温度影响明显，电流与电压的波动更为剧烈，对电弧检测造成干扰。另一方面，光伏系统中还存在逆变器、MPPT控制器等组件，也会对系统的输出电流产生影响。这些因素使得光伏系统的电弧检测更为困难，对检测的方法提出了更高的要求。1.2国内外研究现状1.2.1国内外相关法规2011年5月8日，国际电工委员会在上海召开光伏能源便准化技术委员会(IEC/TC82)年会。会议明确提出要尽快推动光伏系统直流电弧故障检测方法的研究。同年，美国颁布的国家电工法规(NationalElectricCode,NEC)在第690章中增加了光伏系统电弧故障的相关内容。该法规规定母线电压超过80V以及住宅楼顶的光伏系统都必须安装电弧故障断路器。世界上最大的从事安全试验和鉴定的民间机构美国保险人实验室(UL)也在2011年推出了UL标准1699B草案，即光伏直流电弧故障保护电路安全标准，该标准详细规范了光伏系统的电弧故障保护器的检测合格标准与实验要求。图1.2电弧能量区域（图片摘自UL1699B[3]）
山东建筑大学硕士学位论文8第2章光伏系统故障电弧的仿真模型研究通过对光伏系统电弧故障的仿真可以方便研究各种工作环境及故障状态下的电流、电压特性。在Simulink环境下，整合光伏电池模块、Cassie电弧模块、逆变模块、Boost升压模块等构成完整的光伏系统并网仿真系统。为电弧故障检测提供仿真实验环境。2.1光伏系统仿真模型构建的光伏系统电弧故障仿真系统主要包括光伏电池模块、Cassie电弧模块、最大功率点跟踪器(MaximumPowerPointTracking，MPPT)、逆变模块、Boost升压模块。（1）光伏电池模块光伏电池的基本原理是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。光伏电池的特性可用等效电路来描述,如图2.1所示。图2.1光伏电池的等效数学模型根据此模型可以得到的表达式为：=(2.1)将、带入式(2.1)可得：=()1()(2.2)式中：为光伏电池的输出电流，A；为光生电流，受光照强度影响，A；为反向饱和电流，A；q为电子电量，q=1.6×10-19C；n为二极管理想因子，介于1—2之间；k为玻尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K；T为热力学温度。依据式(2.2)可以在Simulink环境下搭建光伏电池的仿真模型。本文使用美
本文编号：3039499
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：52 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
世界各类型能源装机容量预测（图片摘自国际能源署2019年世界能源展望[1]）
山东建筑大学硕士学位论文2伏板安装在屋顶，导致发生电弧故障后不易察觉。不论哪种情况，一旦电气设备发生电弧故障，轻则会导致设备的烧毁，重则引发严重的火灾。瑞士MontSoleil光伏电站、苹果公司的Mesa工厂都曾因光伏板起火蒙受了巨大的损失。由于光伏系统受到光照就会有电能产生，无法切断阳光对光伏板的照射，因此光伏系统一旦发生火灾只能进行带电灭火，带来了较高的处置难度。随着光伏系统的长期使用，线路老化、接触不良等问题均有可能引起电弧故障。相比其他系统，光伏电源受光照强度与温度影响明显，电流与电压的波动更为剧烈，对电弧检测造成干扰。另一方面，光伏系统中还存在逆变器、MPPT控制器等组件，也会对系统的输出电流产生影响。这些因素使得光伏系统的电弧检测更为困难，对检测的方法提出了更高的要求。1.2国内外研究现状1.2.1国内外相关法规2011年5月8日，国际电工委员会在上海召开光伏能源便准化技术委员会(IEC/TC82)年会。会议明确提出要尽快推动光伏系统直流电弧故障检测方法的研究。同年，美国颁布的国家电工法规(NationalElectricCode,NEC)在第690章中增加了光伏系统电弧故障的相关内容。该法规规定母线电压超过80V以及住宅楼顶的光伏系统都必须安装电弧故障断路器。世界上最大的从事安全试验和鉴定的民间机构美国保险人实验室(UL)也在2011年推出了UL标准1699B草案，即光伏直流电弧故障保护电路安全标准，该标准详细规范了光伏系统的电弧故障保护器的检测合格标准与实验要求。图1.2电弧能量区域（图片摘自UL1699B[3]）
山东建筑大学硕士学位论文8第2章光伏系统故障电弧的仿真模型研究通过对光伏系统电弧故障的仿真可以方便研究各种工作环境及故障状态下的电流、电压特性。在Simulink环境下，整合光伏电池模块、Cassie电弧模块、逆变模块、Boost升压模块等构成完整的光伏系统并网仿真系统。为电弧故障检测提供仿真实验环境。2.1光伏系统仿真模型构建的光伏系统电弧故障仿真系统主要包括光伏电池模块、Cassie电弧模块、最大功率点跟踪器(MaximumPowerPointTracking，MPPT)、逆变模块、Boost升压模块。（1）光伏电池模块光伏电池的基本原理是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能。光伏电池的特性可用等效电路来描述,如图2.1所示。图2.1光伏电池的等效数学模型根据此模型可以得到的表达式为：=(2.1)将、带入式(2.1)可得：=()1()(2.2)式中：为光伏电池的输出电流，A；为光生电流，受光照强度影响，A；为反向饱和电流，A；q为电子电量，q=1.6×10-19C；n为二极管理想因子，介于1—2之间；k为玻尔兹曼常数，K=1.38×10-23J/K；T为热力学温度。依据式(2.2)可以在Simulink环境下搭建光伏电池的仿真模型。本文使用美
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