明的消除方法于包含直流故障電弧檢測裝置光伏系統(tǒng)的軟件實現(xiàn)過程。由于本發(fā)明中對信號的平衡增益處理、差分轉換處理等均可用算法編程實現(xiàn)，故圖2a和圖2b給出軟件實現(xiàn)本發(fā)明的最簡潔硬件框架結構圖。
[0072]結合圖2a，闡述應用本發(fā)明的消除方法于包含集成于光伏模塊的直流故障電弧檢測裝置的特定光伏系統(tǒng)。
[0073]假設圖2a中的光伏系統(tǒng)包含J個光伏串，每個光伏串包含K個光伏模塊，相應的光伏模塊10共有JXK個，與之成套配置的檢測電量裝置8、直流故障電弧保護裝置(脫扣裝置5、斷路器6、短路開關9)相應亦為JXK個，由于每兩個采樣電量信號由一個直流故障電弧檢測裝置2進行差分轉換處理、故障電弧分析，故該檢測裝置共有(J-1) XK個。正常情況下，光伏系統(tǒng)I輸出直流功率，經斷路器6、檢測電量裝置8輸入至逆變器3中，逆變器3將直流電轉變?yōu)榻涣麟娸斔椭两涣麟娋W7。按照本發(fā)明的設計思想，直流故障電弧檢測裝置2讀入相鄰串間相同位置處光伏模塊的同類型采樣電量信號，這一采樣電量信號由檢測電量裝置8完成檢測。而后由直流故障電弧檢測裝置2中的軟件程序完成平衡增益運算及校正、差分轉換處理、故障電弧檢測等一系列功能。
[0074]由于每個直流故障電弧檢測裝置2判斷的是相鄰串上對應位置處的光伏模塊輸出的差分信號是否含有故障電弧特征，故而這一故障電弧可能是兩光伏模塊中的任意一個故障導致的，因而每個直流故障電弧檢測裝置2的輸出控制端控制對應采樣電量的光伏模塊兩脫扣裝置5。完成故障電弧定位后，發(fā)出控制信號令故障光伏模塊處的斷路器6和短路開關9一道動作而確保另一正常光伏模塊仍舊正常運行。切除故障光伏模塊后可能造成光伏系統(tǒng)自身輸出電量的非均衡，因而有必要進行下一采樣時刻的差分信號設定范圍Ntl及故障電弧的判斷，在未發(fā)生故障電弧事件時進行平衡增益校正，兩光伏串的輸出電量差距不大的情況下仍舊維持光伏系統(tǒng)的運行，提升光伏系統(tǒng)運行時間；而在兩光伏串的輸出電量差距較大可能引發(fā)系統(tǒng)工作不穩(wěn)定的情況下，則立即切斷所有光伏模塊，停止光伏系統(tǒng)的運行。
[0075]由于光伏系統(tǒng)故障電弧同時發(fā)生的概率極低，所以當前采樣時刻下的故障電弧一般為單故障。若經處理的差分信號經檢測后診斷系統(tǒng)發(fā)生故障電弧，則說明該對處于同一位置處的相鄰光伏模塊某一光伏模塊發(fā)生故障電?。蝗艚浱幚淼牟罘中盘柦洐z測后診斷系統(tǒng)未發(fā)生故障電弧，則說明該對處于同一位置處的相鄰光伏模塊均處于正常狀態(tài)。例如，第一串第一個光伏模塊與第二串第一個光伏模塊輸出的差分信號顯示故障電弧特征，第二串第一個光伏模塊與第三串第一個光伏模塊輸出的差分信號未顯示故障電弧特征，則應切除第一串第一個光伏模塊，相應第一串與第二串間的直流故障電弧檢測裝置控制輸出端輸出“10”，第二串與第三串間的直流故障電弧檢測裝置控制輸出端輸出“00”(高電平有效，直流故障電弧保護裝置發(fā)出動作脫扣裝置5的信號)；第一串第一個光伏模塊與第二串第一個光伏模塊輸出電量的差分信號顯示故障電弧特征，第二串第一個光伏模塊與第三串第一個光伏模塊輸出的差分信號顯示故障電弧特征，則應切除第二串第一個光伏模塊，相應第一串與第二串間的直流故障電弧檢測裝置控制輸出端輸出“01”，第二串與第三串間的直流故障電弧檢測裝置控制輸出端輸出“10”。
[0076]同理，包含集成于光伏串的直流故障電弧檢測裝置的特定光伏系統(tǒng)軟件實現(xiàn)的硬件框架圖同圖2a的結構形式一致，直流故障電弧檢測裝置2為J-1個，檢測電量裝置8為J個，直流故障電弧保護裝置(脫扣裝置5、斷路器6、短路開關9)為JXK個。差別主要在于:第一，直流故障電弧檢測裝置2雖仍只具有兩個輸入信號端口，但應讀入相鄰串間串上相同位置處的同類型采樣電量信號；第二，直流故障電弧檢測裝置2仍只具有一個輸出信號端口，先按照前述的故障電弧定位思想初步確定故障電弧所在的光伏串，而后或采取逐一掃描，或采取故障字典法，再實現(xiàn)故障串內故障光伏模塊的定位，即圖2a中“先列后行”的故障光伏模塊定位思想。
[0077]結合圖2b，闡述應用本發(fā)明的消除方法于包含集成于逆變器的直流故障電弧檢測裝置的特定光伏系統(tǒng)。
[0078]結構上，同常規(guī)包含集成于逆變器的直流故障電弧檢測裝置的特定光伏系統(tǒng)一致，直流故障電弧檢測裝置2僅I個，但所處理的信號并非是光伏系統(tǒng)總線上的檢測電量信號，而是等效處理集成于光伏串的特定光伏系統(tǒng)中輸入至J-1個直流故障電弧檢測裝置2的差分信號，也就是設置J個輸入信號端口，用于讀入所有光伏串相同位置處的同類型采樣電量信號，這一檢測過程由J個檢測電量裝置8實現(xiàn)。J個采樣電量信號讀入至直流故障電弧檢測裝置2中，同時并行處理每兩個相鄰串的輸入采樣電量信號，經平衡增益、差分轉換處理后得到待故障電弧分析的J-1個差分信號。為切除對應故障光伏模塊，配以的直流故障電弧保護裝置(脫扣裝置5、斷路器6、短路開關9)仍為JXK個。
[0079]直流故障電弧檢測裝置2對應具有J個輸出信號端口，依次逐一控制每個光伏串。按照前述的故障電弧定位思想初步確定故障電弧所在的光伏串，而后或采取逐一掃描，或采取故障字典法，均可實現(xiàn)故障串內故障光伏模塊的定位。譬如，確定第J個光伏串第K個光伏模塊故障需切除時，直流故障電弧檢測裝置2第J個輸出控制端口輸出控制信號“0...01”(共K-1個O)。因此，集成于逆變器側的直流故障電弧檢測裝置只是集成了前述J-1個集成于光伏串的直流故障電弧檢測裝置的功能之和，內部算法程序及處理過程并未發(fā)生變化，所變化的僅是直流故障電弧檢測裝置輸入輸出端口個數。
[0080]結合圖3、圖4、圖5，闡述應用本發(fā)明的消除方法于包含直流故障電弧檢測裝置光伏系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)過程。由于本發(fā)明中的信號處理裝置對采樣電量信號不僅僅具有差分作用，還有電量信號類型轉換的作用，故而采樣電路的取樣信號類型同直流故障電弧檢測裝置的分析信號類型無關，因而拓寬了光伏系統(tǒng)故障電弧檢測特征分析的可選信號集，解決了故障電弧算法分析要求信號類型同檢測相應信號類型困難的矛盾等問題。為體現(xiàn)信號處理裝置可變換采樣信號與分析信號這一優(yōu)勢，結合本發(fā)明的廣泛應用范圍，這里針對每一種特定集成形式的直流故障電弧檢測裝置光伏系統(tǒng)給出實現(xiàn)不同類型信號變換的信號處理裝置電路模型。
[0081]結合圖3a及圖3b，闡述應用本發(fā)明的消除方法于包含集成于逆變器的直流故障電弧檢測裝置的特定光伏系統(tǒng)及內部的信號處理過程。
[0082]如圖3a所示，采用類似于圖2b的框架結構，只是直流故障電弧檢測裝置2輸入的差分信號由硬件裝置實現(xiàn)，即任意相鄰的兩光伏串同一位置處的采樣電量信號經檢測電量裝置8獲取后，經平衡校正輸出裝置11、信號處理裝置12處理后獲得待檢測的J-1個差分轉換信號。這些差分信號同步輸入至直流故障電弧檢測裝置2后，J-1個輸入口對這些信號進行并行處理:輸入的差分信號在設定范圍內時，系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)，檢測電量裝置8進行下一時刻的電量信號采樣；差分輸入信號不在設定范圍內時，認為輸入信號有效，連接至平衡校正輸出裝置的通信線保持高電平指令，而后使用該非零差分信號進行故障電弧檢測，在未發(fā)生故障電弧事件時，清零計數變量N，排除引發(fā)誤判的偶然因素，平衡校正輸出裝置11接收通信線傳輸的高電平指令，以輸入的左路電量為基準按照既定原則對右路進行平衡增益校正。
[0083]若光伏系統(tǒng)遇到前述不同等效平均光照效果，使得光伏系統(tǒng)內某對或幾對相鄰光伏串U-1輸出特性曲線存在差異，便需要校正平衡增益。譬如，當前采樣時刻已獲得直接輸出光伏串的采樣電量信號M = U(U為該光伏串的輸出電壓電量)、非零差分信號D = CU(C為常數)，由當前采樣時刻平衡校正輸出裝置11內的平衡增益G得新平衡增益G’ = G/(1-C)。完成新平衡增益的寫入后，平衡校正輸出裝置11經通信線4向直流故障電弧檢測裝置2發(fā)出完成信號，令直流故障電弧檢測裝置2清零輸出端口，恢復處理輸出的零差分信號對應的狀態(tài)標志。
[0084]發(fā)生故障電弧事件時，平衡校正輸出裝置11無視通信線傳輸的高電平指令，保持平衡增益當前設定值不變，直流故障電弧檢測裝置2輸入的差分信號不變，由此始終保持原有的故障電弧特征信號繼續(xù)進行故障電弧檢測過程。相應計數變量N加1，只有當該計數變量達到設定閾值N1，才判定光伏系統(tǒng)中產生了故障電弧，直流故障電弧檢測裝置2按前述原則依次進行故障光伏串、故障光伏模塊的定位，由相應的輸出端口輸出控制信號，控制脫扣裝置5斷開斷路器6，熄滅故障電弧，并動作短路開關9切除故障光伏模塊并保持光伏系統(tǒng)其他組件依舊正常運行，生成故障電弧處理記錄，及時向監(jiān)管人員報告，而后進行下一采樣周期的電量處理過程。
[0085]這一過程進行的故障光伏模塊切除必然會導致相鄰光伏串輸出電量信號不等，需要進行平衡增益的校正，校正過程類似于不同等效平均光照效果下的校正過程。這里可以用如下特殊情況下的校正事實來理解這一校正思想:譬如，某對光伏串中，正常光伏串的光伏模塊個數為K個，另一切除故障光伏模塊后的故障串為(K-1)個，顯然當前采樣時刻故障光伏串還未來得及進行MPPT調節(jié)，在不考慮兩串平均光照效果及光伏模塊自身電量輸出差異的情況下，按前述原則計算得到的平衡校正輸出裝置11內的新平衡增益參數G’ =K/(K-1)。而后隨著故障光伏串電壓量的提升，相應電流量經過MPPT的調整，光伏串的工作點不斷變化，相鄰串的電量差距形成平衡增益的動態(tài)調節(jié)過程。
[0086]在每次平衡增益校正完畢后，判斷其是否超出設定范圍，若超出設定范圍N2,則判定當前采樣時刻光伏系統(tǒng)相應相鄰串中的光伏串輸出電量信號相差過大，此時光伏系統(tǒng)已進入不穩(wěn)定狀態(tài)，不再適合繼續(xù)工作，應當采取保護措施并令光伏系統(tǒng)停止工作，進行維護。若未超出設定范圍N2,則判定當前采樣時刻光伏系統(tǒng)相應相鄰串中的光伏串輸出電量信號相差不大，此時光伏系統(tǒng)即使切除少量故障光伏模塊或面臨差異不大的光照變化環(huán)境仍能可靠正常運行，可進行下一周期電量采樣繼續(xù)維持光伏系統(tǒng)正常發(fā)電狀態(tài)。前述已提及，線路上某些由逆變器等設備產生的噪聲信號所造成的信號差異即使令平衡增益偏離1，其依舊在所要求的N2范圍內，仍能令系統(tǒng)被視為正常狀態(tài)繼續(xù)運行。
[0087]如圖3b所示，信號處理裝置12的輸入檢測電量類型為電壓信號，由于裝置的兩輸入端口為電壓信號Up U2，故該裝置的輸入阻抗為