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浅谈光伏系统中直流电弧故障的检测方法摘要：在建设光伏电站当中因为接触不良、老化短路等引起拉弧起火的事故越来越频繁因此直流电弧故障的检测在光伏系统中日益重要如何提高电弧故障检测的精度防止在日常操作当中误操作也是重中之重。本文详细阐述了直流电弧故障的危害和类型结合直流电弧的特点和光伏电站的属性提出了三种检测方法最后对直流电弧故障进行展望希望积累更多的实际经验寻找到更为合理有效的检测算法。关键词：光伏电站直流电弧故障检测算法1引言进入21世纪以来随着人口的增加和工业化的发展化石能源的大量开发和利用导致地球生态环境遭到了严重的破坏和恶化。因此世界各国都在纷纷采取提高能源效率和能源结构的措施以寻求解决与能源相关的重大环境问题而太阳能作为一种可持续发展的清洁能源得到了重视。在光伏电站建站越来越多的同时各种灾害也日益显现其中直流电弧故障是引起电气火灾的罪魁祸首之一。在光伏系统中一旦发生直流电弧故障由于没有过零点保护并且光伏组件在阳光照射下产生源源不断的能量使得光伏系统中的故障电弧有了稳定的燃烧环境若不采取及时有效地防护措施会产生3000℃以上的高温现象引发火灾某些物质熔化甚至蒸发产生大量的有毒气体进而危及人身生命安全和国家的经济遭受重大损失。因此2011年美国电工法NEC690.8规定光伏系统中直流电压大于80V必须配备检测故障电弧的检测装置和断路器而UL也制定相应标准UL1699B用以检测评估光伏直流电弧的有效方法。2电弧故障类型电弧故障主要是由于电缆导线电气绝缘性能老化、破损污染及空气潮湿引起的空气击穿或者电气连接松动等原因造成的是一种穿过绝缘介质的连续发光和放电过程是一个时变的非线性过程。电弧在放电的过程中主要特性有强光、热、噪声、电磁辐射、电压电流的高突变率以及电弧电流在某些频带内的变化等。针对光伏系统发生的故障电弧总体归纳来看主要分为两类：（1）串行电弧是一条电流导线在未预期的情况下扯断或断裂在其断裂处即会产生串联故障电弧。这种不佳的接触点好发于太阳组件与组件之间、快速接头之间、接线与接线盒之间或是断裂的连接在线。光伏系统因为有成千上万个接点因此串联电弧是引起火灾危险的主要潜在因素。（2）并行电弧是一个未预期的路径刚好通过两个极性相反的导体之间发生的意外即为并联故障电弧。此类故障电弧的成因常是艹荻物咬破电线、外力造成电线破损等电线失去既有的绝缘功效并让正负两极的金属互相接触产生了故障电弧状况。虽然并联故障电弧的发生机率远小于串联故障电弧但是其带来的危险性确是远远超过后者。另外接地故障也是一种并联故障电弧的典型型态。3直流电弧故障的检测方法在光伏系统中产生的电弧可分为正常电弧和非正常电弧两种。断路器的正常关断等操作所引起的电弧属正常电弧；而电线老化、接触不良等故障引起的电弧属于不正常电弧这就代表着电弧检测要正确地分辨好弧和坏弧；因为存在着这样复杂的因素往往给故障电弧检测带来了较大的挑战同时也给检测方式和算法提出更高的要求。故障电弧的检测就是在电弧产生的初始阶段通过传感器检测电弧在物理上和电气上的各种参数变化加以分析来判断是否有电弧产生。目前结合光伏系统的特性大致可分为以下三种。3.1基于热、声以及电磁特性的电弧检测故障电弧产生的同时伴有光、热、声音和电磁辐射等特性国内外的学者就是根据这些特性来检测电弧。1998年加拿大Saskatchewan大学的T.S.Sidhu等人利用PZM、红外线接受器以及回路天线来检测电弧放电时的噪声、热量以及电磁辐射等特性设计了一种电弧检测装置。而随着多信息融合技术的逐渐成熟基于故障电弧物理现象检测的可靠性也得到逐步提高。但是光伏电站中的线路连接环境复杂这类装置只能安装控制在电站主要频发故障点投资过大并不实用具有非常大的局限性。3.2基于电压电流变化的检测故障电弧发生时候必然会导致电压和电流的变化在故障电弧发生时电压会瞬间升高而电流值会瞬间下降这样就可以利用电压和电流的变化来判断是否产生电弧。但是这样的检测也有其局限性第一是需要判定电弧产生的具体位置才能更好的检测电压和电流波形第二在发生并联故障电弧时逆变器的输入端电流波形只出现较小的跌落电压波形略有下降这就要求检测设备必须具有较高的精度不然会引起频繁的误判报警同时也因为光伏系统受光照和温度变化的影响光伏组件的输出电流和电压幅值不稳定给检测带来更大的困难。3.3基于故障电流特性的检测该方法是通过电流检测的方式对高通滤波得到的高频信号、低通滤波得到的低频信号进行特征值统计目前这种方法得到普遍的运用。