串联直流故障电弧检测方法研究

【摘要】：随着电力电子技术的快速发展,直流供电系统得到进一步推广与应用。但与此同时,供电线路绝缘的老化、接头的松动或连接线的断裂造成接触不良等问题会引发串联直流电弧故障问题,危及供电系统的安全。存在于光伏发电、储能等直流系统中的故障电弧与交流电弧故障不同,不具有交流电弧故障的零休特性;串联电弧故障电流值小于正常工况下的回路电流值以及并联电弧电流大小,断路器等保护装置不能进行有效检测。因此,准确检测和定位串联直流故障电弧对保障供电系统安全运行非常重要。论文一共介绍、实验分析和对比三种串联直流故障电弧的检测方法。首先是串联直流故障电弧电流检测方法。分别采用霍尔电流传感器和电流互感器进行了直流电弧电流采样实验,分析时频域波形提取时频域特征,实现多特征融合;采集不同实验工况数据类型通过模糊C均值聚类(fuzzy C means clustering,FCM)进行数据类型的划分。灵敏度校验结果表明该检测方法在复杂工况下,尤其是逆变器运行时,检测方法灵敏度不高。针对检测准确度问题,论文提出采用分析故障电弧传导干扰信号特征进行故障检测。为减小误判率,采用多段选频网络获得多段频域幅值和能量谱密度积分特征量。分别进行不同工况下的灵敏度实验和高频特征随传输距离衰减实验,识别结果表明该检测方式较普通霍尔电流检测方式以及电流互感器检测方式灵敏度有明显提高。分析串联直流故障电弧电流检测方法的弊端和传导干扰检测方法在多回路电路中存在的线间耦合而导致的难以进行电弧支路定位,提出一种故障支路组合识别方法。结合电弧支路电流高频特征与电弧传导干扰时频特征,实现故障电弧的支路定位识别。为对比不同故障电弧检测方法的灵敏度,搭建了不同阻值的负载、高压钠灯、开关电源、卤素灯、不同光伏输出功率、不同电极材料以及逆变器运行实验平台,进行不同实验工况下检测方法的误判分析,验证所提检测方法的有效性。