長期過度依賴傳統(tǒng)化石能源造成的環(huán)境污染、溫室效應(yīng)、能源短缺等問題,將嚴(yán)重阻礙人類社會的進(jìn)一步發(fā)展。光伏發(fā)電具有清潔、可再生、經(jīng)濟(jì)、可靠等優(yōu)勢,近年來得到迅速發(fā)展。但光伏發(fā)電系統(tǒng)電弧故障引發(fā)的電氣火災(zāi)時有發(fā)生,對系統(tǒng)的安全運(yùn)行以及人民生命財產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重威脅。光伏發(fā)電系統(tǒng)的電弧故障檢測裝置可以有效地檢測出電弧故障,減少電弧故障帶來的危害。本文針對光伏系統(tǒng)電弧故障檢測問題展開研究,主要內(nèi)容如下:（1）針對光伏系統(tǒng)的直流電弧故障,分析了國內(nèi)外現(xiàn)行的電弧故障檢測標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;并對相關(guān)實(shí)驗(yàn)與仿真進(jìn)行了探討。（2）為研究光伏系統(tǒng)電弧故障的特性及其影響因素,搭建了基于Cassie電弧模型的光伏系統(tǒng)電弧故障仿真模型,模擬了不同溫度、不同光照強(qiáng)度等情況下電弧故障的時頻域特性。通過快速傅里葉變換、小波變換等方法,獲取電弧故障的時頻域故障判據(jù)。（3）采用自適應(yīng)局部離群因子算法（Local Outlier Factor,LOF）,通過迭代更新數(shù)據(jù)集,實(shí)現(xiàn)不同溫度及光照強(qiáng)度下光伏系統(tǒng)的在線故障電弧檢測。測試結(jié)果表明,采用該方法可以準(zhǔn)確的檢測出光伏系統(tǒng)所發(fā)生的電弧故障。（4）模擬了光伏系統(tǒng)在不同溫度、不同光照強(qiáng)度以... 

【文章來源】：山東建筑大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

世界各類型能源裝機(jī)容量預(yù)測（圖片摘自國際能源署2019年世界能源展望[1]）

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文2伏板安裝在屋頂，導(dǎo)致發(fā)生電弧故障后不易察覺。不論哪種情況，一旦電氣設(shè)備發(fā)生電弧故障，輕則會導(dǎo)致設(shè)備的燒毀，重則引發(fā)嚴(yán)重的火災(zāi)。瑞士MontSoleil光伏電站、蘋果公司的Mesa工廠都曾因光伏板起火蒙受了巨大的損失。由于光伏系統(tǒng)受到光照就會有電能產(chǎn)生，無法切斷陽光對光伏板的照射，因此光伏系統(tǒng)一旦發(fā)生火災(zāi)只能進(jìn)行帶電滅火，帶來了較高的處置難度。隨著光伏系統(tǒng)的長期使用，線路老化、接觸不良等問題均有可能引起電弧故障。相比其他系統(tǒng)，光伏電源受光照強(qiáng)度與溫度影響明顯，電流與電壓的波動更為劇烈，對電弧檢測造成干擾。另一方面，光伏系統(tǒng)中還存在逆變器、MPPT控制器等組件，也會對系統(tǒng)的輸出電流產(chǎn)生影響。這些因素使得光伏系統(tǒng)的電弧檢測更為困難，對檢測的方法提出了更高的要求。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)外相關(guān)法規(guī)2011年5月8日，國際電工委員會在上海召開光伏能源便準(zhǔn)化技術(shù)委員會(IEC/TC82)年會。會議明確提出要盡快推動光伏系統(tǒng)直流電弧故障檢測方法的研究。同年，美國頒布的國家電工法規(guī)(NationalElectricCode,NEC)在第690章中增加了光伏系統(tǒng)電弧故障的相關(guān)內(nèi)容。該法規(guī)規(guī)定母線電壓超過80V以及住宅樓頂?shù)墓夥到y(tǒng)都必須安裝電弧故障斷路器。世界上最大的從事安全試驗(yàn)和鑒定的民間機(jī)構(gòu)美國保險人實(shí)驗(yàn)室(UL)也在2011年推出了UL標(biāo)準(zhǔn)1699B草案，即光伏直流電弧故障保護(hù)電路安全標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)規(guī)范了光伏系統(tǒng)的電弧故障保護(hù)器的檢測合格標(biāo)準(zhǔn)與實(shí)驗(yàn)要求。圖1.2電弧能量區(qū)域（圖片摘自UL1699B[3]）

山東建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文8第2章光伏系統(tǒng)故障電弧的仿真模型研究通過對光伏系統(tǒng)電弧故障的仿真可以方便研究各種工作環(huán)境及故障狀態(tài)下的電流、電壓特性。在Simulink環(huán)境下，整合光伏電池模塊、Cassie電弧模塊、逆變模塊、Boost升壓模塊等構(gòu)成完整的光伏系統(tǒng)并網(wǎng)仿真系統(tǒng)。為電弧故障檢測提供仿真實(shí)驗(yàn)環(huán)境。2.1光伏系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建的光伏系統(tǒng)電弧故障仿真系統(tǒng)主要包括光伏電池模塊、Cassie電弧模塊、最大功率點(diǎn)跟蹤器(MaximumPowerPointTracking，MPPT)、逆變模塊、Boost升壓模塊。（1）光伏電池模塊光伏電池的基本原理是利用半導(dǎo)體界面的光生伏特效應(yīng)而將光能直接轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔�。光伏電池的特性可用等效電路來描�?如圖2.1所示。圖2.1光伏電池的等效數(shù)學(xué)模型根據(jù)此模型可以得到的表達(dá)式為：=(2.1)將、帶入式(2.1)可得：=()1()(2.2)式中：為光伏電池的輸出電流，A；為光生電流，受光照強(qiáng)度影響，A；為反向飽和電流，A；q為電子電量，q=1.6×10-19C；n為二極管理想因子，介于1—2之間；k為玻爾茲曼常數(shù)，K=1.38×10-23J/K；T為熱力學(xué)溫度。依據(jù)式(2.2)可以在Simulink環(huán)境下搭建光伏電池的仿真模型。本文使用美


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