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、能源短缺等問題,將嚴重阻礙人類社會的進一步發(fā)展。光伏發(fā)電具有清潔、可再生、經濟、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)的電氣火災時有發(fā)生,對系統(tǒng)的安全運行以及人民生命財產安全產生嚴重威脅。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,主要內容如下:（1）針對光伏系統(tǒng)的直流電弧故障,分析了國內外現(xiàn)行的電弧故障檢測標準和規(guī)范;并對相關實驗與仿真進行了探討。（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）采用自適應局部離群因子算法（Local Outlier Factor,LOF）,通過迭代更新數(shù)據(jù)集,實現(xiàn)不同溫度及光照強度下光伏系統(tǒng)的在線故障電弧檢測。測試結果表明,采用該方法可以準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、不同光照強度以... 

【文章來源】：山東建筑大學山東省

【文章頁數(shù)】：52 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

山東建筑大學碩士學位論文2伏板安裝在屋頂，導致發(fā)生電弧故障后不易察覺。不論哪種情況，一旦電氣設備發(fā)生電弧故障，輕則會導致設備的燒毀，重則引發(fā)嚴重的火災。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)生火災只能進行帶電滅火，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國內外研究現(xiàn)狀1.2.1國內外相關法規(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化技術委員會(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)電弧故障的相關內容。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和鑒定的民間機構美國保險人實驗室(UL)也在2011年推出了UL標準1699B草案，即光伏直流電弧故障保護電路安全標準，該標準詳細規(guī)范了光伏系統(tǒng)的電弧故障保護器的檢測合格標準與實驗要求。圖1.2電弧能量區(qū)域（圖片摘自UL1699B[3]）

山東建筑大學碩士學位論文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升壓模塊等構成完整的光伏系統(tǒng)并網仿真系統(tǒng)。為電弧故障檢測提供仿真實驗環(huán)境。2.1光伏系統(tǒng)仿真模型構建的光伏系統(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體界面的光生伏特效應而將光能直接轉變?yōu)殡娔堋９夥姵氐奶匦钥捎玫刃щ娐穪砻枋?如圖2.1所示。圖2.1光伏電池的等效數(shù)學模型根據(jù)此模型可以得到的表達式為：=(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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