光伏系统直流故障电弧的特征检测与防治策略

摘要

近年来，在技术进步与政府扶持的推动下，太阳能光伏发电的装机量与产能得到了大幅提高。国际能源署在最新的报告中指出，过去十年全球的太阳能光伏发电产量正以每年50％的速度增长。光伏产品的快速扩张虽然带来了清洁的能源，但同时也隐藏着安全问题。特别是自2006年以来，有关光伏火灾事故的报道比过去更频繁。而这些火灾事故的元凶正是直流故障电弧。光伏系统直流故障电弧具有难以检测、高温高热、难以扑灭等特点。对此，美国国家电工法规在2011版中增加了光伏系统中需安装直流故障电弧保护装置的强制要求。因此，研究光伏系统直流电弧的特性与防治策略显得尤为迫切。
　　本论文在分析了国际上最新研究动态与产品的基础上，系统全面地介绍了光伏电源模型、电弧模型、电弧种类以及检测算法原理，为实验设计与数据处理程序编写奠定良好的理论基础。
　　本论文根据现有的实验条件，在一小型光伏电站中进行了直流电弧的现场实验与测试。实验中基于自主研究的测试平台，应用控制电极分开的方法产生具有高可重复性的直流电弧，并使用传感器与示波器获取并保存实验数据。然后通过对离线数据的分析与统计，本文归纳了故障电弧电流六条时频特性，并划定了各特性对应的检测阈值。
　　根据实验分析得出的电弧特性与其阈值，本文对串联电弧提出了基于多重判据的故障电弧检测算法，同时对不同种类的并联电弧提出相应的保护策略。
　　本文的研究填补了国内光伏系统直流故障电弧领域的空白，对光伏系统的安全建设与标准制定起到一定的促进作用，对同类故障电弧断路器的开发与检测提供一定的借鉴意义。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景及研究意义

1．1．1 光伏行业现状

1．1．2 光伏系统直流故障电弧引发的火灾事故

1．1．3 研究光伏系统直流故障电弧特性与保护策略的意义

1．2 国内外关于光伏系统直流故障电弧的研究动态

1．2．1 国外的电气安全法规

1．2．2 国外的直流故障电弧断路器测试标准

1．2．3 国外的直流故障电弧特性研究

1．2．4 国外的直流故障电弧断路器产品

1．2．5 国内的相关研究

1．3 本论文的研究工作

1．3．1 本论文的研究内容

1．3．2 本论文的研究方法

1．3．3 本论文拟解决的关键问题

第二章 研究光伏系统直流故障电弧的理论基础

2．1 电弧理论模型

2．1．1 电弧的定义

2．1．2 电弧的产生

2．1．3 电弧的静态数学模型

2．1．4 电弧的动态数学模型

2．1．5 电弧的分类

2．2 光伏系统理论模型

2．3 频域分析的基本原理

2．4 本章小结

第三章 光伏系统直流故障电弧特性研究

3．1 实验目的

3．2 光伏系统直流故障电弧测试平台研制

3．2．1 测试平台电气系统设计

3．2．2 测试平台控制系统设计

3．3 实验设计

3．3．1 实验场地

3．3．2 主要实验仪器

3．3．3 实验流程

3．4 实验结果与数据分析

3．4．1 选定起弧方法

3．4．2 电弧特性的分析

3．4．3 电弧特性的阈值划定

3．5 本章小结

第四章 光伏系统直流故障电弧的保护策略研究

4．1 光伏系统直流故障电弧的分类

4．2 光伏系统串联电弧的保护策略

4．3 光伏系统并联电弧的保护策略

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 本文总结

5．2 展望与建议

参考文献

一、硕士研究生期间己发表和已录用论文

二、硕士研究生期间申请专利

三、硕士研究生期间获得奖励

致谢

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