一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法

摘要

本发明公开了一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法，在MPPT算法动态调节系统工作点不是由故障电弧事件引起时，通过使判断故障电弧特征量阈值紧密跟踪MPPT算法调节的系统工作点变动曲线，便能应对光照变化引发故障电弧检测电量动态变动或持续偏低等情形，保障检测装置能随时有效检测到光伏系统内的故障电弧。本发明极大的提高了光伏系统在由天气环境变化等引起的非正常光照条件下的故障电弧检测防范能力，有效解决了光伏故障电弧保护装置在上述情况下原设定阈值失效而引发的拒动问题，弥补了传统检测装置对这些特殊情况下的潜在电弧威胁难以检测的漏洞。

说明书

技术领域

本发明属于光伏电气故障检测技术领域，具体涉及一种基于非正常光照条件下逆 变器MPPT算法调节的光伏系统工作点，直流故障电弧检测装置动态跟踪这些工作点 以调整设定的判断特征量阈值，实现非正常光照条件下光伏系统内故障电弧检测的方 法。

背景技术

伴随着全球能源的日益紧张和环境可持续发展要求，光伏发电这一新型环保的可 再生能源在居民用电和工商业领域得到越来越广泛的推广应用。光伏发电系统中，故 障电弧通常是由线路绝缘老化、破损或者电气回路存在汇流盒等连接松动等非操作原 因引起的。故障电弧发生时会吸收光伏系统产生的大部分能量而转为高温电离气体， 由于缺乏全方位的直流故障检测装置监管，这种持续的高温气体显然会将电缆、电器 设备以及汇流箱烧毁；故障电弧放电持续放出的大量的热还可能点燃光伏系统周围的 易燃易爆品，最终引起区域面积停电及爆炸火灾事故，极易造成光伏系统组件及相关 设施的财产损失甚至危及生命安全。因此，在任何情况下尤其是在非正常光照条件下 准确检测并断开故障电弧是防范危害事故的根本途径。

1999年，由美国保险商实验室和美国电气制造商协会合作起草的美国国标 UL1699，主要对交流故障检测设备质检标准做了规定，并强制要求交流系统及民用建 筑卧室必须安装故障电弧检测保护装置加以保护。上世纪九十年代是光伏系统的兴盛 年代，但系统中易出现模块、接线端子和连接汇流盒松动等问题，引起故障电弧频发， 这些故障电弧尽管电流很小，但所生成的能量足够引发火灾，威胁周围环境中的生命 财产安全。交流故障检测装置国标的失效和光伏系统的大量应用令光伏直流故障电弧 的检测隔离问题日益严峻，美国于2011年制定的国标UL1699B正式就光伏系统的直 流故障电弧检测装置质检问题提出标准。我国也于近些年提出关于AFDD的一般设计 要求及将其作为电气火灾监控系统的建议草案，可见光伏系统中故障电弧的防治迫在 眉睫。

目前，针对光伏系统故障电弧检测，国内外研究提出的检测特征量阈值均基于系 统处于正常稳定光照外界环境、工作点及系统电量不发生变化这一前提，未涉及外界 环境变化或偶发因素令光照变化引发系统工作点及系统电量变动的情形。而在非正常 光照条件下(阴雨天气、乌云连绵、树叶动物长期遮盖等稳定非正常光照天气环境和 卷积云飘过、飞机掠过、树叶飘过、鸟儿飞过、日出日落等短时光照变化环境下)， 逆变器中的MPPT算法便动态调节光伏系统工作点，光伏系统的电量均较正常时偏低， 相应输出特性曲线及系统电量也较正常时的偏低，此时一旦发生故障电弧，直流故障 电弧检测装置采集计算得到的特征量往往无法达到设定阈值，令正常光照下设定的故 障电弧判断特征量初始阈值失效，造成装置拒动。这便导致光伏系统存在较大的潜在 电弧故障威胁，这种小电流故障电弧持续燃烧，也具备足够的能量损坏光伏系统、引 发火灾、带来生命财产损失。

发明内容

本发明的目的在于解决直流故障电弧保护装置在光伏系统进入非正常光照条件下 原设定阈值失效而引发的拒动的问题，提供了一种非正常光照条件下的光伏系统故障 电弧检测方法。

为达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：

该故障电弧检测方法包括以下步骤：

在光伏系统未发生故障电弧事件的情况下，基于逆变器中的MPPT算法动作信号 识别光伏系统工作点变动，基于光伏系统工作点变动同步调节直流故障电弧检测装置 中用于故障电弧事件判断的特征量阈值，使得所述特征量阈值随着光伏系统工作点中 的系统电量的变化而呈现同样的变化趋势。

所述故障电弧检测方法具体包括以下步骤：

1)直流故障电弧检测装置根据所述特征量阈值进行故障电弧检测，并判断当前采 样时刻是否发生故障电弧事件，若发生故障电弧事件，则计数变量N计数，然后转至 步骤3)；若未发生故障电弧事件，则清零计数变量N，转至步骤2)；

2)判断逆变器中的MPPT算法是否动作，若动作，则判断当前采样时刻光伏系统 进入非正常光照条件，直流故障电弧检测装置读入逆变器输出的变动后的光伏系统工 作点，结合所述特征量阈值的初始设定值及初始设定值对应的光伏系统工作点计算得 到所述特征量阈值在下一次故障电弧检测时对应的设定值，然后返回步骤1)进行下 一次故障电弧检测；若未动作，则保持所述特征量阈值的当前设定值不变，然后返回 步骤1)进行下一次故障电弧检测；

3)判断故障电弧事件是否连续发生，若故障电弧事件连续发生N₀次，N累计达 到设定值N₀，则判定光伏系统内发生故障电弧，采取相应保护措施；若故障电弧事件 未连续发生N₀次，N未累计达到设定值N₀，则返回步骤1)继续使用所述特征量阈值 的当前设定值进行下一次故障电弧检测。

所述采样的频率为10kHz～100kHz，N₀的取值范围为3～5。

计算所述特征量阈值的设定值中，反映特征量阈值的初始设定值所对应光伏系统 工作点及变动后的光伏系统工作点的系统电量应当一致，该系统电量的数值的改变仅 由光照条件变化引起。

对于根据故障电弧检测结果切除故障光伏块后剩余的光伏组件所组成的光伏系统， 应根据所述光伏组件对应的光伏系统工作点对所述特征量阈值的设定值进行初始化，然后 按照步骤1)至步骤3)继续进行故障电弧检测。

所述MPPT算法动作信号和光伏系统工作点变动均由直流故障电弧检测装置与逆 变器通信后获取。

本发明具有如下有益的技术效果：

1)该方法硬件实现简单，仅需在原光伏系统中加设直流故障电弧检测装置与逆变 器间的通信线，用以MPPT算法动作信号和光伏系统动态调整的工作点传输，成本低 廉；

2)该方法在故障电弧引起光伏系统工作点变动时，特征量阈值保持不变，有效杜 绝了故障电弧对系统工作点扰动这一干扰因素，增强了非正常光照条件下故障电弧检 测的可靠性；

3)该方法针对非正常光照条件下发生于光伏系统的故障电弧也能准确有效检测， 拓宽了直流故障电弧检测装置辨识故障电弧的范围，使得直流故障电弧保护装置在任 何环境下都能准确可靠的动作，及时切断光伏系统中的故障电弧，避免了这些情况下 潜在的故障电弧威胁造成的生命财产损失；

4)该方法在发现故障电弧后及时切除故障光伏块，并依据此时的新工作点，对故 障光伏块所在光伏串和逆变器端的直流故障电弧检测装置特征量阈值重新设立，使得 其余光伏组件依旧能正常稳定工作，大大延长了光伏系统在频繁非光照条件下的工作 时间，增加了经济效益。

附图说明

图1a为本发明的非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法流程图之一；

图1b为本发明的非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法流程图之二；

图2为本发明的检测方法应用于包含集成于逆变器的直流故障电弧检测装置的特 定光伏系统原理框图；

图3为本发明的检测方法应用于包含集成于光伏串的直流故障电弧检测装置的特 定光伏系统原理框图；

图4为本发明的检测方法应用于包含集成于光伏块的直流故障电弧检测装置的特 定光伏系统原理框图；

图5a为晴天稳定正常光照转为阴雨这一稳定非正常光照天气环境下逆变器中 MPPT算法对光伏系统工作点的调节曲线；

图5b为晴天稳定正常光照转为阴雨这一稳定非正常光照天气环境下直流故障电 弧检测装置实时跟踪光伏系统工作点生成的对应判断特征量阈值曲线；

图5c为晴天稳定正常光照转为阴雨这一稳定非正常光照天气环境后光伏系统突 发故障电弧曲线；

图6a为日落这一短时光照变化环境下逆变器中MPPT算法对光伏系统工作点的调 节曲线；

图6b为日落这一短时光照变化环境下直流故障电弧检测装置实时跟踪光伏系统 工作点生成的对应判断特征量阈值曲线；

图7a为卷积云飘过这一短时光照变化环境下逆变器中MPPT算法对光伏系统工作 点的调节曲线；

图7b为卷积云飘过这一短时光照变化环境下直流故障电弧检测装置实时跟踪光 伏系统工作点生成的对应判断特征量阈值曲线；

图7c为卷积云飘过之后突发故障电弧曲线。

图中：1、光伏系统；2、直流故障电弧检测装置；3、逆变器；30、逆变器端口； 31、逆变器端口；4、通信线；5、脱扣装置；6、断路器；7、交流电网；8、检测电量 装置；9、短路开关；10、光伏模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。

参见图1a，一种非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法：在确认光伏系 统内未发生故障电弧事件后，再进行MPPT算法动作检测，动作后才令直流故障电弧 检测装置中的设定阈值动态跟踪工作点的变化。通过使判断故障电弧特征量阈值紧密 跟踪MPPT算法调节的系统工作点变动曲线，便能应对光照变化引发故障电弧检测电 量动态变动或持续偏低等情形，保障检测装置能随时有效检测到光伏系统内的故障电 弧，完成非正常光照条件下的故障电弧检测，有效排除了故障电弧对系统工作点的干 扰。本发明极大的提高了光伏系统在由天气环境变化等引起的非正常光照条件下的故 障电弧检测防范能力，弥补了传统检测装置对非正常光照条件下的潜在电弧威胁难以 检测的漏洞，有效解决了光伏故障电弧保护装置在上述非正常光照条件下的拒动问题。

结合图1b，对本发明所述非正常光照条件下的光伏系统故障电弧检测方法的步骤 进行具体说明。

步骤一、故障电弧检测方法的初始化过程：包括逆变器端口复位清零、故障事件 次数N复位清零、录入光伏系统初始特征量阈值F及其工作点(初始特征量阈值对应 的光伏系统所处正常光照环境E恰能令整个系统工作于额定状态(P，U)，其中，P＝P_N， U＝U_N，P_N为额定功率，U_N为额定电压)和通信线的通信方式设置等。

步骤二、直流故障电弧检测装置每隔一定的采样时间T₁便检测系统的电量信号， 带入至特征量计算式并与此时的设定特征量阈值比较，判断是否发生故障电弧事件。 若发生故障电弧事件，则记为一次故障电弧事件，相应计数变量N计数加一，转向步 骤六；若未发生故障电弧事件，则判断当前光伏系统未发生故障电弧，N即使有值也 是偶发因素引起的故障电弧误判断，清零变量N，转向步骤三。

其中，采样时间T₁越小，采样频率f₁越高，对故障电弧事件发生时刻的检测越准 确，光伏故障电弧检测系统对故障电弧的灵敏度也越高，结合硬件设计考虑，f₁一般 取为10kHz～100kHz。

步骤三、确认系统未发生故障电弧事件后，立即检测查询连接于逆变器与直流故 障电弧检测装置之间的通信线有无MPPT动作信号。

光伏系统一旦进入非正常光照条件下，光伏模块受到的光照将会较正常光照动态持 续变化或短时动态变化后进入另一光照稳态。此时光伏系统U-I输出特性曲线将随之发生 变化，必然较正常光照时的U-I输出特性曲线低，变化后的U-I输出特性曲线与未变动的 系统负载特性曲线相交，确定新的系统工作点，触动逆变器中的MPPT算法调整工作 点直至系统输出功率最大。此时，逆变器中MPPT算法动作令逆变器端口跃变发出高 电平信号，使得通信线传输高电平并保持，并随后从另一端口输出光伏系统工作点的 变化曲线；若逆变器中MPPT算法不动作，则逆变器端口输出为低电平并保持。

步骤四、直流故障电弧检测装置通过查询检测通信线传输信号得知此时MPPT算 法是否动作。若通信线输入为高电平信号，则判断系统内MPPT算法动作是由光伏块所 受光线变化引起，系统工作点发生变化，此时光伏系统处于非正常光照条件之下，转向步 骤五；若通信线输入为低电平信号，则判断逆变器中的MPPT算法未发生动作，光伏 系统工作点未发生变化，光伏模块处于持续稳定的光照条件之下正常运行，保持原设定 特征量阈值不变，返回步骤二继续进行下一轮故障电弧检测。

这里的非正常光照条件通常会引发系统工作点变化，引起系统检测电量偏低导致 初始阈值失效和直流电弧检测装置失效，主要有以下情况：1)光伏系统进入阴雨天气、 乌云连绵、树叶动物长期遮盖等稳定非正常光照天气环境，光伏模块受到的光照将会 经历极短时间的动态变化后进入新的光照稳态，光伏系统输出特性曲线随之变化到新状 态；2)光伏系统遇到卷积云飘过、飞机掠过、树叶飘过、鸟儿飞过等短时光照变化环 境下，光伏模块受到的光照将会经历较长时间的动态变化后恢复至原正常光照稳态，光 伏系统输出特性曲线随之变化到新状态，经过短暂停留后恢复至初始状态；3)光伏系统 进入日出日落等短时光照变化环境下，光伏模块受到的光照将会经历较长时间的持续动 态变化，光伏系统输出特性曲线持续动态变化至新状态。

步骤五、确认系统未发生故障电弧事件后，逆变器采集这一时刻下MPPT算法动 态调整的工作点并通过端口输出，直流故障电弧检测装置等待获取通信线传输的新系 统工作点。一旦直流故障电弧检测装置读入此时的新系统工作点后，比照初始设定特 征量阈值及其对应的额定光伏系统工作点，计算得到下一次读入时间段内的新设定特征 量阈值。利用依据系统工作点调整后的新阈值取代原阈值作为特征量判据的设定值， 返回步骤二继续进行下一轮故障电弧检测，由此实现非正常光照条件下的特征量阈值对 系统工作点的动态实时跟踪。

本发明方法提出进行下一次故障电弧检测之前查询MPPT算法是否动作，故而获 取MPPT算法真正动作时刻和光伏系统工作点变化时刻的准确程度均取决于故障电弧的 检测频率，也就是系统电量采样频率f₁。

步骤六、为了避免偶然因素引起直流故障电弧检测装置的误动作，通过设定故障 电弧事件计数变量阈值N₀，认为只有故障电弧事件连续发生达到N₀次后，才认为系统内 发生故障电弧，由此提高直流故障电弧检测装置检测可靠性。若N＝N₀，则判定光伏系统 中产生了故障电弧，直流故障电弧检测装置控制相应线路上的脱扣装置断开断路器，熄灭 故障电弧，并及时向监管人员发出警报，如果进一步要求切除故障光伏块后剩余的光伏组 件仍旧正常运行工作，此时故障光伏块所在光伏串和逆变器端的电量均发生改变，应当根 据当前系统新工作点对这些直流故障电弧检测装置中的特征量阈值重新设立；若N＜N₀， 则需要进一步进行故障电弧检测避免偶发误动干扰故障电弧的判断，此时由于系统可能发 生故障电弧，系统工作点及电量变化可能是由故障电弧引发的，应当保持原设定阈值不变， 返回步骤二继续进行下一轮故障电弧检测。

其中，故障电弧事件计数变量阈值N₀越大，所检测到的系统电量变化是由故障电弧 引发的概率越高，故障电弧检测可靠性也越高，结合快速切断故障电弧的要求考虑，N₀一 般取为3～5。

结合图2，阐述应用本发明的检测方法于包含集成于逆变器的直流故障电弧检测 装置的特定光伏系统。

图2中光伏系统1输出直流功率，经断路器6、检测电量装置8输入至逆变器3 中，逆变器3将直流电转变为交流电输送至交流电网7。

正常稳定光照条件下，未发生故障电弧时，对应的逆变器端口30始终保持低电平 信号，不会触发逆变器3输出光伏系统工作点的变化曲线，通信线4上并不会传输系 统工作点。此时直流故障电弧检测装置2内的特征量阈值保持不变，通过检测电量装 置8计算得到判别特征量，并始终与原始设定特征量阈值比较，进行正常光照条件下 的故障电弧检测过程。一旦判别故障电弧事件发生，相应计数变量N加1，保持特征 量阈值不变继续故障电弧检测，有效避免新设定阈值受到故障电弧的干扰。只有当该 计数变量达到N₀，才判定光伏系统中产生了故障电弧，直流故障电弧检测装置2控制 脱扣装置5断开断路器6，熄灭故障电弧，并及时向监管人员发出警报；否则，清零 计数变量N排除引发误判的偶然因素，并继续进行检测判定。

而在光伏系统经历卷积云飘过、飞机掠过、树叶飘过、日出日落等短时光照变化 环境或由正常光照环境突然经历长时间的阴雨天气、乌云连绵、树叶动物长期遮盖等 稳定非正常光照天气环境时，光伏系统光照较之前状态发生变化，光伏系统的输出特 性曲线发生变化，触发逆变器3中的MPPT算法动作开始调节光伏系统工作点至最大 功率点。此时，逆变器端口30保持输出高电平信号，经通信线4触发直流故障电弧检 测装置2读入另一逆变器端口31所输出的光伏系统工作点变化曲线。直流故障电弧检 测装置2获得此时的光伏系统工作点(P'，U')后，比照原设定特征量阈值F对应的光伏 系统正常光照工作点(P，U)，计算得到下一采样时间段内的新设定特征量阈值 由此令设定阈值实时跟踪光伏系统的工作点变化，不断利用新调整后的 阈值作为特征量判据，之后便同正常情况下一样的进行故障电弧事件判断及发动保护 等环节。在系统完全进入阴雨天或日落完毕后，光伏系统接受的光照不发生变化，此 时系统工作点也就不再变化，保持低阈值不变，由此应对非正常光照条件下的检测电 量降低情形。

需要额外说明的是，若直流故障电弧检测装置2检测到故障电弧后仅切断故障光 伏块而非整个光伏系统，那么为保障剩余光伏组件仍正常工作，集成于逆变器的直流 故障电弧检测装置2中的阈值需依据此时光伏系统输出工作点重新初始化。

结合图3，阐述应用本发明的检测方法于包含集成于光伏串的故障电弧检测装置 的特定光伏系统。

假设图3中的光伏系统包含M个光伏串。对比图2，图3中的检测电量装置8、 直流故障电弧检测装置2及其相应控制的脱扣装置5、断路器6分布于每个光伏串而 非逆变器端。因此，该系统在硬件上的通信线4也应同直流故障电弧检测装置2的数 目保持一致，为M。其在正常光照环境、短时光照变化环境及稳定非正常光照天气环 境下，对故障电弧的检测保护均同图2所示光伏系统一致。

这里要说明的是在原正常光照工作条件下，每个直流故障电弧检测装置2内的特 征量阈值是针对所在的光伏串电量设定的，而原正常光照下的工作点[(P，U)，其中， P＝P_N，U＝U_N]及采集得到的光伏系统新工作点(P'，U')都还是针对整个光伏系统而言的， 故而新设定阈值计算公式仍为另外，一旦光伏系统发生故障电弧，若仅 切除故障光伏块而非整个故障光伏块所在的光伏串，那么为保障原故障光伏串仍正常 工作，集成于故障串的直流故障电弧检测装置2中的阈值需依据此时光伏系统输出工 作点重新初始化。

结合图4，阐述应用本发明的检测方法于包含集成于光伏块的直流故障电弧检测 装置的特定光伏系统。

假设图4中的光伏系统包含M个光伏串，每个光伏串包含N个光伏模块。对比图 2，图4中的检测电量装置8、直流故障电弧检测装置2及其相应控制的脱扣装置5、 断路器6、短路开关9分布于每个光伏块而非逆变器端，断路器6和短路开关9一道 确保仅切除故障光伏块而不影响其他正常光伏块运行。因此，该系统在硬件上的通信 线4也应同直流故障电弧检测装置2的数目保持一致，为M×N。同理，在原正常光 照工作条件下，每个直流故障电弧检测装置2内的特征量阈值是针对所在的光伏块电 量设定的，下一采样时间段内的新设定阈值仍为应用图4的光伏系统结 构并选取直流故障电弧装置2的输入电量作为输入点对光伏系统接受光照变化最灵 敏，但硬件投入也相对较大。

结合图5，阐述晴天突转以阴雨天气为代表的稳定非正常光照天气环境下，直流 故障电弧检测装置跟踪光伏系统工作点动态调节生成判别特征量阈值的过程和应对这 些环境下突发的故障电弧检测过程。

图5a以晴天突转以阴雨天气为例，说明了光伏系统从正常稳定光照天气环境进入 阴雨天气、乌云连绵、树叶长期遮挡、动物长期停留等稳定非正常光照天气环境的光 伏系统工作点变化轨迹。之前的晴天可认为是光伏系统所处的1状态，其光照强度对 应为E₁(W/m²)，光伏系统的输出特性曲线对应为L₁，系统稳定工作点为A(P，U)，判 断特征量初始设定阈值为F；最终阴雨天气可认为是光伏系统所处的2状态，其光照 强度对应为E₂(W/m²)，光伏系统的输出特性曲线对应为L₂，系统稳定工作点为B(P'， U')。

系统之前处于晴天光照下，在t₁时刻突遇阴雨这一快速天气变化时，光伏系统的 光照经历一个极短时间的变化后，在t₂时刻立即进入一个较低的稳定光照状态(2状 态)。光伏系统进入上述这些稳定非正常光照天气环境较迅速，故而系统处于L₁与 L₂之间的离散动态调节曲线L_i较少，相应的新系统工作点(P'_i，U'_i)也较少。按照新阈 值设定方法F'＝P'×C(不同结构的光伏系统中C值不一样，但对于同一光伏系统不同工 作点C为固定值)得到图5b。

图5c说明光伏系统在进入阴雨天后的t₃时刻发生故障，被检测电量幅值较正常稳 定光照天气环境中下降了，其下降程度取决于稳定非正常光照天气环境光照的减少程 度。因此，衰减后的采样电量信号带入特征量计算式所得值极有可能低于初始设定阈 值，导致装置拒动致使检测失效。但应用图5b中的判断阈值，相当于直流故障电弧检 测装置对故障电弧的检测标准随着外界环境光照的变化而变化，使得判断故障电弧标 准准确跟踪检测装置的输入电量变化轨迹。按照本发明方法的要求，阈值在故障电弧 发生时刻t₃以后保持不变，而非继续跟随由故障电弧引发的偏低系统工作点，如图5b 中t₃时刻后的虚线所示，有效避免了特征量阈值设定受故障电弧对系统电量的干扰， 由此准确检测各系统工作点下的故障电弧。

卷积云飘过、飞机掠过、树叶飘过、鸟儿飞过等短时光照变化，光伏系统从正常 稳定光照天气环境进入有遮蔽物的稳定非正常光照天气环境这一过程同图5所述一 致，不同的是图5a中的状态2这一稳态过程持续很短，而后经历短暂的动态调节过程 又再次恢复到状态1这一稳定过程。因此，光伏系统在遮蔽过程中发生故障电弧的检 测方法同图5类似。

结合图6，阐述以日落为代表的短时光照变化天气环境下，直流故障电弧检测装 置跟踪光伏系统工作点动态调节生成判别特征量阈值的过程和应对这些环境下突发的 故障电弧检测过程。

图6a以日落为例，说明了光伏系统从正常稳定光照天气环境慢慢进入黑夜(日落) 或从黑夜慢慢进入正常稳定光照天气环境(日出)等短时光照变化天气环境的光伏系统 工作点变化轨迹。开始的晴天可认为是光伏系统所处的1状态，其光照强度对应为 E₁(W/m²)，光伏系统的输出特性曲线对应为L₁，系统稳定工作点为A(P，U)，判断特 征量设定阈值为F；最终临界光照可认为是光伏系统所处的2状态，其光照强度对应 为E₂(W/m²)，光伏系统的输出特性曲线对应为L₂，系统工作点为B(P'，U')，而后沿 着L₂调整工作点至C(0，U')[其中，U'为逆变器工作的门槛电压]。此时整个光伏系统 有电压输出而无电流输出，对应系统在临界光照下的开路工作点。

系统从晴天全光照渐渐进入临界光照或从临界光照渐渐进入全光照，光伏系统的 光照需经历约一小时的渐进变化。这些情况下的动态调节过程缓慢，故而中间所选取 的离散动态调节系统工作点较多，依旧按新阈值设定方法得到图6b。

若故障发生于这一过程尤其是日落即将结束时，被检测电量幅值大幅下降，必然 引发直流故障电弧保护装置拒动，小电流电弧持续燃烧破坏光伏组件甚至引发火灾。 故而应用图6b中的多个动态变化的判断阈值，对应于状态1与状态2之间的多个工作 状态，有效防止这些环境下的潜在故障电弧。状态2之后阈值为0，此时光伏系统无 电流输出，电压也极小，因而可以停止对故障电弧的检测。需要说明的是，若这里采 用电压量为初始阈值对应工作点及当前新工作点的反映特征量，则新设定阈值的换算公 式变为阈值在临界光照之后仍旧跟随工作点变化而变化直至系统完全停 止工作(输出电流、电压均为0)为止。

图5和图6论证了本发明方法能有效防止非正常光照条件下的光伏系统故障电弧 问题，保障光伏系统在阴雨天、日出日落等常见的光照条件下仍能正常工作，由此充 分利用了这些气象环境的非正常光照，延长整个光伏系统发电时间的同时还增加了系 统的发电能力。

结合图7，阐述以飞机掠过为代表的短时光照变化天气环境下，直流故障电弧检 测装置跟踪光伏系统工作点动态调节生成判别特征量阈值的过程和应对这些环境结束 后突发的故障电弧检测过程。

图7a以卷积云飘过为例，说明了光伏系统从正常稳定光照天气环境进入卷积云飘 过、飞机掠过、树叶飘过、鸟儿飞过等短时光照变化环境的光伏系统工作点变化轨迹。 由前所述，这些情况下的光伏系统环境在状态1快速调节到状态2，停留一段时间后 又恢复至状态1。

图7c说明了一种十分巧合的非正常光照条件下的故障电弧情形。光伏系统在这种 短时光照变化环境结束即将恢复至正常光照时(t₃时刻)系统突发故障情况，正常光照令 MPPT算法调高系统工作点，系统内的采样检测电量幅值升高，但此时恰好发生串联 故障电弧令采样检测电量下降，光伏系统受光照增强而增加的能量恰好全部供给故障 电弧，使其一直处于状态2之下，类似于卷积云一直在光伏系统上端。而目前的故障 电弧检测算法设计的初始阈值可以躲避将天气变化误认为串联故障电弧，即不会认为 t₁到t₂电量变动是故障电弧引发的，而后由于系统检测电量持续保持不变，因此在t₃时刻所发生的故障电弧依靠原始设定阈值是无法得以检测的。

通过本发明检测方法，借助图7b中的变化判断阈值，令直流故障电弧检测装置阈 值在t₁时刻持续走低，且在t₃时刻故障发生后保持这一调小后的阈值不变，令此时的 故障电弧得以检测。

本发明在MPPT算法动态调节系统工作点不是由故障电弧事件引起时，通过使判 断故障电弧特征量阈值紧密跟踪MPPT算法调节的系统工作点变动曲线，便能应对光 照变化引发故障电弧检测电量动态变动或持续偏低等情形，保障检测装置能随时有效 检测到光伏系统内的故障电弧。本发明方法弥补了故障电弧检测保护装置的漏洞，提 升了直流故障电弧检测装置应对天气环境变化的能力，使得直流故障电弧检测保护装 置在任何环境下都能准确可靠的动作，及时切断光伏系统中的故障电弧，使得光伏系 统在上述情况下发生火灾的可能性大大减小，确保光伏系统在任何环境下均能安全运 行，防止这些环境下不易检测的故障电弧所引起的生命财产损失，切实保障了生命财 产安全。本发明方法对于直流故障电弧检测装置任何集成形式的光伏系统、排除故障 光伏块后照常运行的光伏系统进行非正常光照检测均适用。