DC电弧检测和光伏电站分析系统
阅读：618发布：2020-05-11
专利汇可以提供DC电弧检测和光伏电站分析系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及DC 电弧 检测和光伏电站分析系统。电弧检测方法包括：对于 信号 的当前 帧 的多个区间中的每一个，对电 力 系统中是否存在电弧故障进行分类；如果区间的幅度谱符合第一标准，则将区间标记为候选区间；确定当前帧中的候选区间数；如果候选区间的数量超过最小簇大小，则将候选区间的数量标记为候选簇区间；对于所述候选簇区间中的每个，确定所述候选簇区间是否也是第一信号的前一帧的候选簇区间，并且如果是，则将所述当前帧识别为候选帧并递增候选帧计数；和如果所述候选帧计数超过候选帧计数 阈值 ，则确定所述电力系统中存在电弧故障。，下面是DC电弧检测和光伏电站分析系统专利的具体信息内容。
1.一种耐受电力系统逆变器噪声的电弧检测方法，该方法包括：
对电源线上的信号进行采样，从而以第一采样频率产生一系列数字样本；和通过电弧检测器对所述电力系统中是否存在电弧故障进行分类，其中所述分类还包括：
对于包括该系列数字样本的当前帧的多个区间中的每一个区间，如果所述区间的幅度谱落入第一频率范围并且超过参考幅度谱，则将所述区间标记为候选区间；
确定所述当前帧中的候选区间的数量，其中所述帧中的候选区间的数量包括簇大小；
和
如果所述簇大小超过最小簇大小，则将所述候选区间的数量标记为候选簇区间。
2.权利要求1所述的方法，其中所述分类还包括：
对于所述候选簇区间中的每个，确定所述候选簇区间是否也是该系列数字样本的前一帧的候选簇区间，并且如果是，则将所述当前帧识别为候选帧并递增候选帧计数；和如果所述候选帧计数超过候选帧计数阈值，则确定所述电力系统中存在电弧故障。
3.权利要求1所述的方法，还包括对所述多个数字样本进行滤波以从该系列数字样本中去除所述逆变器的切换噪声频率。
4.权利要求1所述的方法，还包括将该系列数字样本的一部分变换为频域表示。
5.权利要求1所述的方法，其中选择第一采样频率以精确地表示高达100KHz的信号的频谱分量。
6.权利要求1所述的方法，其中所述第一采样频率是500KHz至600KHz范围内的频率。
7.权利要求1所述的方法，其中所述第一采样频率是逆变器的切换噪声频率的整数倍。
8.权利要求1所述的方法，其中所述频率范围包括20KHz到100KHz。
9.权利要求1所述的方法，其中梳状滤波器的长度等于所述第一采样频率除以切换噪声频率。
10.权利要求1所述的方法，还包括剖析所述电力系统以确定所述参考幅度谱的初始水平。
11.权利要求10所述的方法，其中剖析电力系统还包括基于消除基于噪声信号的假弧检测来更新所述参考幅度谱的值。
12.一种具有耐受电力系统的逆变器的噪声的电弧检测的设备，该设备包括：
模数转换器(“ADC”)，用于对电源线上的信号进行采样，从而以第一采样频率产生一系列数字样本；
电弧检测器，用于对所述电力系统中是否存在电弧故障进行分类，其中所述分类还包括：
对于包括所述信号的当前帧的多个区间中的每一个区间，如果所述区间的幅度谱落入第一频率范围并且超过参考幅度谱，则将所述区间标记为候选区间；
确定所述当前帧中的候选区间的数量，其中所述帧中的候选区间的数量包括簇大小；
和
如果所述簇大小超过最小簇大小，则将所述候选区间的数量标记为候选簇区间。
13.权利要求12所述的设备，其中所述分类还包括：
对于所述候选簇区间中的每个，确定所述候选簇区间是否也是该系列数字样本的前一帧的候选簇区间，并且如果是，则将所述当前帧识别为候选帧并递增候选帧计数；和如果所述候选帧计数超过候选帧计数阈值，则确定所述电力系统中存在电弧故障。
14.权利要求12所述的设备，还包括梳状滤波器，用于对所述多个数字样本进行滤波以从该系列数字样本中去除所述逆变器的切换噪声频率。
15.权利要求12所述的设备，还包括快速傅立叶变换(“FFT”)模块，用于将该系列数字样本的第一窗口变换为第一频域表示。
16.权利要求12所述的设备，其中所述电力系统包括光伏(“PV”)电力系统。
17.一种用于对电力系统中是否存在电弧故障进行分类的方法，包括：
对于包括一系列数字样本的当前帧的多个区间中的每一个区间，包括以第一采样频率采样所述电力系统的电源线上的信号，如果所述区间的幅度谱落入第一频率范围并且超过参考幅度谱，则将所述区间标记为候选区间；
确定所述当前帧中的候选区间的数量，其中所述帧中的候选区间的数量包括簇大小；
如果所述簇大小超过最小簇大小，则将所述候选区间的数量标记为候选簇区间；
对于所述候选簇区间中的每个，确定所述候选簇区间是否也是该系列数字样本的前一帧的候选簇区间，并且如果是，则将所述当前帧识别为候选帧并递增候选帧计数；和如果所述候选帧计数超过候选帧计数阈值，则确定所述电力系统中存在电弧故障。
18.权利要求17所述的方法，其中所述频率范围包括20KHz到100KHz。
19.权利要求17所述的方法，还包括：
还包括剖析所述电力系统以确定所述参考幅度谱的初始水平；和
基于消除基于噪声信号的假弧检测来更新所述参考幅度谱的值。
20.权利要求17所述的方法，其中所述电力系统包括光伏(“PV”)电力系统。
DC电弧检测和光伏电站分析系统
技术领域
[0001] 本公开一般涉及光伏(“PV”)发电系统领域，更具体地，涉及用于PV逆变器的DC电弧检测和工厂剖析的技术。
背景技术
[0002] 电力系统无处不在。电力系统的示例包括工业发电厂、太阳能发电场、风电场、住宅太阳能电力系统和电动汽车。通常，电力系统供应、传输和消耗电力。电源通常通过电缆传输；在某些情况下，电缆可能会断开，导体之间留有一个小气隙。取决于气隙周围的环境，在两个导体之间可能形成电弧，如果电力系统的故障部分没有及时关闭，则可能是危险的。特别是当涉及高压电源时，电击或火灾的风险很高。出于这个原因，许多电力系统配备有用于检测电弧故障的电弧检测器，其可以用于触发可以机械地断开电源的电弧故障电路中断器。例如，太阳能行业已经开发出PV电弧故障电路保护标准就不足为奇了。
发明内容
发明内容
[0003] 公开一种耐受电力系统逆变器噪声的电弧检测方法，包括：通过模数转换器对第一电源线上的第一信号进行采样，从而以第一采样频率产生多个第一数字样本；使用梳状滤波器对所述多个数字样本进行滤波，以从所述第一数字样本中去除逆变器的切换噪声频率；使用快速傅立叶变换(“FFT”)模块，例如，将第一数字样本的第一窗口变换为第一频域表示；和通过电弧检测器对所述电力系统中是否存在电弧故障进行分类。分类还包括：对于包括第一信号的当前帧的多个区间中的每一个区间，如果所述区间的幅度谱落入第一频率范围并且超过参考幅度谱，则将所述区间标记为候选区间；确定所述当前帧中的候选区间数，其中所述帧中的候选区间数包括簇大小；如果所述簇大小超过最小簇大小，则将所述候选区间的数量标记为候选簇区间；对于所述候选簇区间中的每个，确定所述候选簇区间是否也是第一信号的前一帧的候选簇区间，并且如果是，则将所述当前帧识别为候选帧并递增候选帧计数；和如果所述候选帧计数超过候选帧计数阈值，则确定所述电力系统中存在电弧故障。附图说明
[0004] 为了更完整地理解本公开及其特征和优点，结合附图参考以下描述，其中相同的附图标记表示相同的部分，其中：
[0006] 图2是PV系统的简化示意图，示出了根据本文描述的实施例的并联电弧的示例性出现。
[0007] 图3是示例性DC电流谱的三维表示，其中根据本文描述的实施例的特征发生电弧。
[0008] 图4是根据本文描述的实施例的特征的DC电流中的噪声的二维表示。
[0009] 图5A-5C是根据本文描述的实施例的特征的电弧检测和工厂剖析系统的简化框图。
[0010] 图6A是根据本公开的一些实施例的示例性电力系统的简化框图，其示出了一串光伏面板上的瞬态噪声源。
[0011] 图6B是根据本公开的一些实施例的示例性电力系统的简化框图，其示出了多串光伏面板上的全局噪声源。
[0013] 图8是说明用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的候选偏差的逻辑的流程图。
[0014] 图9是说明用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的候选簇的逻辑的流程图。
[0015] 图10是说明用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的帧状态的逻辑的流程图。
[0016] 图11是说明用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的电弧状态的逻辑的流程图。
[0017] 图12是说明根据本文所述实施例的特征的用于计算参考幅度谱的逻辑的流程图，该参考幅度谱可由图5A-5C的电弧检测和工厂剖析系统实现。
[0018] 图13是示出了根据本文描述的实施例的特征的可以由图5A-5C的电弧检测和工厂剖析系统实现的工厂剖析逻辑的流程图。
[0019] 图14是说明用于更新与图13的工厂剖析逻辑有关的中断簇的参考的逻辑的流程图。
[0021] 图16是说明与图13的工厂剖析逻辑有关的中断簇的过程的流程图。
具体实施方式
[0022] 自1980年左右以来，光伏(“PV”)发电系统已在全球范围内用于商业和住宅应用。光伏发电系统是清洁、环保和可持续的能源。限制光伏发电系统广泛采用的一个因素是这种系统的成本，近年来这种系统已经大大减少。到2015年底累计安装的太阳能光伏发电容量同比增长29％至229吉瓦。预计到2020年全球装机容量将达到700GW。光伏发电系统安装的快速扩张导致更清洁的能源供应，但也带来潜在的危害。例如，仅在美国，由于光伏系统中的电弧放电引起了许多引人注目的火灾。
[0023] 在PV发电系统的DC布线中可能出现两种不同类型的电弧。“串联电弧”是电路中导体或连接器的预期连续性失效的结果，而“并联电弧”是导体之间的非预期电流路径的结果。图1示出了电路102中的串联电弧100的示例，电路102包括逆变器103、DC开关104和两串PV模块106A、106B。如图1所示，串联电弧100发生为串106A的导体108的预期连续性的失效。图2示出了电路202中的并联电弧200的示例，电路202包括逆变器202、DC开关204和两串PV模块206A、206B。如图2所示，并联电弧200由于串206A的导体208A和串206B的导体208B之间的非预期电流路径而发生。
[0024] 已经在PV模块的内部互连，PV模块背面的接线盒以及PV模块串和逆变器之间的DC布线的导体和连接器中观察或报告了电弧故障。对导致火灾的光伏发电系统故障的法证分析表明，绝大多数是由串联电弧故障或接地故障引起的。如果未检测到，接地故障可能导致并联电弧故障，但防止此类故障的最佳方法是改善接地故障的检测。正因为如此，光伏产业，包括相关的代码和标准委员会，一直专注于光伏系统中串联电弧的检测和缓解。为解决与光伏系统电弧放电相关的危险，美国国家电气规范(“NEC”)已要求自2011年起将电弧故障断路器(“AFCI”)纳入屋顶系统以及自2014年以来的所有系统。保险商实验室(“UL”)创建了列出AFCI(”UL 1699B“)的调查大纲，要求AFCI检测300至900W之间的电弧故障。
[0025] 图4示出了DC电流的频谱图400。如图4所示，弧402在大约40秒处开始，在图4中用附图标记404表示，并且延伸到大约90秒，在图4中由附图标记406表示。换句话说，图4示出了发生电弧时噪声基底会上升。图5是频谱图500，示出了对于各种逆变器配置，图4中所示的DC电流的相应噪声电平。从图5中可以清楚地看出，当电弧402出现时，噪声水平上升。结果，已经开发了电弧检测算法，其观察DC电流的光谱含量以检测电弧的发生。这样的算法监视多个频率并且当在大多数或所有被监视频率中存在升高的噪声含量时标记已经发生的电弧。噪声水平的变化(如图5所示)使得难以使用单组参考值来检测电弧以进行比较。
[0026] 为了获得良好的检测精度，在所有操作条件下噪声水平应该存在明显差异。如前所述，图5的频谱图500示出了图3的表中列出的各种逆变器配置的噪声。应注意，噪声电平随配置而变化并且对于许多频带达到近弧噪声电平。结果，难以选择能够将来自电弧的噪声与来自其他源的噪声明显区分开的光谱水平。
[0027] 直流电弧检测的挑战包括电弧产生的噪声在到达测量点之前通过PV模块和连接器传播。直流电缆可能无法承载高频内容并导致路径上的可变衰减。另外，天线效应、串扰和其他RF现象进一步改变了信号轮廓和特性。此外，逆变器在逆变器的开关频率和谐波处产生噪声。
[0028] 文献中描述的各种DC电弧检测技术可大致分类为采用时域特征的那些和采用频域特征的那些。采用时域特征的DC电弧检测技术主要依赖于电弧电流信号。一些使用信号的统计特性，例如均值和方差。其他技术使用电流突然下降，还有一些技术报告使用电流电压斜率的快速变化来识别电弧的开始。
[0029] 采用频域签名的DC电弧检测技术通常涉及将一个或多个频带中的频谱能量与阈值进行比较以做出决定。算法可以使用小波包来获得特定频带中的能量并将RMS值与阈值进行比较。无论采用何种方法，阈值的选择都起着重要作用；然而，大多数提出的技术都没有提到用于选择阈值的确切程序。在至少一种技术中，从实验结果手动计算阈值，并且将用于自动计算阈值的程序留作未来工作。在弧的转变或开始时使用特性的技术假设信号被连续采样，这阻止了多个信道的时分复用。
[0030] 这里描述的实施例涉及计算上廉价的技术，其中弧信号的频谱和时间特性被组合，即使在存在噪声的情况下也提供良好的检测性能。实施例还涉及用于计算决策所需参数的过程和用于使这些参数自动适应由于各种环境因素引起的逆变器行为变化的技术。
[0031] 图5A是根据本文描述的实施例的特征的具有电弧检测和工厂剖析系统的说明性电力系统600的示意性框图。电力系统600(在该示例中为光伏(“PV”)系统)包括一个或多个PV模块(例如，太阳能电池板)或一个或多个PV模块串602和逆变器604。尽管系统600被示为仅包括单个逆变器604，具有许多PV模块502的PV系统可包括多个逆变器。逆变器604可以包括脉冲宽度调制(“PWM”)控制器606，其是可以使用PWM将DC功率转换为受控AC功率的半导体或电子设备。PWM控制器606可以包括用于控制功能的电路，以及用于产生具有开关频率的脉冲宽度调制波形的电路(例如，包括影响PWM波形的控制环路或调度器)。PWM切换是精确调节功率水平的有效方式，但PWM控制器606中的切换设备的瞬变可能在电力系统600中产生切换干扰(频谱中的谐波)，这可能影响电弧检测和电弧检测器设计。
[0032] 除了PWM控制器606之外，逆变器还可以包括电弧检测和工厂剖析系统608。电弧检测和工厂剖析系统608可以包括模拟前端(“AFE”)610和电弧检测器616。如图所示。在图5B中，AFE 610(模拟或混合信号处理)包括高频(“HF”)电流传感器612A，用于感测电源线614上的信号并将其提供给低通滤波器(“LPF”)612B，其过滤所感测的信号并将滤波的信号提供给模数转换器(“ADC”)612C，其接收滤波后的信号(电压或电流)作为输入，并提供数字样本作为输出。ADC 612C可以对第一电源线614上的第一信号进行采样，以便以与逆变器的脉冲宽度调制控制器的开关频率相干的采样频率生成多个第一数字样本。还如图5B所示，电弧检测器616(数字信号处理)可以包括用于衰减对应于开关频率的频谱能量的梳状滤波器620A，以及用于将第一数字样本的第一窗口(作为输入)变换为第一频域表示(作为输出)的快速傅里叶变换(“FFT”)模块620B。取决于在FFT之前是否将信号调节应用于数字样本，FFT模块620B的输入可以包括原始的第一数字样本或第一数字样本的导出(处理/过滤的版本)。电弧检测器616还包括判决逻辑622，用于执行本文所述的用于电弧检测和工厂剖析的各种技术。
[0033] 再次参照图5A，当检测到电弧故障时，电弧检测器616可以输出信号D，该信号可以触发一个或多个动作，例如打开指示灯、发出警报、关闭逆变器、向PWM控制器606发信号、触发电路中断器624、将PV模块与串断开，等等。
[0034] 将电弧检测和工厂剖析系统608集成到逆变器604中提供了许多技术优势。如果已知开关频率F_PWM，则电弧检测和工厂剖析系统608可以执行得更好(改善信号调节和/或改善分类)。PWM控制器606可以向电弧检测器616提供F_PWM或开关频率信息。在一些实施例中，PWM开关频率F_PWM可用于电弧检测器系统616，使得ADC 612C可以调整其采样频率以确保相干采样。此外，将电弧检测和工厂剖析系统608集成在与PWM控制器606相同的逆变器中意味着ADC 612C和PWM控制器606可以由相同的时钟信号CLK或时钟信号CLK1和CLK2(分别)计时。可以基于用于相干采样的相同根时钟生成时钟信号CLK1和CLK2。产生时钟信号CLK(或在一些实施例中，产生两个时钟信号CLK1、CLK2)的公共时钟发生器618(即，因此具有共同的时钟晶体)可用于ADC 612和PWM控制器606的部分，以产生PWM波形。
[0035] 图5C示出了根据本公开的一些实施例的用于提供电弧检测器(例如电弧检测器616)的示例性硬件。电弧检测器的一个或多个部分或过程(例如，如图5A和5B所示，特别是决策逻辑622)可以由处理器630实现或执行，执行存储在存储器632上的指令。诸如数字样本和频域表示(“FFT捕获”)的数据也可以存储在存储器632。
[0036] 用于电弧检测的各种设备的部件可包括用于执行本文所述功能的电子电路。在一些情况下，设备的一个或多个部分可以由专门配置用于执行本文描述的功能的处理器提供。例如，处理器可以包括一个或多个专用组件，或者可以包括可编程逻辑门，其被配置为执行本文描述的功能。电路可以在模拟域、数字域或混合信号域中操作。在一些情况下，处理器可以被配置为通过执行存储在非暂时性计算机介质上的一个或多个指令来执行本文描述的功能。
[0037] 在一个示例实施例中，图5A和5B的任何数量的电路可以在相关电子设备(例如逆变器)的板上实现。该板可以是通用电路板，其可以保持电子设备的内部电子系统的各种组件，并且还提供用于其他外围设备的连接器。更具体地，电路板可以提供电连接，系统的其他部件可以通过该电连接电连接。基于特定配置需求、处理需求、计算机设计等，任何合适的处理器(包括数字信号处理器、微处理器、支持芯片组等)、计算机可读的非暂时性存储元件等都可以适当地耦合到板。诸如外部存储器、附加传感器、用于音频/视频显示器的控制器和外围设备的其他组件可以作为插入式卡，通过电缆或者集成到板本身中而附接到板上。在各种实施例中，本文描述的功能可以以仿真形式实现为在以支持这些功能的结构布置的一个或多个可配置(例如，可编程)元件内运行的软件或固件。提供仿真的软件或固件可以在非暂时性计算机可读存储介质上提供，该非暂时性计算机可读存储介质包括允许处理器执行那些功能的指令。
[0038] 在另一示例实施例中，图5A和5B的电路可以实现为独立模块(例如，具有相关组件和配置为执行特定应用或功能的电路的设备)或者作为插件模块实现为电子设备的专用硬件。注意，本公开的特定实施例可以部分地或整体地容易地包括在片上系统(“SOC”)封装中。SOC表示将计算机或其他电子系统的组件集成到单个芯片中的IC。它可以包含数字、模拟、混合信号以及通常的射频功能：所有这些功能都可以在单个芯片衬底上提供。其他实施例可以包括多芯片模块(“MCM”)，其中多个单独的IC位于单个电子封装内并且被配置为通过电子封装彼此紧密地交互。在各种其他实施例中，电弧检测功能可以在专用集成电路(“ASIC”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)和其他半导体芯片中的一个或多个硅芯中实现。
[0039] 这里描述的方法利用电弧信号的两个关键特性：(1)当电弧发生时，所有频带的DC电流的高频频谱分量的幅度增加，只要电弧存在就继续，并且在20KHz至100KHz范围内最显著；(2)各个频带中频谱分量的相对幅度在电弧持续时间内保持不变。
[0040] 虽然数字样本的相干采样和信号调节有助于减少拖尾，但其他噪声源可能会影响电弧检测器的准确度，或导致误报。图6A示出了根据本公开的一些实施例的示例性电力系统，其示出了多串光伏面板上的瞬态噪声源(描绘为螺栓)。在该示例中，电力系统具有三个PV串和一个或多个逆变器。当在t＝T时发生实际电弧故障时，频谱很可能将状态从具有非电弧特征的状态改变为具有电弧特征的改变状态。可以预期，在去除电弧故障之前，频谱将保持在改变状态。相反，当存在瞬态噪声源时，频谱可以在非常短的持续时间内变为改变状态并返回到非电弧状态。重要的是在存在这种噪声源的情况下不能检测到电弧故障。为了解决仅在短时间内影响频谱的噪声源(“瞬变”)，电弧检测器可以包括时域平均部分，用于对多个频域表示上的特定区间(一个(可编程的)FFT捕获窗口)的值求平均，以生成电力系统的功率谱的时域平均值，并且分类器可以进一步基于时域平均来分类是否存在电弧故障。时域平均值可以消除任何不太可能与电弧故障相关的瞬变，从而防止那些瞬态噪声源引起误报。
[0041] 除瞬态噪声源外，其他全局噪声源可能会影响电弧检测。图6B示出了根据本公开的一些实施例的用于示出影响电弧检测的一串光伏面板上的全局噪声源的示例性电力系统。在该示例中，电力系统具有三个PV串和一个或多个逆变器。如果存在全局噪声源，例如，由三个PV串驱动的卡车并且同时改变相应的频谱，则当电弧实际上不存在时，电弧检测器可能潜在地检测到电弧并且不必要地关闭所有三个PV串。假设在给定时间在一个PV串上更可能发生电弧放电，并且这样的全局噪声源将同时干扰对应于三个PV串的所有三个频谱(例如，其电源线上的信号被采样并分别转换为FFT捕获)，则分类器可以在给定时间利用与多个PV串相关联的多个FFT捕获来拒绝由全局噪声源引起的误报。例如，分类器可以基于多个频域表示来分类电力系统中是否存在电弧故障，包括(1)基于第一电源线的第一信号的第一数字样本的第一窗口生成的第一频域表示和(2)基于与第一电源线相同的电力系统中的第二电源线的第二信号的第二数字样本的第二窗口生成的第二频域表示。如果第一和第二频域表示都触发电弧检测，则分类器可以覆盖或忽略这种并发触发，因为并发触发不太可能与实际电弧故障相关联(更可能仅在一条电源线上发生)。在一些实施例中，并发触发器的覆盖更受限制。例如，假设全局噪声源将出现在固定频带或频率区间的多个频谱上，则如果触发源自相同的频率区间，则分类器可以仅过度并行触发并行触发。
[0042] 在整个公开内容中使用以下定义：
[0043] 梳状滤波器：形式的滤波器
[0044] y[n]＝x[n]+αx[n-K] (1)
[0045] 出于示例的目的，假设α＝1。
[0046] 帧：来自ADC的样本集合。样本数“N”定义为N＝M+K (2)
[0047] 其中M-FFT的长度K-梳状滤波器的长度。
[0048] 幅度谱：帧的快速傅立叶变换(“FFT”)输出的幅度。
[0049] 区间：表示帧的FFT输出的索引。如果ADC的采样率是Fs并且FFT长度是M，则第n个区间对应于频率n*Fs/M。
[0050] 候选区间：幅度谱值大于预先配置的参考值的区间。增加可能是由噪音或电弧引起的。
[0051] 普通区间：不是候选区间的区间。
[0052] 簇：连续候选区间的集合。帧可以具有一个或多个簇。
[0053] 簇大小：簇中的区间数。
[0054] 候选簇：簇大小大于配置值最小簇大小的簇。
[0055] 帧状态：帧可以是两种类型中的一种，包括候选帧和普通帧。
[0056] 候选帧：显示与弧的噪声类似的光谱特征的帧。
[0057] 弧状态：有两种类型的弧状态，包括检测到的弧和未检测到的弧。
[0058] 参考光谱：存储的幅度谱参考值，用于比较以确定候选区间。
[0059] 工厂剖析：识别光伏逆变器安装的参考光谱的过程。
[0060] 再次参考图5B，DC链路电流的高频含量由电流传感器612A感测，其可以使用分流器、Rogowski线圈或电流互感器(“CT”)来实现。所感测的电流由LPF 612B低通滤波以避免抗混叠并且在输入到ADC 612C之前被放大。可以认识到，当发生电弧时，DC电流的高频频谱分量的幅度增加，并且在20KHz到100KHz的范围内增加最明显；因此，应选择采样频率，使其准确地表示高达100KHz的频谱分量。根据这里描述的实施例的特征，使用500KHz到600KHz的采样频率，使得LPF 612B具有大的过渡带并且可以廉价地实现。选择精确的采样频率，使其成为逆变器的切换噪声频率的整数倍。梳状滤波器620A应配置成去除逆变器切换噪声频率。梳状滤波器的长度K计算如下：
[0061] K＝Fs/Fn (3)
[0062] 其中Fs是采样频率，Fn是开关频率。
[0063] 在其最简单的形式中，检测算法/判定逻辑620C将幅度谱与20KHz至100KHz的频率范围内的参考进行比较。如果任何区间的幅度谱超过参考值，则可发出电弧警告。应该认识到，难以识别干净地将噪声与其他源和电弧分开的参考电平；因此，在选择参考水平之前，需要评估电弧噪声的特性。已经观察到，在电弧的情况下，即使在整个频率范围上出现频谱含量增加，最高能量区间也集中在一小段区间中。频带和幅度的确切范围随电弧的位置和环境而变化；然而，从一帧到另一帧，区间频带的位置或多或少相同。该属性可用于更准确地预测弧的出现。用于实现此目的的详细算法在图7-11的流程图中示出。
[0064] 现在将描述根据本文描述的实施例的工厂剖析的概念。如前所述，直流链路频率产生的噪声随逆变器和其他环境因素而变化；因此，重要的是，对于每个设备，分别计算将其他噪声与电弧噪声分开的参考幅度谱水平。该过程被称为“工厂剖析”。用于计算参考幅度谱的简单算法在图12中示出。通常，该算法寻找在正常操作期间发生的幅度谱的最大值，并应用缩放因子以允许额外的噪声。如果算法运行足够的持续时间，则可以捕获系统中DC链路中的所有噪声的最大值。如果检测到大于参考的噪声，则表示电弧的概率很高。如果剖析过程中的噪音很低，这种类型的工厂剖析效果很好；但是，使用这种技术确定的参考值将偏向较高的一侧，从而防止检测到弱电弧。例如，考虑在剖析期间发生范围从20KHz到100KHz的频率扫描形式的假设噪声。每个帧将具有一个频率的音调，并且参考将被这些音调的幅度谱破坏。
[0065] 用于执行工厂剖析的技术在图13中示出。如图13所示，该技术仅查找与电弧噪声的特性匹配的噪声并相应地更新参考。对于在非弧信号中识别的每个簇，该技术更新参考，使得错误地识别为弧的簇将被破坏。可以以许多方式更新参考以破坏簇，例如图14中所示，但重要的是仅针对所需的区间增加参考并且仅增加到所需的值。图16中示出了用于断开簇的示例过程。由于用于切换噪声和其他干扰的属性与电弧噪声不同，因此系统将在剖析期间对这些信号的影响具有鲁棒性。
[0066] 逆变器中的噪声特性随着逆变器的部署环境而变化，应定期更新以提供正确的电弧状态。所提出的工厂剖析技术包括与检测技术相同的许多步骤；因此，每次使用未缩放的参考值运行计算成本低廉。该算法可以被配置为在每个“N”小时的剖析之后更新参考。另外和/或替代地，系统可以被配置为重置配置文件以限制长时间噪声的传播或累积。修改为与检测一起运行的剖析算法在图15中示出。
[0067] 再次参考图7，其中示出了根据本文描述的实施例的特征，示出可以由图5A-5C的电弧检测和工厂剖析系统实现的电弧检测判定逻辑的流程图。如图7所示，在步骤700中，获得新帧并将其识别为当前帧。在步骤702中，识别当前帧的候选区间(图8)。在步骤704中，识别所识别的候选区间的候选簇(图9)。在步骤706中，确定当前帧的当前帧状态(图10)。在步骤708中，确定当前帧的弧状态(图11)。在步骤710中，确定所确定的弧状态是否是“弧检测到的”。如果不是，则执行前进到步骤712，其中更新当前帧的候选簇，然后返回到步骤700以获得另一帧。。如果在步骤710中做出肯定确定，则执行前进到步骤714，在步骤714中发出电弧警告并且可以采取适当的步骤。
[0068] 再次参考图8，其中示出了示出用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的候选偏差的逻辑的流程图。在步骤800中，初始化当前帧的所有区间并将其标记为“正常区间”。步骤802，将梳状滤波器应用于帧上，并从信号中去除特定频率，例如切换频率和相关谐波。梳状滤波器的输出是一组样本。在步骤804中，将FFT应用于滤波后的信号。在步骤806中，针对每个区间计算幅度谱。在步骤808中，识别具有在低阈值(例如，20KHz)和高阈值(例如，100KHz)之间并且超过参考幅度谱的幅度谱的区间，并将其标记为“候选区间”。
[0069] 再次参考图9，其中示出了示出用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的候选簇的逻辑的流程图。在步骤900中，初始化所有区间并将其标记为“正常”。在步骤902中，下一个区间被标识为当前区间。在步骤904中，确定在步骤902中识别的当前区间是否是候选区间。如果是，则执行前进到步骤906，其中将当前区间添加到当前簇，并且簇大小的值递增1。然后执行进行到步骤908，在步骤908中，确定区间是否是帧中的最后一个区间。如果不是，则执行返回到步骤902，并且将帧中的下一个区间识别为当前区间。如果在步骤904中做出否定的确定，意味着已经到达簇的末尾，则执行前进到步骤910，在步骤910中，确定簇大小的值是否大于最小簇大小的值。如果是，则执行前进到步骤912，其中簇中的所有区间都被标记为候选簇区间，然后到步骤914，其中簇大小被设置为0。执行然后进行到步骤908。如果在步骤908中做出肯定的确定，执行进行到步骤916，其中该过程终止。如果在步骤910中做出否定的确定，指示该簇不满足要被视为候选簇的大小要求，则执行前进到步骤914。
[0070] 再次参考图10，其中示出了示出用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的帧状态的逻辑的流程图。具体地，图10中所示的过程检查候选簇是否跨越与前一帧和当前帧相同的区间。这被称为“一致性”。如果重叠区间的数量超过最小阈值，则将当前帧视为候选帧。执行在步骤1000开始，其中帧被初始化并标记为“正常”帧。在步骤1002中，将帧中的下一个候选簇标识为当前簇。在步骤1004中，将当前簇中的下一个区间标识为当前区间。在步骤1006中，确定当前区间是否是先前帧中的候选簇的一部分。如果是，则执行前进到步骤1008，其中候选区间值的值递增，然后到步骤1010。如果在步骤1006中做出否定的确定，则执行直接进行到步骤1010。在步骤1010中，确定当前区间是否是当前候选簇中的最后一个区间。如果不是，则执行返回步骤1004；否则，执行进行到步骤1012。在步骤1012，确定一致区间的值是否大于最小一致区间的值。如果是，则执行前进到步骤1014，其中将当前帧识别为候选帧。如果在步骤1012中做出否定的确定，则执行前进到步骤1016，在步骤1016中，确定候选簇是否是当前帧中的最后一个。如果是，则执行进行到步骤1018，其中该过程终止；
类似地，在完成步骤1014时，执行前进到步骤1018。如果在步骤1016中做出否定的确定，则执行返回到步骤1002。
类似地，在完成步骤1014时，执行前进到步骤1018。如果在步骤1016中做出否定的确定，则执行返回到步骤1002。
[0071] 再次参照图11，其中示出了一个流程图，示出了用于识别与图7的电弧检测判定逻辑有关的电弧状态的逻辑。在步骤1100中，获得当前帧的帧状态。在步骤1102中，确定当前帧是否是候选帧。如果是，则执行前进到步骤1104，其中递增连续候选帧的数量。执行然后进行到步骤1106。如果在步骤1102中做出否定的确定，则执行直接进行到步骤1106。在步骤1106，确定连续候选帧的数量是否大于预定阈值。如果不是，则执行前进到步骤1108，其中将电弧状态设置为“未检测到电弧”。如果在步骤1106中作出肯定确定，则执行前进到步骤
1110，其中电弧状态被设置为“检测到电弧”。完成步骤1108或1110中的任何一个后，执行在步骤1112中终止。
1110，其中电弧状态被设置为“检测到电弧”。完成步骤1108或1110中的任何一个后，执行在步骤1112中终止。
[0072] 再次参考图12，其中示出了根据本文描述的实施例的特征，用于计算可以由图5A-5C的电弧检测和工厂剖析系统实现的参考幅度谱(“ref”)的流程图。在步骤1200中，将ref的值初始化为0。在步骤1202中，识别新帧。在步骤1204中，将梳状滤波器应用于帧。在步骤
1206中，将FFT应用于滤波后的帧。在步骤1208中，计算帧的幅度谱。在步骤1210中，将refbin设置为等于max(refbin，magbin)。在步骤1212中，确定当前区间是否是帧中的最后一个区间。
如果不是，则执行返回步骤1210；否则，执行进行到步骤1214，在步骤1214中，确定是否停止剖析。如果否，则执行返回步骤1212；否则，执行进行到步骤1216。在步骤1216，将ref设置为等于ref乘以缩放因子。然后，执行在步骤1218中终止。
1206中，将FFT应用于滤波后的帧。在步骤1208中，计算帧的幅度谱。在步骤1210中，将refbin设置为等于max(refbin，magbin)。在步骤1212中，确定当前区间是否是帧中的最后一个区间。
如果不是，则执行返回步骤1210；否则，执行进行到步骤1214，在步骤1214中，确定是否停止剖析。如果否，则执行返回步骤1212；否则，执行进行到步骤1216。在步骤1216，将ref设置为等于ref乘以缩放因子。然后，执行在步骤1218中终止。
[0073] 再次参考图13，其中示出了根据本文描述的实施例的特征的可以由图5A-5C的电弧检测和工厂剖析系统实现的工厂剖析逻辑的流程图。在步骤1300中，识别下一帧。在步骤1302中，识别帧的候选区间(图8)。在步骤1304中，识别候选簇(图9)。在步骤1306中，更新ref(图13)。在步骤1308中，确定是否停止剖析。如果在步骤1308中做出否定的确定，则执行返回到步骤1300；否则，执行进行到步骤1310。在步骤1310中，将ref设置为等于ref乘以缩放因子。然后，执行在步骤1312中终止。
[0074] 再次参考图14，其中示出了流程图，该流程图示出了用于更新与图13的工厂剖析逻辑相关的中断簇的引用的逻辑。在步骤1400中，初始化该过程。在步骤1402中，将当前帧中的下一候选簇标识为当前候选簇。在步骤1404中，将当前候选簇中的下一个区间标识为当前区间。在步骤1406中，确定当前区间是否是先前帧中的候选簇的一部分。如果是，则执行前进到步骤1408，其中增加一致区间的值，然后进行到步骤1410。如果在步骤1406中做出否定的确定，则执行直接进行到步骤1410。在步骤1410，确定当前区间是否是当前候选簇中的最后一个区间。如果不是，则执行返回步骤1404；否则，执行进行到步骤1412。在步骤1412，确定一致区间的值是否大于最大一致区间的值。如果是，则执行前进到步骤1414，其中更新ref以中断簇(如图12所示)，然后到步骤1416。如果在步骤1412中做出否定的确定，则执行直接进行到步骤1416。步骤1416，确定当前候选簇是否是当前帧中的最后候选簇。如果是，则执行进行到步骤1418，其中将参考值写入参考缓冲器；否则，执行返回到步骤1402。
[0075] 再次参考图15，其中示出了流程图，该流程图示出了与图7的电弧检测决策逻辑一致执行的修改的工厂剖析逻辑。在步骤1500中，将未缩放的参考加载到存储器中。在步骤1502中，将下一帧识别为当前帧。在步骤1504中，未缩放的参考用于识别当前帧中的候选区间。在步骤1506中，识别当前帧中的候选簇。在步骤1508中，更新ref的未来值的候选者。在步骤1510，确定是否是时间更新参考缓冲区，如用户或管理员所指示的。若否，则执行返回步骤1502；否则，执行进行到步骤1512，其中如上所述更新ref的值。在步骤1514中，确定是否是重置参考缓冲器的时间。若否，则执行返回步骤1502；否则，执行进行到步骤1516，其中包含未来ref值的候选者的参考缓冲器被设置为0，然后返回到步骤1502。
[0076] 再次参考图16，其中示出了用于断开与图13的工厂剖析逻辑相关的簇的过程。在步骤1600中，将新簇(开始，大小)识别为当前簇。如前所述，簇是区间的集合；例如，特定簇可以来自区间10到18。在该示例中，簇起始值是10并且大小是8，因此簇被标识为簇(10，8)。在步骤1602中，确定当前簇的大小是否小于最小簇大小。如果是，则执行在步骤1603中终止；否则，执行进行到步骤1604，其中将变量sub_cluster设置为等于cluster(start，sizemin)。特别地，如果连续区间的集合超过最小尺寸(例如，5)，则其仅被视为候选区间。假设最小大小为5，则示例簇(大小为8)超出最小大小并需要被破坏，以使其不再是候选簇。在区间处破坏簇表示增加参考缓冲区中特定区间的值，使得该区间中的ref光谱大于幅度谱。
为此，在步骤1606中，将(Valuemin，Posmin)设置为等于min(sub_cluster)。在步骤1606中，min是返回最小值和对应的区间号的函数。在步骤1608中，将ref(Posmin)设置为等于Valuemin。在步骤1610中，将new_cluster设置为等于cluster(Posmin+1,size-Posmin-1)。
为此，在步骤1606中，将(Valuemin，Posmin)设置为等于min(sub_cluster)。在步骤1606中，min是返回最小值和对应的区间号的函数。在步骤1608中，将ref(Posmin)设置为等于Valuemin。在步骤1610中，将new_cluster设置为等于cluster(Posmin+1,size-Posmin-1)。
[0077] 应当注意，本文概述的所有规范、尺寸和关系(例如，元件的数量、操作、步骤等)仅出于示例和教导的目的而提供。在不脱离本公开的精神或所附权利要求的范围的情况下，可以显着改变这样的信息。该说明书仅适用于一个非限制性示例，因此，它们应被解释为如此。在前面的描述中，已经参考特定组件布置描述了示例性实施例。在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和改变。因此，说明书和附图应被视为说明性的而非限制性的。
[0078] 注意，利用本文提供的众多示例，可以根据两个、三个、四个或更多个电子组件来描述交互。然而，这仅出于清楚和示例的目的而进行。应该理解，可以以任何合适的方式合并系统。沿着类似的设计替代方案，附图中所示的任何组件、模块和元件可以以各种可能的配置组合，所有这些配置显然都在本说明书的广泛范围内。在某些情况下，仅通过参考有限数量的电气元件来描述给定流程集的一个或多个功能可能更容易。应当理解，附图及其教导的电路易于扩展，并且可以容纳大量部件，以及更复杂/复杂的布置和配置。因此，所提供的示例不应限制范围或抑制可能应用于无数其他架构的电路的广泛教导。
[0079] 还应注意，在本说明书中，对“一个实施例”、“示例性实施例”、“实施例”、“另一个实施例”、“一些实施例”、“各种实施例”、“其他实施例”、“替代实施例”等中包括的各种特征(例如，元件、结构、模块、组件、步骤、操作、特性等)的引用旨在表示任何这样的特征包括在本公开的一个或多个实施例中，但是可以或可以不必在相同的实施例中组合。
[0080] 还应注意，与电路架构相关的功能仅示出了可由图中所示的系统执行或在其内执行的一些可能的电路架构功能。在适当的情况下可以删除或移除这些操作中的一些，或者可以在不脱离本公开的范围的情况下显着地修改或改变这些操作。此外，这些操作的时间可能会大大改变。出于示例和讨论的目的提供了前述操作流程。本文描述的实施例提供了实质的灵活性，因为可以提供任何合适的布置、时间顺序、配置和定时机制而不脱离本公开的教导。
[0081] 本领域技术人员可以确定许多其他改变、替换、变化、替代和修改，并且本公开旨在涵盖落入所附权利要求的范围内的所有这样的改变、替换、变化、替代和修改。
[0082] 注意，上面描述的设备和系统的所有可选特征也可以关于本文描述的方法或过程来实现，并且示例中的细节可以在一个或多个实施例中的任何地方使用。
[0083] 在这些实例(上文)中的“用于...的手段”可包括(但不限于)使用本文所讨论的任何合适的组件，以及任何合适的软件、电路、集线器、计算机代码、逻辑、算法、硬件、控制器、接口、链接、总线、通讯路径等。
[0084] 注意，利用上面提供的示例以及本文提供的许多其他示例，可以根据两个、三个或四个网络元件来描述交互。然而，这仅出于清楚和示例的目的而进行。在某些情况下，通过仅引用有限数量的网络元素来描述给定流集合的一个或多个功能可能更容易。应当理解，参考附图(及其教导)示出和描述的拓扑是容易扩展的，并且可以容纳大量组件，以及更复杂/复杂的布置和配置。因此，所提供的示例不应限制范围或抑制所示拓扑的广泛教导，因为其可能应用于无数其他架构。
[0085] 同样重要的是要注意，前述流程图中的步骤仅示出了可以由附图中所示的通信系统执行或在其内执行的一些可能的信令方案和模式。在适当的情况下，可以删除或移除这些步骤中的一些，或者可以在不脱离本公开的范围的情况下显着地修改或改变这些步骤。另外，已经将许多这些操作描述为与一个或多个附加操作同时执行或并行执行。但是，这些操作的时间可能会有很大的改变。出于示例和讨论的目的提供了前述操作流程。图中所示的通信系统提供了相当大的灵活性，因为在不脱离本公开的教导的情况下，可以提供任何合适的布置、时间顺序、配置和定时机制。
[0086] 尽管已经参考特定布置和配置详细描述了本公开，但是在不脱离本公开的范围的情况下，可以显着地改变这些示例配置和布置。例如，尽管已经参考特定通信交换描述了本公开，但是本文描述的实施例可以适用于其他架构。
| 标题 | 发布/更新时间 | 阅读量 |
|---|---|---|
| 基于事件触发的网络化控制系统编码器及其编码方法 | 2020-05-08 | 882 |
| 一种雷达回波信号模拟器 | 2020-05-12 | 714 |
| 一种多级滤波的微型窄带滤波器 | 2020-05-13 | 720 |
| 一种宽阻带高抑制带通腔体滤波器 | 2020-05-14 | 371 |
| 介质加载可调滤波器及其设计方法、可调双工器 | 2020-05-08 | 553 |
| 一种音频特征提取方法和装置、训练方法及音频分类方法 | 2020-05-11 | 98 |
| 微带线带通滤波器 | 2020-05-13 | 426 |
| 一种基于多速率融合技术的宽带微小角速度测量方法 | 2020-05-12 | 315 |
| 一种用于五路合路器的合路结构 | 2020-05-08 | 854 |
| 一种L波段超低相位噪声多点捷变频频率源系统 | 2020-05-12 | 634 |
高效检索全球专利专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台，是提供专利分析，专利查询，专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。
我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据，免费查、免费专利分析。
分析报告
专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析，涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度，系统通过AI智能系统对图表进行解读，只需1分钟，一键生成行业专利分析报告。
梳状滤波器热门专利
-
7 弹性波滤波器
QQ群二维码
意见反馈
意见反馈