一种组串式逆变器的电弧故障行波定位方法和系统与流程

本发明涉及输变电监测，尤其涉及一种组串式逆变器的电弧故障行波定位方法和系统。

背景技术：

1、在当前的组串式光伏逆变器架构中，多个光伏组串直接并联接入逆变器的多路最大功率点跟踪输入端，不存在独立的直流汇流箱。组串式逆变器通常内置电弧故障检测功能，但该功能仅能判断“某一支路是否发生电弧”，无法定位电弧在组串内部的具体位置。

2、单端行波法为当前广泛应用的故障定位技术，其在线路一端部署传感器，通过检测初始行波与故障点反射波之间的时间差进行定位。然而，将现有的单端行波法直接应用于光伏组串式场景中时，传感器接收到的反射波序列中，混杂了来自故障点、线路对端、分支点等多种反射波，导致其准确辨识哪一个反射波是故障点的一次反射波。

技术实现思路

1、本发明旨在提供一种组串式逆变器的电弧故障行波定位方法和系统，能够在强噪声背景、多支路串扰条件下可靠识别反射波来源，实现精确故障点定位。

2、第一方面，本发明实施例提供了一种组串式逆变器的电弧故障行波定位方法，包括：

3、根据在多支路组串式逆变器的每一组串入口处安装的传感器所检测到的行波到达时刻，识别故障组串支路；

4、从所述故障组串支路上传感器的主通道信号中分离行波信号，根据所述行波信号，计算初始行波的波前陡度；

5、根据预先标定的映射曲线，将所述波前陡度映射为故障距离，从所述行波信号中筛选满足所述故障距离的候选反射波序列；

6、通过所述候选反射波序列中各所述候选反射波的极性、波头能量衰减因子和到达时刻合理性，区分故障点一次反射波、对端反射波和串扰反射波；

7、根据初始波头时刻、所述故障点一次反射波的第一到达时刻和所述对端反射波的第二到达时刻，计算故障点位置。

8、作为上述方案的改进，所述根据在多支路组串式逆变器的每一组串入口处安装的传感器所检测到的行波到达时刻，识别故障组串支路，包括：

9、通过安装于多支路组串式逆变器的每一组串入口处的传感器，按时间顺序采集各传感器检测到的行波到达时刻；

10、若前n个所述行波到达时刻一致，则根据前n个所述行波到达时刻对应的组串支路的电流降幅，确定故障组串支路；其中，；

11、否则，将首个行波到达时刻对应的组串支路识别为故障组串支路。

12、作为上述方案的改进，所述从所述故障组串支路上传感器的主通道信号中分离行波信号，根据所述行波信号，计算初始行波的波前陡度，包括：

13、采集背景噪声信号，并获取所述故障组串支路上传感器的主通道信号；

14、将所述背景噪声信号从所述主通道信号中分离，得到行波信号；

15、对所述行波信号进行小波变换，检测得到小波模极大值序列；

16、根据所述小波模极大值序列，提取所述初始行波的初始波幅值和上升时间，计算所述初始行波的波前陡度。

17、作为上述方案的改进，所述将所述背景噪声信号从所述主通道信号中分离，得到行波信号，包括：

18、将所述主通道信号和所述背景噪声信号输入至自适应滤波器中，利用背景噪声与主通道中相关性噪声的耦合关系，从主通道信号中自适应地减去所述相关性噪声分量，得到初步去噪后的残差信号；

19、采用改进的完全自适应噪声集合经验模态分解或变分模态分解，利用电弧行波信号与残余噪声在时频域上的分布差异，将所述残余噪声从所述残差信号中剔除，分离得到纯净的行波信号。

20、作为上述方案的改进，所述映射曲线的预标定方法包括：

21、在预设距离处模拟电弧故障，记录各所述预设距离对应的波前陡度；

22、对所述波前陡度和所述预设距离进行拟合映射，得到波前陡度与距离间的映射曲线。

23、作为上述方案的改进，所述根据预先标定的映射曲线，将所述波前陡度映射为故障距离，从所述行波信号中筛选满足所述故障距离的候选反射波序列，包括：

24、根据预先标定的波前陡度与距离间的映射曲线和所述行波信号的所述波前陡度，估算故障距离；

25、根据所述故障距离和标称波速，计算故障点的一次反射波的预期到达时间窗口；

26、在所述预期到达时间窗口中搜索小波模极大值，得到候选反射波序列。

27、作为上述方案的改进，所述通过所述候选反射波序列中各所述候选反射波的极性、波头能量衰减因子和到达时刻合理性，区分故障点一次反射波、对端反射波和串扰反射波，包括：

28、根据初始波头幅值和反射波幅值，计算所述候选反射波序列中各所述候选反射波的波头能量衰减因子；

29、若各所述候选反射波的到达时刻与所述故障组串支路的行波到达时刻，判定所述候选反射波的故障点一次反射波或对端反射波的到达时刻合理性；

30、若所述候选反射波不具有到达时刻合理性，且所述波头能量衰减因子大于预期值，则将所述候选反射波标记为串扰反射波；

31、若所述候选反射波具有到达时刻合理性、极性为正，且所述波头能量衰减因子与第一距离相匹配，则将所述候选反射波标记为故障点一次反射波；其中，第一距离为故障点到传感器的距离；

32、若所述候选反射波具有到达时刻合理性、极性为负，且所述波头能量衰减因子与第二距离相匹配，则将所述候选反射波标记为对端反射波；其中，第二距离为故障点到对端的距离与对端到传感器的距离之和。

33、作为上述方案的改进，在所述通过所述候选反射波序列中各所述候选反射波的极性、波头能量衰减因子和到达时刻合理性，区分故障点一次反射波、对端反射波和串扰反射波后，所述组串式逆变器的电弧故障行波定位方法还包括：

34、若同一时刻在多个非故障组串支路的传感器上均出现与所述串扰反射波的幅值相近的波头，则将所述串扰反射波标记为已验证串扰反射波。

35、作为上述方案的改进，所述根据初始波头时刻、所述故障点一次反射波的第一到达时刻和所述对端反射波的第二到达时刻，计算故障点位置，包括：

36、对故障点一次反射波的第一到达时刻和所述对端反射波的第二到达时刻进行识别；

37、计算所述第一到达时刻与所述初始波头时刻的第一时间差，计算所述第二到达时刻与所述第一到达时刻的第二时间差；

38、根据故障组串的全长、所述第一时间差和所述第二时间差，计算故障点到所述故障组串支路上传感器的距离，得到故障点位置。

39、第二方面，本发明实施例还提供了一种组串式逆变器的电弧故障行波定位系统，包括：

40、故障组串支路识别模块，用于根据在多支路组串式逆变器的每一组串入口处安装的传感器所检测到的行波到达时刻，识别故障组串支路；

41、波前陡度计算模块，用于从所述故障组串支路上传感器的主通道信号中分离行波信号，根据所述行波信号，计算初始行波的波前陡度；

42、候选反射波序列筛选模块，用于根据预先标定的映射曲线，将所述波前陡度映射为故障距离，从所述行波信号中筛选满足所述故障距离的候选反射波序列；

43、反射波区分模块，用于通过所述候选反射波序列中各所述候选反射波的极性、波头能量衰减因子和到达时刻合理性，区分故障点一次反射波、对端反射波和串扰反射波；

44、故障点定位模块，用于根据初始波头时刻、所述故障点一次反射波的第一到达时刻和所述对端反射波的第二到达时刻，计算故障点位置。

45、与现有技术相比，本发明公开的一种组串式逆变器的电弧故障行波定位方法和系统，通过根据在多支路组串式逆变器的每一组串入口处安装的传感器所检测到的行波到达时刻，识别故障组串支路；从所述故障组串支路上传感器的主通道信号中分离行波信号，根据所述行波信号，计算初始行波的波前陡度；根据预先标定的映射曲线，将所述波前陡度映射为故障距离，从所述行波信号中筛选满足所述故障距离的候选反射波序列；通过所述候选反射波序列中各所述候选反射波的极性、波头能量衰减因子和到达时刻合理性，区分故障点一次反射波、对端反射波和串扰反射波；根据初始波头时刻、所述故障点一次反射波的第一到达时刻和所述对端反射波的第二到达时刻，计算故障点位置。采用本发明实施例，能够在强噪声背景、多支路串扰条件下可靠识别反射波来源，实现精确故障点定位。