建筑直流供用电系统故障电弧检测技术研究综述

doi:10.19784/j.cnki.issn1672-0172.2021.05.012

摘要/Abstract

摘要： 直流供用电系统集成光伏、储能、直流配电、柔性用电为一体,是目前建筑和电力行业的研究热点。直流电不过零点,直流电弧一旦产生将很难自行熄灭,产生火灾风险大,需要对直流故障电弧做有效识别及可靠保护。通过综述光伏、电储能、电动汽车、飞机、船舶、特/超高压等直流场景下故障电弧的研究现状,总结了典型场景下故障电弧检测方法并分析了建筑直流供用电系统的适用性。结合格力光伏未来屋直流社区真实场景,搭建故障电弧测试平台实测,提出构建单一用电电器的仿真模型及内置故障电弧检测专用算法,指出了建筑直流供用电系统电弧检测的技术研究方向,可为建筑直流供用电系统的故障电弧试验规范制定及检测技术研究提供支撑。

关键词: 光伏, 储能, 直流供用电, 直流故障电弧, 直流建筑, 直流家居

Abstract: DC power supply and utilization system integrates photovoltaic, energy storage, DC power distribution and flexible load, which is a research hotspot in the construction and electric power industry. As DC has no zero crossing, once DC arc is generated, it will be difficult to extinguish by it self, resulting in a high risk of fire, which requires effective identification and reliable protection of DC fault arc. Gives an overview of the research status of DC fault arc in photovoltaic, electric energy storage, electric vehicle, aircraft, ship and extra/ultra high voltage transmission, summarizes the detection methods of fault arc in typical scenarios, and analyzes the applicability of building DC power supply and utilization system. Combined with the real scene of the GREE PV future DC community, the test platform of fault arc is built for actual measurement. The simulation model of a single electric appliance and the built-in special algorithm for fault arc detection are proposed. The research direction of arc detection technology in building DC power supply and utilization system is pointed out, it can provide support for the establishment of fault arc test specification and the research of detection technology of building DC power supply and utilization system.

Key words: Photovoltaic, Energy storage system, The DC power supply and utilization system, DC arcing fault, DC building, DC house

中图分类号:

TM925

袁金荣, 李伟进, 林宝伟, 南树功, 刘智亮. 建筑直流供用电系统故障电弧检测技术研究综述[J]. 家电科技, 2021, 0(5): 72-79.

YUAN Jinrong, LI Weijin, LIN Baowei, NAN Shugong, LIU Zhiliang. Review on detection techniques of fault arc in building DC power suply and utilization system[J]. Journal of Appliance Science & Technology, 2021, 0(5): 72-79.

参考文献

[1] 熊庆, 陈维江, 汲胜昌, 等. 低压直流系统故障电弧特性、检测和定位方法研究进展综述[J]. 中国电机工程学报, 2020, 40(18): 6015-6026.
[2] 刘源, 汲胜昌, 祝令瑜, 等. 直流电源系统中直流电弧特性及其检测方法研究[J]. 高压电器, 2015, 51(02): 24-29.
[3] 陈思磊, 李兴文, 屈建宇, 等. 直流故障电弧研究综述[J]. 电器与能效管理技术, 2015(15): 1-6.
[4] 王尧, 张彦风, 李奎. 光伏直流电弧故障检测方法研究综述[J]. 电器与能效管理技术, 2018(24): 1-6.
[5] 应急管理部消防救援局. 2019年全国接报火灾23.3万起[EB]. 2020.
[6] 徐宵伟, 陈永亮. 电弧故障检测技术分析与发展趋势[J]. 电器与能效管理技术, 2018, (10): 14-19.
[7] 刘官耕, 杜松怀, 苏娟, 等. 低压电弧故障防护技术研究与发展趋势[J]. 电网技术, 2017, 47(01): 305-313.
[8] 刘金琰. GB/T 31143-2014《电弧故障保护电器(AFDD)的一般要求》标准解析[J]. 电器与能效管理技术, 2015, (21): 24-28.
[9] 吴艾伦. 电弧故障保护电器(AFDD)串联、并联电弧故障试验及抑制性负载屏蔽试验方法[J]. 电器与能效管理技术, 2018(10): 60-67.
[10] 高少彬, 竺红卫. 直流故障电弧检测技术综述[J]. 电器与能效管理技术, 2018(10): 20-24.
[11] 吴春华, 徐文新, 李智华, 等. 光伏系统直流侧故障电弧类型辨识及电路保护[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(17): 5028-5036.
[12] 钱广远. UL 1699B《光伏直流电弧故障保护电器》标准解析[J]. 电器与能效管理技术, 2019(09): 71-75.
[13] 黄跃杰, 周笛青. 光伏系统直流串联电弧故障时-频域检测方法[J]. 电器与能效管理技术, 2018(10): 25-34.
[14] 夏明晔, 薛峰, 谭飞, 等. 光伏系统直流故障电弧检测装置的研制[J]. 电器与能效管理技术, 2018(10): 80-84.
[15] 吴春华, 徐文新, 李智华, 等. 光伏系统直流电弧故障检测方法及其抗干扰研究[J]. 中国电机工程学报, 2018, 38(12): 3546-3555.
[16] 孙萦杰, 邵俊松, 张岩. 光伏系统用直流电弧故障保护方法初探[J]. 江苏科技信息, 2016(09): 64-65.
[17] 朱立春, 张跃火, 张显立. 基于光伏直流电弧故障的研究与保护技术[J]. 电器与能效管理技术, 2018(10): 35-39.
[18] 吴春华, 黄宵宵, 李智华, 等. 光伏系统直流微弱电弧信号检测研究[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(20) : 6025-6033.
[19] 牟龙华, 王伊健, 蒋伟, 等. 光伏系统直流电弧故障特征及检测方法研究[J]. 中国电机工程学报, 2016, 36(19): 5236-5244.
[20] 林方圆, 苏建徽, 赖纪东. 光伏系统直流故障电弧识别方法研究[J]. 电工电能新技术, 2015, 34(12): 7-13.
[21] 赵尚程, 张认成, 杜建华, 等. 采用小波变换的光伏串联电弧故障检测[J]. 华侨大学学报(自然科学版), 2019, 38(01): 7-12.
[22] 王尧, 张彦风, 牛峰, 等. 光伏直流电弧电磁辐射特性分析与测量方法[J]. 电工技术学报, 2019, 34(14): 2913-2921.
[23] 焦治杰, 李腾, 王莉娜. 基于卷积神经网络的光伏系统直流串联电弧故障检测[J].电工电能新技术, 2019, 38(07): 29-34.
[24] 王先发, 顾卫祥. 光伏系统直流侧故障电弧的检测与判别[J]. 电气技术, 2019(05): 10-13.
[25] 马健凯, 石嘉川, 刘林, 等. 基于支持向量机的光伏系统电弧检测方法[J]. 山东建筑大学学报, 2020, 35(02): 62-67.
[26] FELIX E, GEORG B, DENNIS F, et al.DC arc fault scenarios and detection methods in battery storage system[C]// IEEE Second international conference on DC microgrids(ICDCM). Nuremburg, Australia: IEEE, 2017: 8-11.
[27] AMAURY A, TCHAPO S, PHILIPPE D, et al.Numerical methods for detecting DC arc fault in lithium-ion batteries[C]// IEEE 61st holm conference on electrical contacts. San Diego, America: IEEE, 2015: 39-46.
[28] MOSES K, YATEENDRA M, YANG L, et al.Detection of DC arc-faults in battery energy storage systems[C]// IEEE 13th international conference on power electronics and drive systems(PEDS). Toulouse, France: IEEE, 2019: 1-5.
[29] 郭琳, 柯希彪, 汤引生, 等. 新能源汽车电弧故障检测方法及测试系统设计[J]. 绝缘材料, 2018, 51(11): 74-79.
[30] AMIN E, MOHAMMAD P.Applying machine learning techniques to recognize arc in vehicle 48 electrical systems[C]// IEEE 18th workshop on control and modeling for power electronics(COMPEL). Stanford, USA: IEEE, 2017: 1-4.
[31] BENJAMIN S, YOUSEF A, JIN W.On-line detection of DC arc faults using hurst exponents for hybrid-electric vehicles[C]// IEEE energy conversion congress and exposition(ECCE). Detroit, USA: IEEE, 2020: 6372-6378.
[32] MATTHIAS V, CHRISTINA K, BIRGIT L.Vehicle power supply cable with optical jacket monitoring and arcing interference detection[C]// IEEE 27th international conference on electrical contacts.Dresden, Germany: IEEE, 2014: 593-596.
[33] 曾珂, 邢丽冬, 高杨, 等. 变频系统中交流电弧故障特性及检测技术[J]. 南京航空航天大学学报, 2020, 52(02): 215-223.
[34] 王希彬, 肖楚琬, 万彬, 等. 飞机故障电弧检测技术研究[J]. 飞机设计, 2018, 38(06): 62-65.
[35] 董伟, 张俊民, 桂美景, 等. 基于小波包分解的航空故障电弧的识别[J]. 电工电能新技术, 2018, 37(11): 76-81.
[36] 张瑶佳, 王莉, 尹振东, 等. 基于HHT的航空直流串行电弧特征提取方法[J]. 航空学报, 2019, 40(01): 552404.
[37] 王林, 王浩. 舰船电力系统中电弧光保护的应用分析[J]. 电器与能效管理技术, 2018(09): 70-73.
[38] 晋建厂. 弧光保护装置在船舶电力系统中的应用探讨[J]. 电器与能效管理技术, 2015(06): 66-69.
[39] 范李平, 袁兆强, 张凯, 等. 基于小波变换的单相接地故障电弧模型及其PSCAD/EMTDC仿真研究[J]. 电力系统保护与控制, 2011, 39(05): 51-56.
[40] 邵文权, 南树功, 张望妮, 等. 利用过渡电阻特征的超/特高压输电线路电弧性故障及熄弧时刻识别[J]. 高电压技术, 2014, 40(06): 1822-1827.
[41] 林莘, 何柏娜, 徐建源, 等. 超高压线路上潜供电弧熄灭特性的分析[J]. 高电压技术, 2006, 32(03): 7-9.
[42] 林莘, 谢寅志, 徐建源, 等. 特高压交流输电线路潜供电弧的抑制措施[J]. 高电压技术, 2012, 38(09): 2150-2156.
[43] 邓元实, 刘凤莲, 朱军, 等. 持续性大电流直流电弧熄弧试验研究[J]. 电瓷避雷器, 2017, 280(06): 135-138.
[44] 张志劲, 蒋兴良, 胡建林, 等. 低气压下的直流电弧特性[J]. 高电压技术, 2009, 35(04): 790-795.
[45] 左剑凯, 曲娜, 陈嘉彤, 等. 基于Schavemaker模型的串联电弧故障仿真研究[J]. 沈阳工程学院学报(自然科学版), 2020, 16(02): 45-51.
[46] 黄绍平, 杨青, 李靖. 基于MATLAB的电弧模型仿真[J]. 电力系统及其自动化学报, 2005, 17(05): 64-66.
[47] 仵涛, 吴文辉, 徐晨华. 梯形动态电弧模型下VFTO的计算和分析[J]. 电瓷避雷器, 2018, 284(04): 188-193.