2023年4月电工技术学报Vol.38No.8第38卷第8期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYApr.2023DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.220076基于电磁辐射时延估计的串联光伏直流电弧故障定位方法王尧1,2马桐桐1,2赵宇初1,2朱晨3邢云琪1,2（1.省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室（河北工业大学）天津3001302.河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津3001303.国网北京市电力公司北京100031）摘要串联直流电弧故障是光伏系统电气火灾的主要诱因，在系统运维中不仅需要识别电弧故障，更需要确定电弧故障的发生位置。针对光伏串联直流电弧故障定位问题，该文提出一种基于电弧电磁辐射信号广义互相关时延估计的故障定位方法。搭建光伏串联直流电弧故障定位试验平台，分析光伏串联直流电弧电磁辐射信号特性，其在电弧产生初期具有明显的脉冲变化特征，且电弧电磁辐射信号强度与电流变化率成正比。通过对比分析，选取性能较为均衡的Vivaldi天线进行电弧电磁辐射信号测量，其带宽为100MHz～1GHz。采用4根天线构成的Vivaldi天线阵列进行电弧故障定位，其天线分别位于棱长1m的正三棱锥顶点。利用最大似然加权算法进行广义互相关时延估计的加权处理，减少信号噪声影响；同时用最小二乘法进行电弧电磁辐射信号互相关频谱峰值拟合，从而减小频谱计算中栅栏效应的影响。试验结果表明，所提方法的定位误差在15%以内，为基于电弧电磁辐射的故障定位策略应用提供了依据。关键词：光伏系统串联直流电弧故障定位Vivaldi宽带天线广义互相关时延估计中图分类号：TM501+.20引言我国建筑屋顶资源丰富，开发建设屋顶分布式光伏发电潜力巨大[1-2]，同时大力推进分布式光伏发电也是实现“碳达峰、碳中和”目标的重要举措[3-6]。然而，光伏发电系统由众多光伏组件构成，存在大量连线和接头，在户外环境下容易出现绝缘破损、接触不良等现象，极易引发直流串联电弧故障。由于直流电弧不存在自然过零点，一旦产生难以自行熄灭[7]，容易造成电气火灾事故。据统计，光伏系统超过40%的电气火灾事故与直流电弧故障相关[8]。为此，不仅需要实时监测光伏系统是否发生了直流串联电弧故障，更需要对故障位置进行定位，从而彻底消除光伏系统的电气火灾隐患。光伏串联直流电弧故障会呈现高频传导电流和电磁辐射以及弧声、弧光等宏观物理表征[9]。这些特征在理论上都能作为电弧故障识别与定位的依据，但由于无法预知电弧故障的实际发生位置，弧声、弧光等特征较难应...
