(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202110333953.X (22)申请日 2021.03.29 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113094983 A (43)申请公布日 2021.07.09 (73)专利权人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 专利权人 国网陕西省电力公司电力科 学研 究院 (72)发明人 陈思磊　李兴文　谢智敏　孟羽　 吴子豪　王辰曦　唐露甜　王若谷　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 范巍 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01)G06K 9/62(2022.01) G06F 113/04(2020.01) G06F 119/10(2020.01) (56)对比文件 CN 10708685 5 A,2017.08.2 2 CN 110417351 A,2019.1 1.05 CN 103400019 A,2013.1 1.20 US 2016020729 A1,2016.01.21 马健凯等.基 于支持向量机的光伏系统电弧 检测方法. 《山 东建筑大 学学报》 .2020,(第02 期), Silei Chen等.PV Series Arc Fault Recognition under Dif ferent W orking Conditions with Joint Detecti on Method. 《IEEE Xplore》 .2016, 审查员 陈硕 (54)发明名称 一种光伏系统直流故障电弧多维时变特性 的在线模拟方法 (57)摘要 本发明公开了一种光伏系统直流故障电弧 多维时变特性的在线模拟方法， 经过U ‑I模型模 拟直流故障电弧的时域特性， 经过粉红噪声模型 模拟直流故障电弧的频域特性， 构建滤波器对粉 红噪声模型进行修正， 并将两个模型进行叠加， 得到用于多故障电弧特性同步模拟的静态光伏 系统直流故障电弧模型； 在U ‑I模型、 粉红噪声模 型中引入时间因素变量， 进而分别建立在不同电 弧燃烧演变过程中生弧间隙、 回路电流等影响故 障电弧特性关键参数与故障电弧时频特性之间 的动态关联模 型。 本发明建立了具有多维时变故 障电弧特性演变全过程表达功能的动静态光伏 系统直流故障电弧数学模型， 实现了不同应用场 景和系统结构条件下故障电弧特性变化的有效 模拟。 权利要求书2页 说明书6页 附图4页 CN 113094983 B 2022.12.09 CN 113094983 B 1.一种光伏系统直流故障电弧多维时变特性的在线模拟方法， 其特征在于： 包括以下 步骤： 1） 建立光伏系统仿真模型， 该仿真模型包括位于相应光伏系统中的受控电流源模块， 所述受控电流源模块为直流 故障电弧模型， 该直流故障电弧模型通过在下述模型三的各叠 加部分中引入时间因素变量， 同步动态模拟光伏系统直流故障电弧的多维故障电弧时变特 性： 直流故障电弧模型一： 采用U ‑I模型， 模拟直 流故障电弧的静态时域特性； 直流故障电弧模型二： 采用粉红噪声模型， 模拟直 流故障电弧的静态频域特性； 直流故障电弧模型三： 通过将上述模型一和模型二叠加， 同步静态模拟光伏系统直流 故障电弧的多维 故障电弧特性； 2） 利用在不同应用场景和/或系统结构条件下的直流故障 电弧实验数据对U ‑I模型进 行参数拟合； 3） 运行所述仿真模型， 并进行故障电弧特性演变的全过程模拟； 所述U‑I模型表示 为： 其中， A、 B、 C、 D为电弧常数， L为生弧间隙， Varc为故障电弧电压， Iarc为故障电弧电流； 所述粉红噪声模型的构建方法包括以下步骤： 通过数字滤波器将白噪声转化为粉红噪 声； 所述数字滤波器的传递 函数表示 为： 所述U‑I模型中引入时间因素变量的方法包括以下步骤： 将生弧间隙 L构建为时间t的 函数， 该函数表示 为： 其中，v为分离速度， t0为分离到最大生弧间隙所需的时间， Lmax为最大生弧间隙； 所述粉红噪声模型中引入时间因素变量的方法包括以下步骤： 对直流故障电弧频谱的 N个频段上随时间变化的频谱特征值输出分别建立 随机森林模型， 并将各频段上所建立的 随机森林模型进行训练后共同构成一定时间窗下故障电弧电流频谱预测结果的全频段分 布整体模型； 所述随机森林模型的训练包括以下步骤： 将0 ‑100kHz细化为N个小频段， 以每个时间窗 内的电流值、 生弧间隙作为样本特征量， 并以该时间窗内电流的频谱分析结果作为样本标 签， 构建针对单个小频段的训练集和测试集， 训练过程中调整随机森林模型参数， 使得训练 模型在全频 段上的平均预测准确率 不低于80%。 2.根据权利要求1所述一种光伏系统直流故障电弧多维时变特性的在线模拟方法， 其权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113094983 B 2特征在于： 所述A、 B、 C、 D分别为2 9.4~36.25、 0.19~0.25、 11.77~13.811、 0.019~0.030。 3.根据权利要求1所述一种光伏系统直流故障电弧多维时变特性的在线模拟方法， 其 特征在于： 所述粉红噪声模型 的构建方法还包括以下步骤： 分析所述实验数据中的直流故 障电弧电流的频谱特 征， 根据分析 结果对粉红噪声 进行修正。 4.根据权利要求1所述一种光伏系统直流故障电弧多维时变特性的在线模拟方法， 其 特征在于： 所述粉红噪声模型中， 采用低通滤波器和/或高通滤波器进行修正， 使修正后的 粉红噪声形成与所述 直流故障电弧电流的频谱特 征相吻合的故障电弧噪声分布形态。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113094983 B 3