由于光伏(PV)太陽能面板設(shè)施可能發(fā)生新的危險，尤其是火災(zāi)，所以未來的太陽能設(shè)計要求光伏系統(tǒng)具備電弧檢測能力。
今天我們將說說電弧檢測需求的產(chǎn)生原因、對檢測方法進(jìn)行分析，并提出了一種可能的解決方案來將電弧檢測集成到光伏逆變器設(shè)備和設(shè)施中。
直流電弧檢測——研究
挪威科技大學(xué)(NTNU)研究顯示，30 V的電壓即足以引起并維持電弧。他們的測試方法聚焦于電壓域以檢測電弧。他們還觀測到，當(dāng)電弧燃燒時，光伏模塊上的電壓（典型值為60 V）下降。根據(jù)他們的電弧測試，壓降幅度約為10 V。電壓域分析的主要原因是實驗中使用了一個低成本微控制器。若非如此，他們建議使用更強(qiáng)大的DSP對電流信號的功率譜密度進(jìn)行分析。
2007年，Swissolar在瑞士組織了一次名為“光伏直流陣列中的電弧——潛在危險和可能的解決方案”國際研討會，介紹了關(guān)于直流電弧對MPPT跟蹤的影響的一些有意義的情況，并建議未來的電弧檢測機(jī)制應(yīng)重點考慮這些情況。
圖1. 電弧對MPPT的影響（Willi Vaassen，TüV）
圖2顯示了不同電弧間隙（1 mm、3 mm和6 mm）對應(yīng)的MPPT，同預(yù)期一樣，性能降幅非?？捎^。
圖2. 電弧檢測對MPPT工作點的影響（Willi Vaassen，TüV）
TüV的進(jìn)一步研究顯示了MPPT跟蹤器中相同大小的間隙引起的工作點偏差。結(jié)果再次表明MPPT性能大幅降低。
對于這種直流電弧問題，建議解決方案是基于電流測量分析。檢測機(jī)制監(jiān)視負(fù)載中的電流和流至地的電流。負(fù)載中的電流通過一個濾波器，僅留下電弧特征頻率范圍。然后進(jìn)行信號調(diào)理，并通過一個邏輯機(jī)制來關(guān)閉起弧源，即光伏模塊或光伏逆變器。
電弧檢測仿真
設(shè)置
圖3是一個可能的電弧產(chǎn)生設(shè)置，其符合UL1699B標(biāo)準(zhǔn)。
圖3. 電弧發(fā)生器（照片屬ADI所有，拍攝于利默里克工廠太陽能實驗室）
光伏電源系統(tǒng)與一個電弧發(fā)生器和一個1 Ω的鎮(zhèn)流電阻串聯(lián)，形成測試系統(tǒng)設(shè)置的基礎(chǔ)。對通過系統(tǒng)的電壓和電流進(jìn)行分析，以探索可能的檢測機(jī)制。
圖4. 電弧設(shè)置
電壓波形分析
首先關(guān)注電弧上的電壓，我們可得出一些有意義的信息。電弧間隙打開時，間隙上的電壓約為71 V。間隙閉合時，產(chǎn)生一個小電弧，圖5顯示間隙上的電壓降低20 V。當(dāng)間隙保持閉合狀態(tài)時，一個穩(wěn)定的電流流過，電弧上幾乎檢測不到電壓。
