圖2顯示了不同電弧間隙（1 mm、3 mm和6 mm）對應的MPPT，同預期一樣，性能降幅非常可觀。

 

圖2. 電弧檢測對MPPT工作點的影響（Willi Vaassen
，TÜV）

 

TÜV的進一步研究顯示了MPPT跟蹤器中相同大小的間隙引起的工作點偏差。結果再次表明MPPT性能大幅降低。

 

對(dui)於(yu)這(zhe)種(zhong)直(zhi)流(liu)電(dian)弧(hu)問(wen)題(ti)，建(jian)議(yi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)基(ji)於(yu)電(dian)流(liu)測(ce)量(liang)分(fen)析(xi)。檢(jian)測(ce)機(ji)製(zhi)監(jian)視(shi)負(fu)載(zai)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)和(he)流(liu)至(zhi)地(di)的(de)電(dian)流(liu)。負(fu)載(zai)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)濾(lv)波(bo)器(qi)，僅(jin)留(liu)下(xia)電(dian)弧(hu)特(te)征(zheng)頻(pin)率(lv)範(fan)圍(wei)。然(ran)後(hou)進(jin)行(xing)信(xin)號(hao)調(tiao)理(li)，並(bing)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)邏(luo)輯(ji)機(ji)製(zhi)來(lai)關(guan)閉(bi)起(qi)弧(hu)源(yuan)，即(ji)光(guang)伏(fu)模(mo)塊(kuai)或(huo)光(guang)伏(fu)逆(ni)變(bian)器(qi)。

 

電弧檢測仿真

 

設置

 

圖3是一個可能的電弧產生設置，其符合UL1699B標準。

 

圖3. 電弧發生器（照片屬ADI所有
，拍攝於利默裏克工廠太陽能實驗室）

 

光伏電源係統與一個電弧發生器和一個1 Ω的鎮流電阻串聯，形成測試係統設置的基礎。對通過係統的電壓和電流進行分析，以探索可能的檢測機製。

 

圖4. 電弧設置

 

電壓波形分析

 

首先關注電弧上的電壓，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
，產生一個小電弧
，圖5顯示間隙上的電壓降低20 V。當間隙保持閉合狀態時，一個穩定的電流流過，電弧上幾乎檢測不到電壓。

 

圖5. 電弧間隙上的電壓波形的直流和交流分量

 

然而，當間隙打開且電弧持續發生時，可以看到間隙上的壓降約為20 V。此電壓保持不變

，隨著間隙增大，其上的電壓會提高。在某一時間點，電弧不再繼續發生
，間隙上的電壓回到設定值。

 

對電壓波形交流性能的進一步分析可揭示更多信息。當間隙閉合且沒有電弧時
，電壓波形上出現瞬變，如圖6中紅圈區域所示。

 

圖6. 電弧間隙上電壓的交流分析

 

dangdianhuranqibingchixushi，youchuxianyigeshunbian。suizhejianxijinyibudakai
，zuichugaopinfenliangdefudukansijiaodi，dansuizhejianxibiankuan，qifuduyezengda，zhizhijianxiguokuan（100 V/14 A為14 mm）導致電弧不能維持自身而停止。當電弧停止時，再次出現一個高瞬變。

 

電流信號分析

 

現(xian)在(zai)看(kan)看(kan)經(jing)過(guo)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)流(liu)方(fang)麵(mian)的(de)情(qing)況(kuang)
，下(xia)麵(mian)的(de)波(bo)形(xing)是(shi)流(liu)經(jing)係(xi)統(tong)的(de)電(dian)流(liu)的(de)預(yu)覽(lan)。最(zui)初(chu)間(jian)隙(xi)閉(bi)合(he)，然(ran)後(hou)間(jian)隙(xi)打(da)開(kai)，最(zui)後(hou)間(jian)隙(xi)過(guo)大(da)導(dao)致(zhi)電(dian)流(liu)無(wu)法(fa)流(liu)過(guo)，電(dian)弧(hu)完(wan)全(quan)停(ting)止(zhi)。

 

圖7. 從電流分析得到的電弧直流和交流分量

 

對流過係統的電流的進一步分析顯示：當電弧存在時（圖8），係統中存在高頻成分；當電弧不存在時（圖9）

，這些信號也不存在。

 

圖8. 無電弧——無高頻成分

 

圖9. 有電弧——有高頻成分

 

頻譜分析

 

對電弧頻譜進行分析也是有意義的。

 

圖10. 電弧電流頻譜

 

圖11顯xian示shi了le係xi統tong中zhong存cun在zai電dian弧hu時shi的de頻pin譜pu。它ta在zai係xi統tong的de基ji本ben電dian平ping以yi上shang是shi可ke見jian的de。頻pin率lv較jiao低di時shi
，電dian平ping較jiao高gao
，更geng易yi於yu檢jian測ce，但dan在zai這zhe種zhong較jiao低di電dian平ping時shi，存cun在zai係xi統tong開關元件，需要予以濾除以便檢測電弧特征。在頻率範圍的較低區域可能需要使用較高分辨率的ADC。

 

圖11. 無電弧頻譜

 

頻(pin)率(lv)較(jiao)高(gao)時(shi)，雖(sui)然(ran)電(dian)弧(hu)以(yi)較(jiao)低(di)的(de)幅(fu)度(du)存(cun)在(zai)
，但(dan)係(xi)統(tong)的(de)開(kai)關(guan)元(yuan)件(jian)也(ye)以(yi)較(jiao)低(di)的(de)幅(fu)度(du)存(cun)在(zai)
，因(yin)此(ci)電(dian)弧(hu)檢(jian)測(ce)更(geng)容(rong)易(yi)。在(zai)較(jiao)高(gao)頻(pin)率(lv)區(qu)域(yu)，較(jiao)低(di)分(fen)辨(bian)率(lv)的(de)ADC可能就足夠了。

 

還有一條有價值的信息，那就是在相同條件下，無論產生電弧的電流/電壓為多大，圖11中的頻譜變化極小。這表明電弧具有一致性，因此係統中可以檢測到。

 

 

結語

 

必須根據下列要點解決直流電弧問題：

✔ 對象是可能產生電弧的係統和需要電弧檢測的電路，確保能檢測到所有電弧； 

✔ ranhouceliangdianhudeqiangduhuofudu。zheshimingquepanduandianhushifouchanshengsuobixude，tongshihainengxiaochuxitongshoudaowaibufuzhaosuoyinqidedianhuwubao。yinci，bixucaiyongyizhonglvbojizhilaixiaochudianhuwupan；

✔ 確保串聯和並聯電弧均得到處理，完整檢測可能需要（也可能不需要）多個獨立電路；☑ 確保電子電路也能自動或手動禁用光伏陣列和電網連接，以便阻止火災擴散。

 

本文討論了多項內容，總結如下：

光伏逆變器的電弧檢測是對新開發太陽能光伏逆變器的一項要求；

起弧分析或電弧檢測主要是在電流域展開；

測試都是在直流域中展開
，采用符合UL1699B指令的試驗裝置，它具有兩個固體電極
，大電流（7 A至14 A）通過其中，然後將其分開，直至電弧產生；再繼續分開，直至距離足夠遠，電弧停止；

最大功率點跟蹤(MPPT)在電弧檢測中可發揮重要作用，開發解決方案時應予以考慮；

電弧檢測可以在較低頻譜（100 kHz區域）中進行分析。一種可能的電弧檢測解決方案是使用100 kHz頻譜的帶通濾波器和 ADSP-CM40 係列內置 ADC；

目前市場上已有 AFCI 產品，其專門設計用於檢測交流電路中的電弧特征。

 

光(guang)伏(fu)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)電(dian)弧(hu)檢(jian)測(ce)必(bi)須(xu)包(bao)含(han)一(yi)種(zhong)預(yu)測(ce)電(dian)弧(hu)發(fa)生(sheng)的(de)方(fang)法(fa)，以(yi)便(bian)在(zai)持(chi)續(xu)電(dian)弧(hu)發(fa)生(sheng)之(zhi)前(qian)或(huo)持(chi)續(xu)電(dian)弧(hu)的(de)壽(shou)命(ming)極(ji)早(zao)階(jie)段(duan)提(ti)供(gong)預(yu)警(jing)

，並(bing)且(qie)能(neng)關(guan)斷(duan)電(dian)弧(hu)源(yuan)。然(ran)後(hou)平(ping)穩(wen)地(di)關(guan)斷(duan)光(guang)伏(fu)逆(ni)變(bian)器(qi)，防(fang)止(zhi)火(huo)災(zai)和(he)逆(ni)變(bian)器(qi)受(shou)損(sun)（如可能圍繞電弧預測需要做更多研究和分析）。

（來源：亞德諾半導體）