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机器学习与电流调制在模块级光伏系统直流串联电弧故障检测与熄灭中的协调
Coordination of Machine Learning and Current Modulation for DC Series Arc Fault Detection and Extinguishing for Module-Level PV Systems
| 作者 | |
| 期刊 | IEEE Transactions on Power Electronics |
| 出版日期 | 2025年1月 |
| 技术分类 | 光伏发电技术 |
| 技术标签 | 机器学习 故障诊断 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 直流串联电弧故障 电流调制 机器学习 故障检测与消除 光伏发电 |
语言:
中文摘要
模块级电力电子设备能够克服局部阴影影响,实现每个光伏(PV)面板的最大发电量。然而,这增加了光伏面板与转换器之间出现直流串联电弧故障的可能性。电流调制技术可利用电弧电阻特性检测并消除直流串联电弧故障。但该方法会因故障检测不准确而降低发电量。本文提出一种结合电流调制和机器学习方法的直流串联电弧故障检测与消除策略,通过双重筛选提高故障检测的准确性。合适的机器学习算法可最大程度减少电流调制的误触发,从而提高正常情况下的光伏发电量。所提方法能够在不考虑阻抗和外部变化的情况下,区分电弧故障和正常状态。本文分析了协调电流调制和机器学习的工作原理。采用800瓦样机直流-直流转换器的实验结果验证了该方法对电弧故障的检测和消除效果。
English Abstract
Module-level power electronics can achieve the maximum power generation for each photovoltaic (PV) panel with overcoming the partial shading. However, it increases the possibility of dc series arc fault condition between the PV panel and converter. The current modulation can detect and extinguish the dc series arc fault condition using the characteristics of arc resistance. However, this method degrades the power generation according to inaccurate fault detection. This article proposes the dc series arc fault detection and extinguishing with coordination of current modulation and machine learning method, which can improve the accuracy of fault detection through double screening. The proper machine learning algorithm can minimize the undesired trigger of current modulation, which improves the PV power generation at normal condition. The proposed method is possible to distinguish between arc fault and normal conditions regardless of impedance and external changes. The operational principle is analyzed to coordinate the current modulation and machine learning. The experimental results using 800-W prototype dc–dc converter can verify the arc fault detection and extinguishing.
S
SunView 深度解读
从阳光电源组串式逆变器和模块级电力电子(MLPE)产品线角度来看,这项结合机器学习与电流调制的直流串联电弧故障检测技术具有重要战略价值。随着光伏系统向分布式、模块级方向发展,我们的微型逆变器和优化器产品面临更复杂的电弧故障风险,这项技术提供了一个系统性解决方案。
该技术的核心价值在于通过双重筛选机制显著提升故障检测准确率,减少误触发。传统电流调制方法虽能检测电弧,但误判会导致发电量损失,这对我们追求的系统效率提升目标构成挑战。机器学习算法的引入可以在正常工况下最小化不必要的电流调制干预,这与阳光电源"智能化、数字化"的产品战略高度契合。实验验证的800W原型机功率等级与我们的微型逆变器产品相近,技术可移植性较强。
从技术成熟度评估,该方案已完成原理验证和小功率样机测试,但距离商业化应用仍需解决几个关键问题:首先,机器学习模型在不同环境条件、不同组件类型下的泛化能力需要大规模数据验证;其次,算法的实时性和边缘计算能力要求对现有硬件平台提出挑战;第三,需要建立符合IEC 63027等国际标准的测试认证体系。
对于阳光电源而言,这项技术的应用机遇在于:可将其集成到我们的智慧光伏云平台,实现从设备端到云端的全链路安全监测;同时在北美等强制要求电弧检测的市场,该技术可增强产品竞争力。建议与研究团队建立合作,将该技术纳入下一代MLPE产品的预研规划,并结合我们在大数据和AI方面的积累加速技术成熟。