随着电力电子技术的飞速发展,直流供电系统在航空航天、船舶和智能电网等领域得到大量应用。在直流系统中,由于线路绝缘被破坏、绝缘老化以及金属接头松动等原因容易引起直流电弧故障,串联直流电弧电流因不存在过零点而难以自行熄灭,极易引起火灾事故,严重威胁直流供电系统的安全稳定运行。本文从频域角度分析了直流电弧故障发生时电弧电流的变化特点,对直流串联电弧故障的检测方法及硬件装置进行了研究。依据UL1699b标准搭建直流串联电弧故障试验平台,通过采集电弧电压、电流波形数据,对直流电弧电流的频域分析,提出一种基于集合经验模态分解(EEMD)的串联电弧故障识别方法。首先,采用EEMD对电弧电流进行处理,得到一组本征模态函数(IMF);其次,通过分析各个IMF与电弧故障之间的关联程度,选取IMF5和IMF6作为表征电弧故障发生的特征分量;最后,研究电弧故障特征分量的阀值设定,并进行试验验证。结果表明,发生电弧故障前后IMF5、IMF6均有明显变化,利用设定阀值能够实现串联直流电弧故障的准确识别,从而验证了EEMD算法用于电弧故障辨识的可行性。针对现有检测方法运算较为复杂、实时性相对较差,提出一种基于滑动DFT的串联电弧故障识别方法。分析表明,燃弧起始阶段是直流电弧故障识别的最佳时期,根据该阶段电流波形的频谱特征确定滑动DFT分析的特征频率为3KHz、5KHz、40KHz、80KHz和100KHz。采用滑动DFT算法对电弧电流进行处理,并运用现场可编程门阵列(FPGA)进行直流串联电弧故障的硬件装置检测。结果表明,发生电弧故障前后特征频率的滑动DFT频谱均有明显变化,验证了滑动DFT算法用于电弧故障识别的可行性。