为了应对能源危机,各国积极研究新能源技术,在此背景下太阳能光伏发电技术得到迅速发展。该技术给人们带来便利的同时,也带来了一系列运行安全问题。直流电弧故障是光伏系统最常见的故障之一,由于直流电弧不存在自然过零点,一旦产生很难自行熄灭,极易引起电气火灾事故。因此,光伏系统直流故障电弧(特别是串联故障电弧)检测与保护得到国内外学术界与工业界广泛关注。然而,光伏系统运行工况复杂多变,系统受共模干扰影响,容易造成电弧故障保护误动作。论文针对光伏系统串联直流故障电弧检测中的问题开展研究工作。分析光伏直流故障电弧产生机理与分类,参照UL1699B要求,搭建光伏直流故障电弧试验平台。研究阻性负载与光伏逆变器负载条件下故障电弧电流时域及频域特征,其时域特征量包括电弧电流均值、标准差以及极差,频域特征量为故障电弧电流50k Hz～100k Hz频段高频分量。研究光照强度变化、光伏逆变器启动过程以及光伏系统共模干扰对故障电弧电流的影响。针对电弧燃弧起始阶段,分析光伏直流电弧电磁辐射特性。电弧电磁辐射为间断脉冲序列,其脉冲起始点与电流突变时刻相对应,且每个电磁辐射脉冲为一个衰减振荡信号。电弧电磁辐射强度与其电流变化率近似成正比,电弧电磁辐射频谱最大值对应频率与电弧振荡脉冲宽度近似成反比。研究光伏直流故障电弧电磁辐射测量方法,提出一种用于故障电弧电磁辐射测量的三阶Hilbert分形天线设计方法。该天线在较小外形尺寸(仅有60mm×60mm)下能够实现较大频率测量范围,其带宽可达210MHz～800MHz。对所设计的三阶Hilbert分形天线进行了试验验证,并分析电弧电流变化率以及测量距离对电弧电磁辐射信号强度的影响。研究随机信号处理方法在故障电弧检测中的应用,提出一种基于随机特性模型的光伏直流故障电弧检测方法。基于AR模型建立光伏直流电弧电流随机特性模型,采用AIC准则选取所建模型最佳阶数。采用电弧故障情况下模型参数均值作为故障电弧特征量,并以光伏系统正常工作时模型参数均值为基础设定比较阈值。同时,研究光照强度变化及光伏逆变器启动过程对故障比较阈值的影响,并对所提方法进行了试验验证。研究多特征信息融合方法在故障电弧识别中的应用,提出一种基于BP神经网络与D-S证据理论的光伏系统直流故障电弧识别方法。该方法采用电弧电流标准差、电弧电流随机特性模型参数以及电磁辐射信号强度作为输入量,利用BP神经网络对其进行训练和识别,并用D-S证据理论对识别结果进行决策级信息融合,从而实现光伏系统直流故障电弧识别。