近年来,在技术进步与政府扶持的推动下,太阳能光伏发电的装机量与产能得到了大幅提高。国际能源署在最新的报告中指出,过去十年全球的太阳能光伏发电产量正以每年50%的速度增长。光伏产品的快速扩张虽然带来了清洁的能源,但同时也隐藏着安全问题。特别是自2006年以来,有关光伏火灾事故的报道比过去更频繁。而这些火灾事故的元凶正是直流故障电弧。光伏系统直流故障电弧具有难以检测、高温高热、难以扑灭等特点。对此,美国国家电工法规在2011版中增加了光伏系统中需安装直流故障电弧保护装置的强制要求。因此,研究光伏系统直流电弧的特性与防治策略显得尤为迫切。本论文在分析了国际上最新研究动态与产品的基础上,系统全面地介绍了光伏电源模型、电弧模型、电弧种类以及检测算法原理,为实验设计与数据处理程序编写奠定良好的理论基础。本论文根据现有的实验条件,在一小型光伏电站中进行了直流电弧的现场实验与测试。实验中基于自主研究的测试平台,应用控制电极分开的方法产生具有高可重复性的直流电弧,并使用传感器与示波器获取并保存实验数据。然后通过对离线数据的分析与统计,本文归纳了故障电弧电流六条时频特性,并划定了各特性对应的检测阈值。根据实验分析得出的电弧特性与其阈值,本文对串联电弧提出了基于多重判据的故障电弧检测算法,同时对不同种类的并联电弧提出相应的保护策略。本文的研究填补了国内光伏系统直流故障电弧领域的空白,对光伏系统的安全建设与标准制定起到一定的促进作用,对同类故障电弧断路器的开发与检测提供一定的借鉴意义。