一种电动自行车充电安全隐患的预警方法和系统与流程

本发明涉及电力监测，尤其涉及一种电动自行车充电安全隐患的预警方法和系统。

背景技术：

1、电弧故障是引发电气火灾的主要原因，传统的电气保护装置，例如熔断器、断路器或剩余电流动作保护器只能检测出故障电流，而无法检测出故障电弧，当线路过载或不良的电气连接导致绝缘层老化、破损时，则会产生故障电弧，仅仅几个安培大小的电弧电流就能够产生2000～4000℃的局部高温，故障电弧的这种特性使得其危害异常严重，一方面，小故障电流使得电弧故障难以被准确检测出来，另一方面，故障电弧产生的高温可能导致用电设备被烧毁、引发火灾等，其后果不堪设想。

2、不同负载及其电路连接方式使得电弧波形具有复杂性，电弧特征在不同的条件下，如负载种类、电弧发生的位置均呈现出较大的波动，而仅通过对几个特征进行阈值判断检测方式，则难以准确检测出故障电弧。

3、为此，提供了一种电动自行车充电安全隐患的预警方法和系统，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明所述的一种电动自行车充电安全隐患的预警方法和系统，解决了不同负载及其电路连接方式使得故障电弧识别准确率不高的问题，解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明所述的一种电动自行车充电安全隐患的预警方法，包括以下步骤：用于将相电流互感器和零序电流互感器输出电流信号后，通过电阻取得电压信号，再把所述电压信号经过滤波处理的信号调理单元；用于实现三相电压、三相电流和零序电流同步采样的a/d采样单元；用于提高开发效率的微处理器单元；用于实现rs485和物联通信功能的远程通信单元；用于实现人机交互功能的人机交互单元；用于提供信号调理单元、a/d采样单元、微处理器单元、远程通信单元和人机交互单元工作电源的电源管理单元。

4、优选的，所述信号调理单元包括电压回路和电流回路；所述电压回路为三相电压，所述电压回路通过调理后得到相应的电压信号并送至a/d采样单元；所述电流回路包括相电流信号和相电流互感器、零序电流信号和零序电流互感器。

5、优选的，所述a/d采样单元通过设置过零检测以及锁相环电路，实现三相电压、三相电流的同步采样功能。

6、优选的，所述微处理器单元包括特征提取模块和特征选择模块；所述特征提取模块通过对数据进行预处理和分析，将正常电路电流和故障电流分成两个数据集；所述特征提取模块包括时域特征、频域特征和动力学特征；所述特征选择通过采用keras架构实现故障电弧的检测。

7、优选的，所述时域特征通过电流变化速率和短时过零率状况，来反映电流变化特征和零休特征；所述时域特征通过提取样本熵和香农熵状况，来反映信号的不确定性和复杂性；当所述故障电弧发生时，电流瞬时值变化速率会加快，则所述电流瞬时值通过以下电流瞬时值表达式反映：

8、

9、所述电流瞬时值表达式中，s(m)为电流采样信号；

10、所述短时过零率为相邻采样值符号改变的次数与窗宽的比值；当电路中出现故障电弧后，随机性增强，所述短时过零率增大；将所述窗宽设置成一个周波，用过零次数替代短时过零率，建立窗宽表达式：

11、

12、

13、

14、令离散信号的概率分布为{pi}，pi＞0，i＝1，2，...，n且则所述香农熵的表达式为：

15、

16、优选的，所述频域特征包括计算故障电弧信号的各次谐波含量、谐波因数、总谐波畸变率和频率质心；采用离散傅里叶变换对每一个采集的电流信号周期提取电流谐波分量；所述谐波因数、总谐波畸变率和频率质心的表达式如下：

17、hk＝dk/d1，

18、

19、

20、其中，hk为谐波因数表达式，thd为谐波总畸变率表达式，wc为频率质心表达式。

21、优选的，所述动力学特征用于处理非线性不平稳的信号以及隐藏在电弧噪声中的参数的提取；所述动力学特征包括以下处理步骤：使用相空间技术将一维信号重构到高维空间，建立延迟向量表达式；将相空间轨迹转化为递归量化图，建立递归表达式。

22、优选的，令时间序列为x(n)，长度为n，选择嵌入维数为m，延迟时长为τ，则所述延迟向量表达式为：

23、

24、当所述相空间轨迹上的第i个相点xi与第j个相点xj之间的距离小于阈值ε时，则系统在这两个时刻的状态具有递归性，此时ri，j＝1，在递归图中显示黑点，则所述递归表达式为：

25、

26、式中，采用自相关法对m和τ进行求解，延迟时长τ设置为1/4个周期，嵌入维数m设置为4，∈取平均相空间直径、最大相空间直径的10％以及x的90％分位数三者中最小的一个。

27、优选的，通过采用rqa从递归图中提取非线性指标，实现定量描述递归图的系统动力学特性，所述非线性指标包括递归率rr、确定率det、平均对角线长度ml、最大对角线长度lmax、对角线长度熵entr、层流率lam、递归次数tt、最长垂直线vmax、第二次递归时间t2；所述递归率rr通过递归率rr表达式表示：

28、

29、所述确定率det通过确定率det表达式表示：

30、

31、所述平均对角线长度ml通过平均对角线长度ml表达式表示：

32、

33、所述最大对角线长度lmax通过最大对角线长度lmax表达式表示：

34、lmax＝max(li)；

35、所述对角线长度熵entr通过对角线长度熵entr表达式表示：

36、

37、所述层流率lam通过层流率lam表达式表示：

38、

39、所述递归次数tt通过递归次数tt表达式表示：

40、

41、所述最长垂直线vmax通过最长垂直线vmax表达式表示：

42、

43、所述第二次递归时间t2通过第二次递归时间t2表达式表示：

44、

45、式中，n为递归图的边长，s为递归图中线段数目，p(l)为l长度线段数，p(v)为v长度垂直/水平线段分布概率；vmin为最小分析长度，取值为2。

46、本发明所述的一种电动自行车充电安全隐患的预警系统，包括：第一模块，用于将相电流互感器和零序电流互感器输出电流信号后，通过电阻取得电压信号，再把所述电压信号经过滤波处理的信号调理单元；第二模块，用于实现三相电压、三相电流和零序电流同步采样的a/d采样单元；第三模块，用于提高开发效率的微处理器单元；第四模块，用于实现rs485和物联通信功能的远程通信单元；第五模块，用于实现人机交互功能的人机交互单元；第六模块，用于提供信号调理单元、a/d采样单元、微处理器单元、远程通信单元和人机交互单元工作电源的电源管理单元。

47、本发明的有益效果为：

48、本发明所述的一种电动自行车充电安全隐患的预警方法和系统，通过在时域、频域、和动力学特性三方面提取电弧特征，在提取工作结束后增加特征筛选的步骤，并通过已训练的深度神经网络模型，简化了电弧故障识别阈值设置困难，解决了不同负载及其电路连接方式使得故障电弧识别准确率不高的问题，利用深度神经网络模型减少了电弧故障识别中的误判断，提高系统运行的安全性；同时装置集成电路更加小型化，成本更加低廉，而诊断故障的准确性实现集成模块化，能够安装到旧的配电箱、断路器等电气设备中，应用范围得到多元化。