基于自适应阈值的故障电弧检测方法、系统及探测器

本发明涉及电弧检测，具体涉及一种基于自适应阈值的故障电弧检测方法、系统及探测器。

背景技术：

1、由于配电系统线路的破损、老化及衔接松动等因素引发的故障电弧可以造成局部的高温，极易引发电气火灾甚至爆炸。电弧的中心温度可高达5000k到15000k，且一旦出现击穿点则会频繁出现。因此，电气火灾所导致的火灾事故一般都较为严重，尽可能避免电气火灾的发生是一件意义重大的事。

2、为了避免因为故障电弧引起火灾，通常采用故障电弧检测技术进行电弧检测及预防。目前市场上大多数的故障电弧探测器采用的是基于特征向量阈值监测的故障电弧检测方法。但探测器设定的特征阈值一般为固定阈值，当该特征阈值设定偏高，进行电弧故障检测时，极易出现漏报情况；当该特征阈值设定偏低，进行电弧故障检测时，又容易出现错报情况。针对实际用电场景的多种类型负载设定合适的特征阈值显然困难重重，因此，故障电弧探测器设定的特征阈值如果采用自适应阈值策略的话就显得十分恰当且重要。

3、比如相关技术中，公布号为cn112162172a的专利申请文献中在虚拟能量指标的统计信息的基础上，建立了周期波动指标和动态阈值，以及故障判别方法和动态阈值更新算法；该方案立足于最大值、最小值、均值和方差等指标建立的虚拟能量指标。

4、公布号为cn111707908a的专利申请文献中提出的多负载回路串联故障电弧检测方法，从干路电流信号的小波系数中提取至少两个故障指示特征；若至少两个故障指示特征均满足预设判断条件，则判定多负载回路出现故障电弧；该方案从峭度/峰值因子等角度描述故障电弧，对于弱电弧明显区分不开。

5、但是，目前故障电弧检测领域关于特征阈值自适应的研究较少，能够实际运用的成果更少。

技术实现思路

1、本发明旨在解决现有基于阈值监测的故障电弧检测方法中特征阈值无法实现自适应的问题。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题的：

3、第一方面，本发明提出了一种基于自适应阈值的故障电弧检测方法，所述方法包括：

4、获取线路电流信号；

5、从所述线路电流信号中提取至少两个故障指示特征；

6、若至少两个所述故障指示特征均满足预设条件，则判定线路中发生故障电弧；

7、若至少两个所述故障指示特征至少存在一个不满足预设条件，则基于自适应特征阈值辅助仲裁线路中是否发生故障电弧。

8、进一步地，所述从所述线路电流信号中提取至少两个故障指示特征，包括：

9、对所述线路电流信号进行小波分解，获取各层小波系数；

10、对各层所述小波系数进行处理，提取第一故障指示特征和第二故障指示特征。

11、进一步地，所述对各层所述小波系数进行处理，提取第一故障指示特征和第二故障指示特征，包括：

12、基于各层所述小波系数，采用第一四分位数概念计算求得第一故障指示特征，其中，n为小波系数的个数，q1表示小波系数的1/4分位数，x(i)为小波系数；

13、基于各层所述小波系数，采用变异系数cv的概念计算求得第二故障指示特征，其中，σ为小波系数的标准差，u为小波系数平均值。

14、进一步地，在所述对所述线路电流信号进行小波分解，获取各层小波系数之后，所述方法还包括：

15、基于各层所述小波系数，计算所述自适应特征阈值，公式表示为：

16、

17、式中：threshold为所述自适应特征阈值，meanvalue为各层所述小波系数的均值，discrete degree为各层所述小波系数的离散程度，q表示故障指示特征初始阈值，k表示无量纲自定义系数。

18、进一步地，所述小波系数的均值和所述小波系数的离散程度的公式表示分别为：

19、

20、

21、式中：x(i)为小波系数，n为小波系数的个数。

22、进一步地，所述方法还包括：

23、当flag>ko时，

24、当flag≤ko时，

25、其中，标志函数ko为无量纲自定义系数。

26、进一步地，所述若至少两个所述故障指示特征均满足预设条件，则判定线路中发生故障电弧，包括：

27、若至少两个所述故障指示特征均小于设定的正常值时，则判定线路中发生故障电弧。

28、进一步地，所述若至少两个所述故障指示特征至少存在一个不满足预设条件，则基于自适应特征阈值辅助仲裁线路中是否发生故障电弧，包括：

29、基于所述自适应特征阈值，确定辅助仲裁函数naaf表示辅助仲裁系数的个数，i表示第i故障指示特征，thh(i)表示当前自适应阈值，q(i)表示初始特征阈值；

30、若aaf<naaf，则判定线路中发生故障电弧；

31、若aaf≥naaf，则判定线路中未发生故障电弧。

32、第二方面，本发明提出了一种基于自适应阈值的故障电弧检测系统，所述系统包括：

33、获取模块，用于获取线路电流信号；

34、特征提取模块，用于从所述线路电流信号中提取至少两个故障指示特征；

35、第一判定模块，用于在至少两个所述故障指示特征均满足预设条件时，判定线路中发生故障电弧；

36、第二判定模块，用于在至少两个所述故障指示特征至少存在一个不满足预设条件时，基于自适应特征阈值辅助仲裁线路中是否发生故障电弧。

37、第三方面，本发明提出了一种故障电弧探测器，所述探测器包括存储器、处理器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如上所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法。

38、本发明的优点在于：

39、(1)本发明从线路电流信号中提取至少两个故障指示特征，并在至少两个故障指示特征均满足预设条件时，判定线路中发生故障电弧，否则则启用辅助仲裁算法，结合自适应阈值进一步判定线路中是否发生了故障电弧；可实现特征阈值自适应，在一定程度上提高故障电弧检测准确率以及降低漏报、错报的次数。

40、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，所述从所述线路电流信号中提取至少两个故障指示特征，包括：

3.如权利要求2所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，所述对各层所述小波系数进行处理，提取第一故障指示特征和第二故障指示特征，包括：

4.如权利要求2所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，在所述对所述线路电流信号进行小波分解，获取各层小波系数之后，所述方法还包括：

5.如权利要求4所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，所述小波系数的均值和所述小波系数的离散程度的公式表示分别为：

6.如权利要求1所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，所述方法还包括：

7.如权利要求1所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，所述若至少两个所述故障指示特征均满足预设条件，则判定线路中发生故障电弧，包括：

8.如权利要求1所述的基于自适应阈值的故障电弧检测方法，其特征在于，所述若至少两个所述故障指示特征至少存在一个不满足预设条件，则基于自适应特征阈值辅助仲裁线路中是否发生故障电弧，包括：

9.一种基于自适应阈值的故障电弧检测系统，其特征在于，所述系统包括：

10.一种故障电弧探测器，其特征在于，所述探测器包括存储器、处理器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，以用于实现如权利要求1-8中任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开一种基于自适应阈值的故障电弧检测方法、系统及探测器，方法包括获取线路电流信号；从所述线路电流信号中提取至少两个故障指示特征；若至少两个所述故障指示特征均满足预设条件，则判定线路中发生故障电弧；若至少两个所述故障指示特征至少存在一个不满足预设条件，则基于自适应特征阈值辅助仲裁线路中是否发生故障电弧。本发明实现了特征阈值自适应，在一定程度上提高故障电弧检测准确率以及降低漏报、错报的次数。

技术研发人员：李勇,陆守香,王文家
受保护的技术使用者：中国科学技术大学先进技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13