[发明专利]一种基于判别分析策略的串联电弧故障检测方法

说明书

本发明公开了一种基于判别分析策略的串联电弧故障检测方法，特点是通过电流传感器和数据采集卡对电弧发生电路进行检测，通过计算机采集电弧发生电路中的电流数据，并实施特征变换，构造电流特征矩阵并实施标准化处理得到新特征矩阵，利用Fisher判别分析算法得到分类变换矩阵并计算分类特征矩阵、残差矩阵。将采集到的电流数据组建成电流数据向量，通过特征变换获取均值、标准差峰度、偏度，均方根，峰值因子，形状因子，脉冲因子，边缘因子，最大对数，并构造特征向量，对特征向量实施标准化处理得到检测指标。优点是只需利用电路正常运行时的不同负载下的电流数据，不需要模拟或实际采样电弧故障状态下的电流数据，对整个电路的负面影响较小。

技术领域

本发明涉及一种电弧故障检测方法，特别涉及一种基于判别分析策略的串联电弧故障检测方法。

背景技术

随着用电设备的日趋复杂化与多样化趋势，用电安全问题是一个不容忽视的问题。据全国消防局统计，因电气设备短路、过载、和漏电等问题而导致的火灾是起火的主要原因。当前的用电设备一般都会自带有断路器、熔断器、和漏电保护等电路单元，从而分别应对短路、过载、和漏电问题。除了这三类典型且常见的电气设备故障外，电弧故障是指带电线路中出现非人类意愿电弧的一种电气故障。按照电弧故障发生时电弧与电路连接关系，可将电弧故障分为串联电弧故障(Series Arc Fault，SAF)、并联电弧故障 (ParallelArc Fault，PAF)、和接地电弧故障(Grounding Arc Fault，GAF)等。其中，并联电弧故障和接地电弧故障因故障时的电流较大，等效于短路故障，可以直接使断路器或熔断器动作从而起到保护作用。而串联电弧故障发生时，由于自身阻抗的存在使得负载电流小于正常工作电流，断路器和熔断器无法采取相应动作。因此，串联电弧故障检测是当前供配电系统故障检测的薄弱环节。

一般而言，串联电弧故障检测任务主要在于能成功的检测出故障出现与否，在采取相应的保护措施后，才进行电弧故障类型的诊断。实现串联电弧故障检测基本上有两大类策略：其一，通过安装物理传感装置实时采集物理特征信号来实施电弧故障检测；其二，利用电路中的电流或电压信号实施数据驱动的电弧故障检测。前者需要安装硬件设备，会增加设备的投入成本以及会受到安装位置空间的限制。相比之下，后者属于软件检测，只需利用合适的数据挖掘算法即可实现对串联电弧故障的在线实时监测。因此，实施数据驱动的串联电弧故障检测是当前的主要研究方向。

值得注意的是，在正常工作情况下，串联电弧会因为不同的负载和复杂工况的影响，电路中的电流会出现不同的变化特征。传统的利用数据实施电弧故障检测主要是按照多类别分类的思想开展的，比如使用决策树、神经网络、支持向量机、贝叶斯分类器等。此外，考虑到电流的变化特征，对电流信号实施时域特征分析、频域特征分析等特征变换后，再利用转换后的特征实施分类，从而诊断出串联电弧故障。从这个角度来看，特征选择就起到了关键作用，也就是说需要选择合适的特征从而改善分类的精度效果，这就衍生出了新的问题。实施数据驱动的串联电弧故障检测，除了通过时域或频域分析转换特征外，还需要考虑串联电路的多工况特性，多这些转换后的特征实施特征提取，并充分利用特征成分，及时而有效的检测出电弧故障。

发明内容

本发明所要解决的主要技术问题是：只需根据不同负载情况下的电流数据，就可以实现串联电弧故障检测目的。具体来讲，本发明方法首先对正常工况下不同负载条件的电流数据进行时域与频域特征分析，然后利用判别分析将时频域特征转换成用于分类的特征信号与残差信号，最后对分类特征信号与残差特征信号分别实施故障检测。

本发明方法解决上述问题所采用的技术方案为：一种基于判别分析策略的串联电弧故障检测方法，包括以下步骤：