一种中压船舶电力系统单相接地故障报警器设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种中压船舶电力系统单相接地故障报警器设计方法，属于船舶安全运行维护领域。本发明专利技术先将每一时刻的含有不确定性的两个报警置信度利用报警置信度静态融合规则进行静态融合，得到每一时刻的静态报警置信度，再利用报警置信度动态融合规则将当前时刻的静态报警置信度与其以往时刻的动态报警置信度进行动态融合，得到当前时刻的动态报警置信度，并在相关判定准则下判定是否发出警报，这种静态融合与动态融合相结合的置信度融合过程可以有效降低报警器的误报率和漏报率。

【技术实现步骤摘要】
一种中压船舶电力系统单相接地故障报警器设计方法
本专利技术涉及一种中压船舶电力系统单相接地故障报警器设计方法，属于船舶安全运行维护领域。
技术介绍
在中压船用电力系统中，电缆数量多，总长度长，等效对地电容显著大于低压船舶电力系统，单相接地故障的危害已经不能忽视。单相接地故障作为一种频发故障，会造成非接地相对地电压升高，长期带故障运行将影响电缆的绝缘水平，造成电缆的加速老化。还会引起接地点(间断性)电弧，导致故障严重化，进而发展为两相、三相(短路)接地故障。一般情况下，通过设置合适的方向性零序过电流保护可实现对此类故障的有效保护。中压船用电力系统中的单相接地故障，就是要对产生的零序电压，电流的相位与幅值做量化分析，然后设计报警器对中压电力系统的单相接地状态进行有效实时的监测。但是普通的报警器只能根据单一的输入信号变量是否触发设定的报警阈值来确定报警与否，这种单一变量下的阈值触发报警产生的机制，在中压电力系统的实际应用中，常常会导致误报、漏报等情况发生。通常衡量一个报警器性能的基本指标为误报率、漏报率和平均延迟时间。数字滤波、时间延迟、设置死区是几类常用的基于绝对阈值判别方式的报警器设计方法，这些传统的报警方法采用过程变量超过阈值则立即报警、低于阈值报警即刻解除的机制。但是，考虑到中压电力系统的复杂情况，这些传统方法并不能很好的消除中压电力系统运行及传感器信息采集中各种不确定性干扰，导致误报率和漏报率过大，无法达到精准判定中压电力系统运行状态的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种中压船舶电力系统单相接地故障报警器设计方法，与传统报警器设计方法中采用的绝对阈值报警判别方式不同，本专利技术所提方法先将每一时刻的含有不确定性的两个报警置信度利用报警置信度静态融合规则进行静态融合，得到每一时刻的静态报警置信度，再利用报警置信度动态融合规则将当前时刻的静态报警置信度与其以往时刻的动态报警置信度进行动态融合，得到当前时刻的动态报警置信度，并在相关判定准则下判定是否发出警报，这种静态融合与动态融合相结合的置信度融合过程可以有效降低报警器的误报率和漏报率。本专利技术包括以下各步骤：(1)对于中压船舶电力系统，其中压部分的拓扑多为母排分段结构，每段母排上至少由一台发电机供电，日用变压器和推进变频器等负载设备分开连接至不同的母排分段上，根据《钢制海船入级规范》，当系统中发生单相接地故障时，在故障点和地之间形成3.3KV～10.8KV不等的零序电压U，通过线缆和设备的对地电容以及发电机中性点电阻对地产生零序电流I及其相位D，由零序电流传感器采集得到零序电流信号，经傅里叶分解得到其峰值，记为x1，由零序电流传感器采集得到零序电流相位，记为x2，零序电流峰值x1由0开始增大，零序电流相位x2从180°开始向-90°方向偏离，同时中压电力系统由正常工作状态变为故障状态，传感器每隔1秒采集一次零序电流信号和零序电流相位。(2)设定单相接地故障报警器的辨识框架为Θ＝{NA,A}，其中NA＝0表示电力系统处于正常运行状态，A＝1表示电力系统处于单相接地故障状态。(3)由步骤(1)知x1和x2分别是单相接地故障报警器需要监测的零序电流峰值和零序电流相位的报警变量，令x1(k)和x2(k)，k＝1,2,3,…,K，分别是传感器对监测零序电流峰值的采样值和零序电流相位的采样值的在线测量序列，k为采样时刻，采样数量K要大于3600，构造零序电流峰值的报警变量x1关于正常运行状态和单相接地故障状态的正态分布X1,NA～N(μ1,σ12)和X1,A～N(μ2,σ22)，对应的概率密度函数为f1,NA(x)和f1,A(x)，构造零序电流相位的报警变量x2关于正常运行状态和单相接地故障状态的正态分布X2,NA～N(μ3,σ32)和X2,A～N(μ4,σ42)，对应的概率密度函数为f2,NA(x)和f2,A(x)，其中0A≤μ1<μ2<3A,σ1>0,σ2>0,180°≤μ3<360°,-90°<μ4<0°,σ3>0,σ4>0。(4)设定单相接地故障报警器的两个输入故障特征为x1(k)和x2(k)，其参考区间的端点集合为T＝{Tn’|n’＝1,2…,N}和Q＝{Qm’|m’＝1,2…,M}，它们分别构成零序电流峰值的采样值x1(k)的N-1个参考区间{[T1,T2],[T2,T3],…,[TN-2,TN-1],[TN-1,TN]}和零序电流相位的采样值x2(k)的M-1个参考区间{[Q1,Q2],[Q2,Q3],…,[QM-2,QM-1],[QM-1,QM]}，且有(μ1-3*σ1)<T1<T2<…<TN<(μ2+3*σ2)，(μ4-3*σ4)＝Q1<Q2<…<QM＝(μ3+3*σ3)，报警器输出为中压电力系统单相接地状态，记为y(k)，其参考值集合为W＝{We|e＝1,2}，其中W1＝NA＝0，W2＝A＝1。(5)通过步骤(3)构造得到输入x1(k)和x2(k)关于输出y(k)的测量值序列S＝{x1(k)，x2(k)，y(k),k＝1,2,3,…,K，K≥3600}，将x1(k)、x2(k)和y(k)表示成样本集合Z＝[x1(k),x2(k),y(k)]的形式，确知x1(k)和x2(k)中分别有β1个测量值满足N(μ1,σ12)和N(μ3,σ32)，对应输出y(k)＝0，分别有β2个测量值满足N(μ2,σ22)和N(μ4,σ42)，对应输出y(k)＝1，且有β1+β2＝K，将x1(k)和y(k)表示成样本集合Z’＝[x1(k),y(k)]，将x2(k)和y(k)表示成样本集合Z”＝[x2(k),y(k)]，分别使用样本集合[x1(k),y(k)]和[x2(k),y(k)]在所对应的区间上的概率分布构造输入故障特征x1(k)和x2(k)与中压电力系统单相接地状态y(k)的概率分布表，如下表1和表2分别所示，其中n＝1,2…,N-1，m＝1,2,…,M-1，e＝1,2，有显然，有αn为落在参考点Tn上的概率分布总和，并有an＝γ1,n+γ2,n，ηm为落在参考点Qm上的概率分布总和，并有ηm＝ε1,m+ε2,m。表1样本[x1(k),y(k)]的概率分布表表2样本[x2(k),y(k)]的概率分布表(6)根据步骤(5)中得到的样本[x1(k),y(k)]的概率分布表，可获得当输入故障特征x1(k)的样本落在参考点Tn上时，We发生的置信度为并有则可定义对应于参考点Tn的报警置信度为同理，对于样本[x2(k),y(k)]的概率分布表，定义对应于参考点Qm的报警置信度为其中对于新进的测量值x1(t)和x2(t),t＝1,2,3,…，其必然落入参考点Tn或Qm上，此时该参考点所对应的报警置信度被激活，它们分别由式(2)和式(3)给出。(7)根据步骤(6)分别获得t时刻关于过程变量x1和x2的报警置信度和之后，利用报警置信度静态融合规则把每一时刻的报警置信度和进行静态融合，得到t时刻的静态报警置信度Bt，具体计算过程如下：Bt＝Ro,b(2)，o＝{We|e＝1,2}(5)其中，在设定wi＝ri，i＝1,2情况下，有(8)根据步骤(7)获得t时刻的静态报警置信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种中压船舶电力系统单相接地故障报警器设计方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：(1)对于中压船舶电力系统，其中压部分的拓扑多为母排分段结构，每段母排上至少由一台发电机供电，当系统中发生单相接地故障时，在故障点和地之间形成3.3KV～10.8KV不等的零序电压U，通过线缆和设备的对地电容以及发电机中性点电阻对地产生零序电流I及其相位D，由零序电流传感器采集得到零序电流信号，经傅里叶分解得到其峰值，记为x1，由零序电流传感器采集得到零序电流相位，记为x2，零序电流峰值x1由0开始增大，零序电流相位x2从180°开始向‑90°方向偏离，同时中压电力系统由正常工作状态变为故障状态，传感器每隔1秒采集一次零序电流信号和零序电流相位；(2)设定单相接地故障报警器的辨识框架为Q＝{NA,A}，其中NA＝0表示电力系统处于正常运行状态，A＝1表示电力系统处于单相接地故障状态；(3)由步骤(1)知x1和x2分别是单相接地故障报警器需要监测的零序电流峰值和零序电流相位的报警变量，令x1(k)和x2(k)，k＝1,2,3,…,K，分别是传感器对监测零序电流峰值的采样值和零序电流相位的采样值的在线测量序列，k为采样时刻，采样数量K要大于3600，构造零序电流峰值的报警变量x1关于正常运行状态和单相接地故障状态的正态分布X1,NA～N(μ1,σ12)和X1,A～N(μ2,σ22)，对应的概率密度函数为f1,NA(x)和f1,A(x)，构造零序电流相位的报警变量x2关于正常运行状态和单相接地故障状态的正态分布X2,NA～N(μ3,σ32)和X2,A～N(μ4,σ42)，对应的概率密度函数为f2,NA(x)和f2,A(x)，其中0A≤μ1...

【技术特征摘要】
1.一种中压船舶电力系统单相接地故障报警器设计方法，其特征在于该方法包括以下各步骤：(1)对于中压船舶电力系统，其中压部分的拓扑多为母排分段结构，每段母排上至少由一台发电机供电，当系统中发生单相接地故障时，在故障点和地之间形成3.3KV～10.8KV不等的零序电压U，通过线缆和设备的对地电容以及发电机中性点电阻对地产生零序电流I及其相位D，由零序电流传感器采集得到零序电流信号，经傅里叶分解得到其峰值，记为x1，由零序电流传感器采集得到零序电流相位，记为x2，零序电流峰值x1由0开始增大，零序电流相位x2从180°开始向-90°方向偏离，同时中压电力系统由正常工作状态变为故障状态，传感器每隔1秒采集一次零序电流信号和零序电流相位；(2)设定单相接地故障报警器的辨识框架为Q＝{NA,A}，其中NA＝0表示电力系统处于正常运行状态，A＝1表示电力系统处于单相接地故障状态；(3)由步骤(1)知x1和x2分别是单相接地故障报警器需要监测的零序电流峰值和零序电流相位的报警变量，令x1(k)和x2(k)，k＝1,2,3,…,K，分别是传感器对监测零序电流峰值的采样值和零序电流相位的采样值的在线测量序列，k为采样时刻，采样数量K要大于3600，构造零序电流峰值的报警变量x1关于正常运行状态和单相接地故障状态的正态分布X1,NA～N(μ1,σ12)和X1,A～N(μ2,σ22)，对应的概率密度函数为f1,NA(x)和f1,A(x)，构造零序电流相位的报警变量x2关于正常运行状态和单相接地故障状态的正态分布X2,NA～N(μ3,σ32)和X2,A～N(μ4,σ42)，对应的概率密度函数为f2,NA(x)和f2,A(x)，其中0A≤μ1<μ2<3A,σ1>0,σ2>0,180°≤μ3<360°,-90°<μ4<0°,σ3>0,σ4>0；(4)设定单相接地故障报警器的两个输入故障特征为x1(k)和x2(k)，其参考区间的端点集合为T＝{Tn’|n’＝1,2…,N}和Q＝{Qm’|m’＝1,2…,M}，它们分别构成零序电流峰值的采样值x1(k)的N-1个参考区间{[T1,T2],[T2,T3],…,[TN-2,TN-1],[TN-1,TN]}和零序电流相位的采样值x2(k)的M-1个参考区间{[Q1,Q2],[Q2,Q3],…,[QM-2,QM-1],[QM-1,QM]}，且有(μ1-3*σ1)<T1<T2<…<TN<(μ2+3*σ2)，(μ4-3*σ4)＝Q1<Q2<…<QM＝(μ3+3*σ3)，报警器输出为中压电力系统单相接地状态，记为y(k)，其参考值集合为W＝{We|e＝1,2}，其中W1＝NA＝0，W2＝A＝1；(5)通过步骤(3)构造得到输入x1(k)和x2(k)关于输出y(k)的测量值序列S＝{x1(k)，x2(k)，y(k),k＝1,2,3,…,K，K≥3600}，将x1(k)、x2(k)和y(k)表示成样本集合Z＝[x1(k),x2(k),y(k)]的形式，确知x1(k)和x2(k)中分别有β1个测量值满足N(μ1,σ12)和N(μ3,σ32)，对应输出y(k)＝0，分别有β2个测量值满足N(μ2,σ22)和N(μ4,σ42)，对应输出y(k)＝1，且有β1+β2＝K，将x1(k)和y(k)表示成样本集合Z’＝[x1(k)...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐晓滨，翁旭，胡燕祝，高海波，高迪驹，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33