低压供配电线路电弧故障的分类识别方法技术

本发明专利技术公开一种低压供配电线路电弧故障分类识别方法，主要针对低压供配电线路中出现的各类电弧故障进行分类识别与检测保护，其特点是以线路中的电流为分析对象，通过对电流进行相空间重构获得电流波形相空间轨迹图，并计算电流波形相空间轨迹图的信息维数，以电流波形相空间轨迹图的信息维数作为电流波形的相空间特征量，以电流波形的零休时间作为电流的时域特征量，以线路电流波形的相空间特征量和时域特征量构建电流二维特征量，运用非线性支持向量分类机系统对电流二维特征量数据样本进行训练，获得电弧故障分类识别模型，运用该模型以电流二维特征量为检测分析对象，对低压供配电线路中的电弧故障进行分类识别与检测保护。

Classification and recognition method of arc fault in low voltage power supply and distribution line

Arc fault classification method for distribution line of the invention discloses a low voltage, mainly for classification and detection of protection for all types of arc fault appeared in low-voltage power supply line, which is characterized by the current in the circuit is analyzed, the current through the phase space reconstruction of phase space trajectories for the current waveform, and calculate the information the dimension of current waveform of phase space trajectory map, the current waveform of phase space trajectory map information dimension as the characteristics of phase space of current waveform, the current waveform of zero time as the time-domain features of current, current construction of two-dimensional feature to feature phase space line current waveform and the time-domain features, using nonlinear support vector classification system to train the current two-dimensional feature data samples for arc fault classification model, using the model Taking the two-dimensional characteristic quantity of current as the object of detection and analysis, the arc faults in low voltage power supply and distribution lines are classified, identified and detected.

【技术实现步骤摘要】
低压供配电线路电弧故障的分类识别方法
：本专利技术涉及一种低压供配电线路电弧故障的分类识别方法，特别是涉及一种以电流相空间特征和时域特征为检测对象的低压供配电线路电弧故障的分类识别方法。
技术介绍
：楼宇建筑内的供配电线路由于各类的原因会引发电弧故障，供配电线路中的电弧故障按其产生的位置不同可以具体的分为串联电弧故障和并联电弧故障。并联电弧故障发生在两根导体之间，是一种短路电弧故障，往往是由于两导体接头处有触碰连接，或两导体之间由于绝缘损伤、炭化而产生，所以并联电弧故障又可以细分为并联点接触式电弧故障和并联炭化路径式电弧故障。并联电弧故障的电流波形受到负载的影响，一般大于负载电流。串联电弧故障是发生在单根导体上，如果是由于单根导体发生的机械式的断裂，或者是导体的连接处发生松动而引起的串联电弧故障称为串联点接触式电弧故障；如果由于单根导体熔断时绝缘皮炭化而产生，则称为串联炭化路径式电弧故障。串联电弧故障的电流波形虽然也受到负载的影响，但是其电流幅值一般小于负载电流，由于目前传统的熔断器、断路器等保护装置都是以过电流为检测对象的，对线路的短路故障能够有效的检测与保护，而对于串联电弧故障不能起到检测和保护的作用，所以传统的供配电线路保护方案不能对电弧故障加以防护。供配电线路中的串联电弧故障具有较高的隐蔽性，以及强大的破坏力，容易造成设备损坏，电弧燃烧所产生巨大的热量是引起电气火灾的主要危害之一，严重危害了公共安全。因此，供配电线路的保护系统需要在电弧故障发生时迅速切断电路，以保障用电安全。国内外学者提出了一些电弧故障检测与保护方法，其原理是利用电弧放电时的光、热、声音和电磁辐射等特征识别电弧故障，如德国Moeller公司研制的用于低压开关柜的电弧故障保护系统；ARCONABB研制的ARCGuardSystem电弧故障保护系统；芬兰Vaasa公司研制的VAMP系统等。对于上述电弧故障检测方法，用于检测特征参数的传感器必须安装在电弧故障发生的地方，因此不适于检测配电线路中发生地点不确定的电弧故障。在配电线路中，利用被保护回路电流时域特征检测电弧故障具有一定实用性，如电流零点的“平肩”现象、波形陡峭现象等，但随着新型用电设备的推陈出新，线路正常供电电流波形甚为复杂，该种方法难以区分电流波形的畸变是由电弧故障引起还是由电力电子负载所引起，所以会发生误判。
技术实现思路
：本专利技术的目的就在于解决现有技术存在的上述问题，针对目前国内外已公开的电弧故障识别方法存在着诸多弊端与不便性，经过反复研究和试验后，本专利技术提供一种以电流波形相空间特征和时域特征构建的二维特征量为检测对象，并以非线性支持向量分类机的模式识别功能为识别手段的供配电线路串联电弧故障识别方法。为了实现上述
技术实现思路
，本专利技术的技术方案为：一种低压供配电线路电弧故障的分类识别方法，其特点是采集被保护线路的电流信号，提取电流波形相空间特征与时域特征并构建二维特征量数据库，运用非线性支持向量机分类机系统对电流二维特征量样本数据进行训练，并形成电弧故障分类机识别模型，应用该模型对配电线路中的电弧故障进行识别与检测，包含以下步骤：(1)运用电流传感器采集被保护线路电流，利用精密取样电阻将电流信号转化为电压信号，再利用A/D转换器将电压模拟信号转化为数字信号，采样频率设为f＝100kZ；(2)以被保护线路带载情况下正常工作电流峰值为基准，将电流信号归一化处理，使得采集到的线路正常带载情况下工作电流峰值为单位1，出现电弧故障时段的电流幅值同比例调整。该步骤可以通过调整放大电路的比例倍数来完成；(3)运用改进的坐标延迟法对采集到的电流信号进行相空间重构进而获得电流波形相空间轨迹图，具体方法是：以电流的过零点为起点，以一个周期的时间加上坐标延迟时间为电流波形截取长度，按时间次序依次截取大于一个周期的波形，对所截取的线路电流波形进行相空间重构，对应每一个电流采样波形得到一个对应的相空间轨迹图，重构的相空间横坐标为Ix＝i(t)，重构的相空间纵坐标为Iy＝i(t+Δt)，坐标延迟时间最优取值为Δt＝2ms，对应的嵌入维数m＝10；(4)基于分形理论运用像素点覆盖法计算电流相空间轨迹图的信息维数，分别计算出线路所带不同电气负载时正常运行情况和出现电弧故障情况的电流波形相空间轨迹图的信息维数，以电流波形相空间轨迹图的信息维数作为识别电弧故障的电流特征量之一；(5)分别计算出线路所带不同电气负载时正常运行情况和出现电弧故障情况的电流波形零休时间，电流波形的零休时间即电流波形出现平肩时段所维持的时间长度，以计算出的电流零休时间作为识别电弧故障的另一电流特征量，结合电流波形相空间轨迹图信息维数特征量构建电流二维特征量；(6)运用非线性支持向量机原理构建分类机系统，对电流二维特征量数据进行分类识别，构建支持向量分类机系统采用径向基核函数，在合理选择系统参数的条件下，即惩罚因子C取值为2、径向基核函数半径γ取值为0.25，使分类机系统的正确分类识别率达到最大值。所述的电流传感器用于对电流的采样，并经过精密采样电阻将电流信号转换为电压信号，再经过A/D转换器将电压模拟信号转化为数字信号，采样频率设为f＝100kZ；所述的电流信号归一化处理，是将采集到的电流信号除以正常运行电流的峰值，使得采集到的线路正常带载情况下工作电流峰值为单位1；所述的利用改进的坐标延迟法对采集到的电流信号进行相空间重构，是将电流采样周期扩大为电流周期加上延迟时间，所述的延迟时间为2毫秒，所述的相空间重构的嵌入维数为10；所述的运用像素点覆盖法计算出的电流相空间轨迹图的信息维数作为电弧故障识别的第一特征量，所述的电流波形零休时间作为电弧故障识别的第二特征量；所述的作为电弧故障识别的电流二维特征量是由电流相空间轨迹图的信息维数特征值和电流零休时间特征值构建而成；所述的用于对电流二维特征量进行分类识别的非线性支持向量分类机系统的构建采用了径向基核函数，其中惩罚因子C取值为2，径向基核函数半径γ取值为0.25。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过对供配电线路电流进行采样，并计算提取电流波形的相空间特征和时域特征，以此构建电流的二维特征量，利用支持向量分类机系统通过对电流二维特征量的分类识别计算，判定线路中是否出现串联电弧故障。通过大量的试验可以发现，当线路所带电气负载的种类不同时，无论供配电线路是处于正常运行状态还是处于电弧故障运行状态，线路电流都存在各自独特的相空间特征与时域特征，因此可以通过试验手段提取出不同类型电气负载分别处于线路正常运行状态和线路出现电弧故障运行状态时的电流相空间特征与时域特征，并以这两个特征值构建电流二维特征量，以大量的试验数据为支撑，组建各类电气负载在线路正常运行状态及线路出现电弧故障运行状态时的电流二维特征量数据库，运用非线性支持向量机分类机系统对数据样本进行训练，获得电弧故障支持向量机分类机识别模型，进而对配电线路中的电弧故障进行识别与检测。附图说明：图1为线路电流采样与计算分析系统框图；图2为电流相空间轨迹图信息维数计算流程图；图3为非线性支持向量分类机系统框图具体实施方式：参考附图对本专利技术进行更进一步详细说明。本专利技术的线路电流采样部分与电流的分析计算部分框图如图1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
低压供配电线路电弧故障分类识别方法，其特征在于采集被保护线路的电流信号，提取电流波形相空间特征与时域特征并构建二维特征量数据库，运用非线性支持向量机分类机系统对电流二维特征量样本数据进行训练，并形成电弧故障分类机识别模型，应用该模型对配电线路中的电弧故障进行识别与检测，包含以下步骤：(1)运用电流传感器采集被保护线路电流，利用精密取样电阻将电流信号转化为电压信号，再利用A/D转换器将电压模拟信号转化为数字信号，采样频率设为f＝100kZ；(2)以被保护线路带载情况下正常工作电流峰值为基准，将电流信号归一化处理，使得采集到的线路正常带载情况下工作电流峰值为单位1，出现电弧故障时段的电流幅值同比例调整。该步骤可以通过调整放大电路的比例倍数来完成；(3)运用改进的坐标延迟法对采集到的电流信号进行相空间重构，具体方法是：以电流的过零点为起点，以一个周期的时间加上坐标延迟时间为电流波形截取长度，按时间次序依次截取大于一个周期的波形，对所截取的线路电流波形进行相空间重构，对应每一个电流采样波形得到一个对应的相空间轨迹图，重构的相空间横坐标为I

【技术特征摘要】
1.低压供配电线路电弧故障分类识别方法，其特征在于采集被保护线路的电流信号，提取电流波形相空间特征与时域特征并构建二维特征量数据库，运用非线性支持向量机分类机系统对电流二维特征量样本数据进行训练，并形成电弧故障分类机识别模型，应用该模型对配电线路中的电弧故障进行识别与检测，包含以下步骤：(1)运用电流传感器采集被保护线路电流，利用精密取样电阻将电流信号转化为电压信号，再利用A/D转换器将电压模拟信号转化为数字信号，采样频率设为f＝100kZ；(2)以被保护线路带载情况下正常工作电流峰值为基准，将电流信号归一化处理，使得采集到的线路正常带载情况下工作电流峰值为单位1，出现电弧故障时段的电流幅值同比例调整。该步骤可以通过调整放大电路的比例倍数来完成；(3)运用改进的坐标延迟法对采集到的电流信号进行相空间重构，具体方法是：以电流的过零点为起点，以一个周期的时间加上坐标延迟时间为电流波形截取长度，按时间次序依次截取大于一个周期的波形，对所截取的线路电流波形进行相空间重构，对应每一个电流采样波形得到一个对应的相空间轨迹图，重构的相空间横坐标为Ix＝i(t)，重构的相空间纵坐标为Iy＝i(t+Δt)，坐标延迟时间最优取值为Δt＝2ms，嵌入维数m＝10；(4)基于分形理论运用像素点覆盖法计算电流相空间轨迹图的信息维数，分别计算出线路所带不同电气负载时正常运行情况和出现电弧故障情况的电流波形相空间轨迹图的信息维数，以电流波形相空间轨迹图的信息维数作为识别电弧故障的电流特征量之一；(5)分别计算出线路所带不同电气负载时正常运行情况和出现电弧故障情况的电流波形零休时间，电流波形的零休时间即电流波形出现平肩时段所维持的时间长度，以计算出的电流零休时间作为识别电弧故障的另一电流特征量，结合电流波形相空间轨迹图信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：马少华，鲍洁秋，蔡志远，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21