直流供电系统及其电弧故障的检测方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种直流供电系统及其电弧故障的检测方法和装置，所述检测方法包括以下步骤：获取直流供电系统的线路电流信号和电源电压信号；根据线路电流信号判断是否发生电流突降；如果发生电流突降，则根据线路电流信号计算线路电流下降率，并判断线路电流下降率是否处于预设区间之内；如果线路电流下降率处于预设区间之内，则根据线路电流信号计算线路电流下降后和下降前的电流方差，并根据电源电压信号计算线路电流下降后和下降前的电源电压纹波方差，以及根据线路电流下降后和下降前的电流方差和电源电压纹波方差判断是否发生电弧事件；如果电弧事件持续发生的次数大于预设次数阈值，则判定直流供电系统发生电弧故障。

DC power supply system and its arc fault detection method and device

The invention provides a detection method and device for the DC power supply system and its arc fault, the detection method comprises the following steps: obtaining the line current signal and power supply voltage signal of the DC power supply system; judging whether there is a sudden drop of current according to the line current signal; if there is a sudden drop of current, calculating the line current drop rate according to the line current signal and judging the line Whether the current drop rate is within the preset range; if the line current drop rate is within the preset range, calculate the current variance after and before the line current drop according to the line current signal, and calculate the power voltage ripple variance after and before the line current drop according to the power voltage signal, as well as the current variance and electricity after and before the line current drop according to the line current drop The variance of the source voltage ripple determines whether the arc event occurs or not; if the number of continuous arc events is greater than the preset number threshold, the DC power supply system is judged to have an arc fault.

【技术实现步骤摘要】
直流供电系统及其电弧故障的检测方法和装置
本专利技术涉及电气故障检测
，具体涉及一种直流供电系统中电弧故障的检测方法、一种直流供电系统中电弧故障的检测装置和一种直流供电系统。
技术介绍
随着电力电子、储能等技术的快速发展，目前，直流供电在航天航空、数据中心、电动汽车、光伏发电等领域中得到广泛的应用。有大量的民用电气设备的实际负荷也都是直流供电，如LED灯泡、电视、打印机、变频调速空调、洗衣机、冰箱等。由于直流供电具有线路成本低、输电损耗小、供电可靠性高等优点，国内外已建成多个直流配用电示范工程，中国也已颁布了标准《GB/T35727-2017中低压直流配电电压导则》，以推动直流供电的广泛应用。因此可以预计直流供电的应用场合将越来越多。直流供电系统中，由于线路老化、连接松动、等原因导致的故障电弧时有发生，而直流故障电弧是诱发电气火灾的重要因素。因此，研究直流故障电弧检测与保护技术对于提高直流供电的安全具有重要的意义，并具有广阔的应用前景，目前已成为电气工程领域的热点研究方向之一。相对于交流电弧，人们对直流故障电弧的检测技术的研究起步较晚。与交流故障电弧相比，当直流供电系统中出现电弧故障时，由于直流供电电源没有过零点，电弧难以熄灭，危害更大。目前直流电弧故障的检测方式大致分为三种：一是利用电弧故障发生时会伴随有电磁辐射、弧光和噪声等物理特征，构建基于物理特征的检测系统进行串联电弧故障的检测。然而这种检测方式受传感器的检测范围的影响，只能检测特定位置发生的电弧故障。二是基于电弧发生时线路电流的无规则性变化和电弧对输出电压的影响，通过分析线路电流和输出电压的时域或频域特征实现对串联电弧故障的检测。这种检测方式存在使用场合单一，准确度不高的问题。三是使用人工智能的方法来检测电弧故障，通过小波变换对电压和电流信号进行特征提取，再使用支持向量机进行分类，确定是否发生电弧故障，或者通过从线路电流的时域和频域中提取电弧特征对隐马尔可夫模型进行训练，基于隐马尔可夫模型进行直流串联电弧检测，以及基于域适应性与深度卷积生成对抗网络，以解决原始数据与实际情况的差异导致检测准确率下降的问题。这些基于人工智能的检测方式要想获得较高的准确率，需要大量的高质量样本数据。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提供了一种直流供电系统及其电弧故障的检测方法和装置，能够及时、方便地检测出直流供电系统中的电弧故障，准确性较高、成本较低且能够适用于多种场合。本专利技术采用的技术方案如下：一种直流供电系统中电弧故障的检测方法，包括以下步骤：获取所述直流供电系统的线路电流信号和电源电压信号；根据所述线路电流信号判断是否发生电流突降；如果发生电流突降，则根据所述线路电流信号计算线路电流下降率，并判断所述线路电流下降率是否处于预设区间之内；如果所述线路电流下降率处于所述预设区间之内，则根据所述线路电流信号计算所述线路电流下降后和下降前的电流方差，并根据所述电源电压信号计算所述线路电流下降后和下降前的电源电压纹波方差，以及根据所述线路电流下降后和下降前的电流方差和电源电压纹波方差判断是否发生电弧事件；如果电弧事件持续发生的次数大于预设次数阈值，则判定所述直流供电系统发生电弧故障。根据所述线路电流信号判断是否发生电流突降，具体包括：根据所述线路电流信号计算线路电流突变率；根据所述线路电流突变率判断是否发生电流突降。设定第一时间窗口和第二时间窗口，通过所述第一时间窗口内的电流平均值计算所述线路电流突变率，并通过所述第二时间窗口内的电流平均值计算所述线路电流下降率，以及通过所述第二时间窗口内的电流采样值计算所述电流方差和通过所述第二时间窗口内的电源电压纹波采样值计算所述电源电压纹波方差，其中，所述第一时间窗口小于所述第二时间窗口。其中，利用直流电弧的伏安特性，结合所述直流供电系统的等效电路模型，得出电流下降区间公式，然后根据实时采集到的电源电压和线路电流计算出所述预设区间。根据所述线路电流下降后和下降前的电流方差和电源电压纹波方差判断是否发生电弧事件，具体包括：计算所述线路电流下降后的电流方差与所述线路电流下降前的电流方差的比值；计算所述线路电流下降后的电源电压纹波方差与所述线路电流下降前的电源电压纹波方差的比值；如果所述线路电流下降后的电流方差与所述线路电流下降前的电流方差的比值大于第一预设倍数阈值，且所述线路电流下降后的电源电压纹波方差与所述线路电流下降前的电源电压纹波方差的比值大于第二预设倍数阈值，则判定发生电弧事件。一种直流供电系统中电弧故障的检测装置，包括：获取模块，所述获取模块用于获取所述直流供电系统的线路电流信号和电源电压信号；第一判断模块，所述第一判断模块用于根据所述线路电流信号判断是否发生电流突降；第二判断模块，所述第二判断模块用于在发生电流突降时，根据所述线路电流信号计算线路电流下降率，并判断所述线路电流下降率是否处于预设区间之内；第三判断模块，所述第三判断模块用于在所述线路电流下降率处于所述预设区间之内时，根据所述线路电流信号计算所述线路电流下降后和下降前的电流方差，并根据所述电源电压信号计算所述线路电流下降后和下降前的电源电压纹波方差，以及根据所述线路电流下降后和下降前的电流方差和电源电压纹波方差判断是否发生电弧事件；第四判断模块，所述第四判断模块用于在电弧事件持续发生的次数大于预设次数阈值时，判定所述直流供电系统发生电弧故障。所述第一判断模块具体用于根据所述线路电流信号计算线路电流突变率，并根据所述线路电流突变率判断是否发生电流突降。所述第一判断模块通过设定的第一时间窗口内的电流平均值计算所述线路电流突变率，所述第二判断模块通过设定的第二时间窗口内的电流平均值计算所述线路电流下降率，所述第三判断模块通过设定的第二时间窗口内的电流采样值计算所述电流方差，并通过设定的第二时间窗口内的电源电压纹波采样值计算所述电源电压纹波方差，其中，所设定的第一时间窗口小于所设定的第二时间窗口。所述第三判断模块具体用于计算所述线路电流下降后的电流方差与所述线路电流下降前的电流方差的比值、所述线路电流下降后的电源电压纹波方差与所述线路电流下降前的电源电压纹波方差的比值，并在所述线路电流下降后的电流方差与所述线路电流下降前的电流方差的比值大于第一预设倍数阈值，且所述线路电流下降后的电源电压纹波方差与所述线路电流下降前的电源电压纹波方差的比值大于第二预设倍数阈值时，判定发生电弧事件。一种直流供电系统，包括上述直流供电系统中电弧故障的检测装置。本专利技术的有益效果：本专利技术通过获取直流供电系统的线路电流信号和电源电压信号，确定线路电流突降、线路电流下降率、线路电流方差和电源电压纹波方差，以判定直流供电系统发生电弧故障，与线路电流频谱分析的检测方式相比，避免了对线路电流进行傅里叶变换或小波变换，减少了计算量，与使用机器学习的检测方式相比，不需要大量的数据进行学习，更加简单、更易于使用低成本单片机进行实现。即本专利技术实施例的检测方法能够及时、方便地检测出直流供电系统中的电弧故障，准确性较高、成本较低且能够适用于多种场合。附图说明图1为本专利技术实施例的直流供电系统中电弧故障的检测方法的流程图；图2为本专利技术一个具体实施例的直流供电系统中电弧故障的检测方法的流程图；图3为本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流供电系统中电弧故障的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取所述直流供电系统的线路电流信号和电源电压信号；根据所述线路电流信号判断是否发生电流突降；如果发生电流突降，则根据所述线路电流信号计算线路电流下降率，并判断所述线路电流下降率是否处于预设区间之内；如果所述线路电流下降率处于所述预设区间之内，则根据所述线路电流信号计算所述线路电流下降后和下降前的电流方差，并根据所述电源电压信号计算所述线路电流下降后和下降前的电源电压纹波方差，以及根据所述线路电流下降后和下降前的电流方差和电源电压纹波方差判断是否发生电弧事件；如果电弧事件持续发生的次数大于预设次数阈值，则判定所述直流供电系统发生电弧故障。

【技术特征摘要】
1.一种直流供电系统中电弧故障的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取所述直流供电系统的线路电流信号和电源电压信号；根据所述线路电流信号判断是否发生电流突降；如果发生电流突降，则根据所述线路电流信号计算线路电流下降率，并判断所述线路电流下降率是否处于预设区间之内；如果所述线路电流下降率处于所述预设区间之内，则根据所述线路电流信号计算所述线路电流下降后和下降前的电流方差，并根据所述电源电压信号计算所述线路电流下降后和下降前的电源电压纹波方差，以及根据所述线路电流下降后和下降前的电流方差和电源电压纹波方差判断是否发生电弧事件；如果电弧事件持续发生的次数大于预设次数阈值，则判定所述直流供电系统发生电弧故障。2.根据权利要求1所述的直流供电系统中电弧故障的检测方法，其特征在于，根据所述线路电流信号判断是否发生电流突降，具体包括：根据所述线路电流信号计算线路电流突变率；根据所述线路电流突变率判断是否发生电流突降。3.根据权利要求2所述的直流供电系统中电弧故障的检测方法，其特征在于，设定第一时间窗口和第二时间窗口，通过所述第一时间窗口内的电流平均值计算所述线路电流突变率，并通过所述第二时间窗口内的电流平均值计算所述线路电流下降率，以及通过所述第二时间窗口内的电流采样值计算所述电流方差和通过所述第二时间窗口内的电源电压纹波采样值计算所述电源电压纹波方差，其中，所述第一时间窗口小于所述第二时间窗口。4.根据权利要求1所述的直流供电系统中电弧故障的检测方法，其特征在于，其中，利用直流电弧的伏安特性，结合所述直流供电系统的等效电路模型，得出电流下降率区间公式，然后根据实时采集到的电源电压和线路电流计算出所述预设区间。5.根据权利要求3所述的直流供电系统中电弧故障的检测方法，其特征在于，根据所述线路电流下降后和下降前的电流方差和电源电压纹波方差判断是否发生电弧事件，具体包括：计算所述线路电流下降后的电流方差与所述线路电流下降前的电流方差的比值；计算所述线路电流下降后的电源电压纹波方差与所述线路电流下降前的电源电压纹波方差的比值；如果所述线路电流下降后的电流方差与所述线路电流下降前的电流方差的比值大于第一预设倍数阈值，且所述线路电流下降后的电源电压纹波方差与所述线路电流下降前的电源电压纹波方差的比值大于第二预设倍数阈值，则判...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢其威，苏猛猛，叶泽雨，王纪元，
申请(专利权)人：中国矿业大学北京，
类型：发明
国别省市：北京,11