使用经时间分段的捕获的改进的电弧故障检测制造技术

提供了一种检测方法和系统，用于检测在电力线上监测到的高频(HF)信号中的电弧故障信号。在预定义时间段(诸如基频的半个周期)内在电力线上监测HF信号，并且该HF信号在该时段内被分成多个更小的经时间分段的信号段。对于每个信号段，将第一滤波器应用于该信号段的信号频谱，以产生从该信号频谱中滤波的具有与电力线通信相关联的一个或多个频率间隔的滤波后信号频谱。在滤波后信号频谱中检查HF信号内容，并且基于HF信号内容的存在或不存在将二进制值分配给信号段。此后，基于信号段的累加的二进制值确定电弧故障事件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用经时间分段的捕获的改进的电弧故障检测
本公开涉及一种用于改进电弧故障检测的方法和系统，并且更具体地，涉及一种用于改进分支电路中电弧故障检测和电力线通信(powerlinecommunication，PLC)的互操作性的方法和系统。
技术介绍
电力线通信(PLC)设备可用于诸如住宅(例如，房屋、公寓、公寓楼等)的建筑物中，以实现跨电力系统基础设施(诸如，(多个)分支电路的电力线或不同分支之间的电力线)的数据通信。PLC设备在一定频率范围内进行通信，例如，在某些给定的监管管辖区范围内，从1.8MHz到30MHz，最高可达86MHz(例如，参见HomePlugAvx和HomePlugGreenPhy)的范围内。PLC设备使用的电力线通信协议可以包括例如IEEE1901、IEEEP1901.2、HomePlugGP/AV/AV2/1.0、G.hn或G.hnem。当PLC设备与电弧故障断路器(arcfaultcircuitinterrupter，AFCI)设备一起用于建筑物或其他结构中时，PLC信号的存在，尤其是它们的载波信号的高频信号内容，可能会被AFCI设备无意中解释为电弧故障信号，因此，可能导致AFCI的有害跳闸。因此，在高频范围内，例如在可能潜在地掩盖任何电弧形成(arcing)信号的大于或等于1MHz的频率范围内，PLC信号和其他高频噪声可能会干扰电弧故障检测。一种检测电力线载波存在的方法是基于电力线载波的高频信号内容的接收信号强度指示器(ReceiveSignalStrengthIndicator，RSSI)。然而，由于RSSI不包含频率信息，RSSI方法似乎并不稳健，因此，从信号强度的角度来看，任何电弧故障信号都可能看起来像PLC信号，反之亦然。另一种检测方法包括选择与电力线载波的陷波带之一对应的频率区域(例如，区域、频段等)。陷波带代表PLC设备不能启用或使用来进行通信的窄频率区域。然而，这种检测方法只允许小窗口(例如，窄频率区域)用于检测电弧形成信号。此外，这样的频率区域可能被无线电台(例如，业余无线电)使用，或者与可能导致实质性灵敏度问题的网络阻抗(谐振/反谐振)点对应。
技术实现思路
为了解决这些和其他缺点，提供了一种检测方法和系统(为简洁起见，以下简称为“系统”)，用于从电力线上的高频信号中检测电弧故障信号。总体来说，系统在预定义时间段(例如，半个周期)内对来自电力线的高频信号进行采样，并在该预定义时间段内将采样的高频信号划分成更小时间间隔的信号段。例如，电弧故障检测系统将被监测的高频信号划分成经时间分段(time-segmented)的信号段的序列，其中在预定义时间段内，N可以等于高频信号的信号段的最大数量。系统滤除每个信号段中已知承载电力线通信(PLC)的频率区域，并且确定在每个滤波后的信号段中是否存在可能反映电弧故障信号的高频信号内容。以这种方式，可以针对采样的高频信号获得预定义时间段上的高频信号内容分布，其中PLC频率区域已经在每个信号段中被滤除。然后，系统可以基于预定义时间段内滤波后的信号段的内容分布来检测电弧故障信号的存在或不存在。例如，如果在预定时间段内具有高频信号内容的滤波后的信号段的数量满足阈值条件，则检测到电弧故障信号。当检测到电弧故障信号时，输电线的电力被中断。该系统可以监测和评估电力线上的在高频范围内的信号，该范围通常比低频范围噪声少，并且更少遭受来自(多个)负载的噪声注入。该系统还可以区分常见的高频负载噪声和电力线载波，以便促成对电力线上的电弧故障信号的高频监测。在该系统的一个方面，在第一预定义时间段(例如，基频的半个周期)内，在电力线上监测到高频信号，并且在该预定义时间段内，高频信号被划分成更小时间间隔的多个经时间分段的信号段。对于每个信号段，系统1)将第一滤波器应用于信号段的信号频谱，以产生从信号频谱中滤波的具有与电力线通信相关联的一个或多个频率间隔的第一滤波后信号频谱，2)在信号段的第一滤波后信号频谱中检查高频信号内容，以及3)基于第一滤波后信号频谱中高频信号内容的存在或不存在，将第一二进制值分配给信号段。信号频谱是例如频域中信号的表示。此后，基于第一预定义时间段中的多个信号段的第一二进制值，做出高频信号是否包括电弧故障信号的确定。当检测到电弧故障信号时，电力线上的电力被中断。该系统可以在断路器中实现。第一滤波器可以是掩模(也称为第一掩模)，例如其可以是用于接受或拒绝另一数据集中的位模式(bitpattern)的位模式。第一掩模可以应用于信号频谱的数据集，例如在频域中，以计算接受或拒绝与电力线通信相关联的频率间隔(或其值)的滤波后信号频谱。掩模的模式可以以矢量形式表示，例如掩模矢量。在进一步的示例实施例中，当为每个信号段分配第一二进制值时，系统还可以被配置成：确定信号段的第一滤波后信号频谱的能量的相对幅度；将能量的相对幅度与第一频谱能量阈值进行比较，以确定信号段中高频信号内容的存在或不存在；以及基于该比较将第一二进制值分配给信号段。例如，“1”的二进制值可以分配给确定存在高频信号内容的段。对于每个信号段，系统还可以被配置成将第二滤波器(例如，第二掩模)应用于信号段的信号频谱，以便产生具有与电力线通信相关联的一个或多个频率间隔的第二滤波后信号频谱，其中第二滤波器是第一滤波器的逆。然后，系统可以在信号段的第二滤波后信号频谱中检查高频信号内容，并且基于信号段的第二滤波后信号频谱中高频信号内容的存在或不存在，将第二二进制值分配给信号段。该系统还可以基于第一时段中的多个信号段的第二二进制值来调整第一频谱能量阈值。调整后的第一频谱能量阈值用于在第一预定义时间段之后的时间段内评估电力线上的高频信号。当为每个信号段分配第二二进制值时，系统可以被配置成：确定信号段的第二滤波后信号频谱的能量的相对幅度；将第二滤波后信号频谱的能量的相对幅度与第二频谱能量阈值进行比较，以用于确定信号段中高频信号内容的存在或不存在；以及基于该比较将第二二进制值分配给信号段。基于二进制值，可以动态调整系统的电弧故障检测灵敏度，以补偿电力线网络上的PLC噪声或其他良性噪声的存在或不存在，例如，通过调整第一频谱能量阈值。此外，当确定高频信号是否包括电弧故障信号时，系统可以被配置成：基于第一二进制值对高频信号内容在预定义时间段内存在的次数进行计数；将预定义时间段内高频信号内容存在的次数(在每个信号段的第一滤波信号频谱中)与至少第一高频阈值进行比较；以及当满足第一高频阈值的条件时检测电弧故障信号。第一高频阈值可以与电力线上的负载(例如，负载阈值)相关联，第二高频阈值可以与电力线上的电弧形成(例如，电弧阈值)相关联。当确定高频信号是否包括电弧故障信号时，系统还被配置成当满足第一高频阈值时，将预定义时间段内高频信号内容存在的次数(在每个信号段的第一滤波后信号频谱中)与第二高频阈值进行比较。当第一和第二高频阈值的条件都满足时，系统可以检测电弧故障信号。此外，该系统可以被配置成根据来自第一预定义时间段的信号段的第一二进制值序列生成二进制字(binary本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从电力线上的高频信号中检测电弧故障信号的方法，包括：/n在第一预定义时间段内监测电力线上的高频信号；/n将高频信号划分成多个经时间分段的信号段，每个信号段是第一预定义时间段的更小时间间隔；/n对于每个信号段，将第一滤波器应用于所述信号段的信号频谱以产生从所述信号频谱中滤波的具有与电力线通信相关联的一个或多个频率间隔的第一滤波后信号频谱，在所述信号段的第一滤波后信号频谱中检查高频信号内容，并且基于第一滤波后信号频谱中高频信号内容的存在或不存在将第一二进制值分配给所述信号段；/n基于在第一预定义时间段内的多个信号段的第一二进制值确定高频信号是否包括电弧故障信号；以及/n当确定电弧故障信号时，使电力线上的电力中断。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180507 US 15/972,8571.一种从电力线上的高频信号中检测电弧故障信号的方法，包括：
在第一预定义时间段内监测电力线上的高频信号；
将高频信号划分成多个经时间分段的信号段，每个信号段是第一预定义时间段的更小时间间隔；
对于每个信号段，将第一滤波器应用于所述信号段的信号频谱以产生从所述信号频谱中滤波的具有与电力线通信相关联的一个或多个频率间隔的第一滤波后信号频谱，在所述信号段的第一滤波后信号频谱中检查高频信号内容，并且基于第一滤波后信号频谱中高频信号内容的存在或不存在将第一二进制值分配给所述信号段；
基于在第一预定义时间段内的多个信号段的第一二进制值确定高频信号是否包括电弧故障信号；以及
当确定电弧故障信号时，使电力线上的电力中断。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，对于每个信号段，分配第一二进制值包括：
确定所述信号段的第一滤波后信号频谱的能量的相对幅度；
将能量的相对幅度与第一频谱能量阈值进行比较，以用于确定所述信号段中高频信号内容的存在或不存在；以及
基于所述比较将第一二进制值分配给所述信号段。


3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
对于每个信号段，将作为第一滤波器的逆滤波器的第二滤波器应用于所述信号段的信号频谱，以产生具有与电力线通信相关联的一个或多个频率间隔的第二滤波后信号频谱，在所述信号段的第二滤波后信号频谱中检查高频信号内容，并且基于第二滤波后信号频谱中高频信号内容的存在或不存在，将第二二进制值分配给所述信号段；以及
基于第一时段中的多个信号段的第二二进制值调整第一频谱能量阈值，
其中，调整后的第一频谱能量阈值用于在第一预定义时间段之后的时间段中评估电力线上的高频信号。


4.根据权利要求3所述的方法，其中，对于每个信号段，分配第二二进制值包括：
确定所述信号段的第二滤波后信号频谱的能量的相对幅度；
将第二滤波后信号频谱的能量的相对幅度与第二频谱能量阈值进行比较，以用于确定所述信号段中高频信号内容的存在或不存在；以及
基于所述比较将第二二进制值分配给所述信号段。


5.根据权利要求1所述的方法，其中，确定高频信号是否包括电弧故障信号包括：
基于第一二进制值，对预定义时间段内高频信号内容存在的次数进行计数；
将预定义时间段内高频信号内容存在的次数与至少第一高频阈值进行比较；以及
当满足第一高频阈值的条件时，检测电弧故障信号。


6.根据权利要求5所述的方法，其中，第一高频阈值与电力线上的负载相关联，并且第二高频阈值与电力线上的电弧形成相关联，所述确定高频信号是否包括电弧故障信号还包括：
当满足第一高频阈值时，将预定义时间段内高频信号内容存在的次数与第二高频阈值进行比较，
其中，当第一高频阈值和第二高频阈值的条件都满足时，检测电弧故障信号。


7.根据权利要求5所述的方法，还包括：
根据来自第一预定义时间段的信号段的第一二进制值的序列生成二进制字，
其中，所述确定还包括：当不满足第一高频阈值时，评估所述二进制字以检测电弧故障信号的出现。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述评估包括：
将所述二进制字与一个或多个预定义字模式进行比较，以检测高频信号中电弧故障信号的出现或不出现，所述一个或多个预定义字模式反映预定义的电弧故障事件或非电弧故障事件。


9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定义时间段是基频的半个周期，使用傅立叶变换或余弦变换生成每个信号段的信号频谱，并且在断路器中执行监测、划分、应用、检查、分配和确定操作。


10.一种用于从电力线上的高频信号中检测电弧故障信号的电弧故障检测设备，包括：
存储器；和
一个或多个处理器，其被配置成：
在第一预定义时间段内监测电力线上的高频信号；
将高频信号划分成多个经时间分段的信号段，每个信号段是第一预定义时间段的更小时间间隔；
对于每个信号段，将第一滤波器应用于所述信号段的信号频谱以产生从所述信号频谱中滤波的具有与电力线通信相关联的一个或多个频率间隔的第一滤波后信号频谱，在所述信号段的第一滤波后信号频谱...

【专利技术属性】
技术研发人员：A贾库皮，
申请(专利权)人：施耐德电气美国股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US