一种串联电弧故障检测方法及系统技术方案

本发明专利技术属于电力系统技术领域，公开一种串联电弧故障检测方法，包括：对被检测的直流线路进行回路电流采样，得到回路电流采样序列，并对回路电流采样序列进行带通滤波处理，得到电流高频序列；对电流高频序列进行分析，计算电流序列在时间窗内的峰峰值和模糊熵值，并根据计算得到的峰峰值和模糊熵值，得到时频域特征值数据；对预先配置的故障状态和正常状态的峰峰值和模糊熵值数据，进行聚类处理，得到故障状态的聚类中心和正常状态的聚类中心；根据时频域特征值数据与故障状态的聚类中心和正常状态的聚类中心的间距，对直流线路是否出现串联电弧故障进行判断。本发明专利技术能有效地提高直流电弧故障的检测成功率，降低直流电弧故障所造成的危害。造成的危害。造成的危害。

【技术实现步骤摘要】
一种串联电弧故障检测方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统
，特别涉及一种串联电弧故障检测方法及系统。

技术介绍

[0002]低压直流供电系统在光伏发电、电动汽车、数据中心以及船舶等领域中应用广泛。但是随着系统运行时间的增长，线路极易出现线缆绝缘老化损坏、导线断裂、连接端子松动等问题，进而在该处引发电弧故障。直流电弧故障可分为并联和串联两种电弧故障。并联电弧故障类似短路故障，故障电流明显增大，传统保护装置一般能检测出该类故障的发生；而串联电弧故障电流一般小于回路正常电流，传统保护装置往往失效，故障若长时间存在容易引发火灾事故。因此研究直流串联电弧故障检测方法对直流供电系统安全运行具有重要意义。
[0003]国内外学者针对低压直流串联电弧故障检测问题从时域、频域以及时频域等角度提出了多种方法。Georgijevic等通过计算光伏组件故障前后电流熵的变化并设置阈值以实现对电弧故障的检测，但是在利用时域单一特征量时，一旦系统背景噪声较大、故障信号不够明显，就会使检测准确度下降。王尧等利用离散傅里叶变换提取电弧故障电流信号多个特征本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种串联电弧故障检测方法，其特征在于，包括：对被检测的直流线路进行回路电流采样，得到回路电流采样序列，并对所述回路电流采样序列进行带通滤波处理，得到电流高频序列；对所述电流高频序列进行分析，计算所述电流序列在时间窗内的峰峰值和模糊熵值，并根据计算得到的峰峰值和模糊熵值，得到时频域特征值数据；对预先配置的故障状态和正常状态的峰峰值和模糊熵值数据，进行聚类处理，得到故障状态的聚类中心和正常状态的聚类中心；根据所述时频域特征值数据与所述故障状态的聚类中心和所述正常状态的聚类中心的间距，对所述直流线路是否出现串联电弧故障进行判断。2.根据权利要求1所述的串联电弧故障检测方法，其特征在于，所述回路电流采样的采样率大于等于200kHz，所述带通滤波处理的频率为10kHz～100kHz。3.根据权利要求1所述的串联电弧故障检测方法，其特征在于，对所述电流高频序列进行分析，计算所述电流序列在时间窗内的峰峰值和模糊熵值包括：对所述电流高频序列进行分析，得到模态分量；计算所述模态分量的赫斯特指数值，并对计算得到的赫斯特指数值进行分析，筛选出关联度高的赫斯特指数值所对应的模态分量；基于筛选出的模态分量进行序列重构，得到电流序列；根据所述电流序列，计算所述电流序列在时间窗内的峰峰值和模糊熵值。4.根据权利要求3所述的串联电弧故障检测方法，其特征在于，对所述电流高频序列进行分析，得到模态分量包括：向所述电流高频序列的原始信号中添加可控噪声，构造成含噪信号；根据所述含噪信号和所述原始信号，计算所述原始信号和所述含噪信号的第一个残差，并根据所述第一个残差和所述原始信号，计算第一个模态分量；根据所述第一个模态分量，计算后续的模态分量，直至残差序列单调上升或单调下降。5.根据权利要求4所述的串联电弧故障检测方法，其特征在于，所述赫斯特指数值大于0.5且小于1时，判定为关联度高，且计算所述模态分量的赫斯特指数值的计算公式为：0.5且小于1时，判定为关联度高，且计算所述模态分量的赫斯特指数值的计算公式为：0.5且小于1时，判定为关联度高，且计算所述模态分量的赫斯特指数值的计算公式为：0.5且小于1时，判定为关联度高，且计算所述模态分量的赫斯特指数值的计算公式为：0.5且小于1时，判定为关联度高，且计算所述模态分量的赫斯特指数值的计算公式为：式中，H为赫斯特指数，R(τ)为赫斯特极差，S(τ)为标准差；X为模态分量的集合，X＝{ξ1,ξ2,
……
,ξ
n
}，n为样本总数；τ(2≤τ≤n)是模态分量集合的每个子区间观测值的个数；
为τ(2≤τ≤n)的最大值，为τ(2≤τ≤n)的最小值；＜ξ＞
τ
为τ(2≤τ≤n)的平均值；X(t,τ)为累计误差。6.根据权利要求5所述的串联电弧故障检测方法，其特征在于，根据所述电流序列，计算所述电流序列在时间窗内的峰峰值和模糊熵值包括：根据所述电流序列，通过以下计算公式，计算所述电流序列在时间窗内的峰峰值：I
pp
＝I
max
‑
I
min
式中，I
pp
为所述电流序列在时间窗内的峰峰值；I
max
为所述电流序列在时间窗中电流最大值；I
min
为所述电流序列在时间窗中电流最小值；根据所述电流序列，通过以下计算公式，计算所述电流序列在时间窗内的模糊熵值：I
fuz
＝lnφ
m
(r)
‑
lnφ
m+1
(r)(r)式中，I
fuz
为所述电流序列模糊熵值，m为维度，φ
m
(r)为m维度下的关系维度，φ
m+1
(r)为m+1维度下的关系维度，N为所述电流序列{s(n)}＝s(1),s(2),
…
,s(N)采样点的个数，为模糊相似度函数。7.根据权利要求1所述的串联电弧故障检测方法，其特征在于，对预先配置的故障状态和正常状态的峰峰值和模糊熵值数据，进行聚类处理，得到故障状态的聚类中心和正常状态的聚类中心包括：对预先配置的故障状态和正常状态的峰峰值和模糊熵值数据，通过FCM算法进行聚类处理，得到故障状态的聚类中心和正常状态的聚类中心。8.根据权利要求1所述的串联电弧故障检测方法，其特征在于，根据所述时频域特征值数据与所述故障状态的聚类中心和所述正常状态的聚类中心的间距，对所述直流线路是否出现串联电弧故障进行判断包括：通过以下公式，计算所述时频域特征值数据与所述故障状态的聚类中心和所述正常状态的聚类中心的间距：态的聚类中心的间距：式中，x3＝I
pp
，表示信号的时域特征数据，y3＝I
fuz
，表示信号的频域特征数据，D
A
表示当前信号所表征的时频域特征点C(x3,y3)与聚类心A(x1,y1)的距离，D
B
表示当前信号所表征的时频域特征点C(x3,y3)与聚类中心B(x2,y2)的距离；当D
A
<D
B
时，判断所述直流线路未发生直流电弧故障；当D
A
>D
B

【专利技术属性】
技术研发人员：张世栋，王宾，刘洋，吴泳恩，李立生，于海东，王植，苏国强，王峰，刘合金，张林利，张鹏平，李帅，由新红，李勇，刘明林，李建修，李明洋，房牧，左新斌，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：