【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于低压配网串联电弧检测领域，主要涉及一种适用于大规模非线性负载接入下的低压配电线路串联电弧检测方法。
技术介绍
1、配电线路起火是造成电气火灾的重要原因，每年超过40％的电气火灾是由电气线路引发。其中由于端子松脱、绝缘破损及导体损伤引发的电弧故障是配电线路起火的诱因之一。
2、根据电弧故障发生情况的不同，电弧故障又可分为串联电弧故障和并联电弧故障。在并联电弧故障中，电流仅受限于电弧阻抗，电流大小和短路电流接近，大部分过电流保护设备可以将其视作短路故障而动作，同时传感器可以直接检测有普遍特征的电弧电压、电流波形，检测难度较小；而在串联电弧故障中，电流受电弧阻抗和负载阻抗的双重影响，电流一般比负载正常工作电流小，且波形受负载种类的影响较大，传统电路保护设备并不能对其进行有效保护，同时因为电弧故障发生位置不确定，难以直接检测电弧电压。因此，需要设计专门的串联故障电弧检测方法对线路进行保护。
3、现有的基于电弧电流检测电弧故障的方法在可靠性方面存在着缺陷。随着用户侧负载类型的多样化，低压配网线路电流的波形特征多样，大量非线性负载接入导致正常工作时的电流也具有类似电弧电流的故障特征，造成现有的串联电弧故障检测方法极易发生误判，已经难以满足对配电线路实现有效保护的需求。
技术实现思路
1、本专利技术为解决非线性负载工作电流造成传统故障电弧检测方法发生误判的问题，增强在复杂负载环境下故障电弧检测方法检测的可靠性，提出了一种基于波形相似度算法的低压配电线路故障电
2、本专利技术采用的技术方法如下：
3、一种基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，包括如下步骤：
4、s1：对常见不同类型负载接入时的电压暂降值进行测试，确定不同类型负载接入的最大压降umax，并根据最大压降确定启动阈值uset；
5、s2：计算最大可能容量的异步电动机负载接入时的负载端电压波形与标准正弦波之间的波形相似度，并结合故障判别可靠系数确定检测阈值hset；
6、s3：实时采样和计算单相负载端电压有效值，计算当前周期与上一周期的负载端电压有效值的差值，得到电压暂降值udrop(t)，根据所述电压暂降值udrop(t)与启动阈值uset进行比较，从而判断故障电弧检测是否启动；
7、s4：若故障电弧检测启动，则计算负载端故障电压与标准正弦波之间的hausdorff距离h；
8、s5：当s4中的hausdorff距离h超过检测阈值hset时，判断为线路发生电弧故障；否则判断为未发生电弧故障。
9、进一步的，所述步骤s1具体包括：
10、选取4种具有代表性的线性及非线性负载，选取的代表性负载分别是电暖器、电磁炉、电热水器、吸尘器，其中，电暖器为1000w线性负载，功率因数电磁炉为1800w线性负载，功率因数电热水器为3000w线性负载，功率因数吸尘器为1300w非线性负载，功率因数
11、对4种代表性的负载接入时的电压暂降值进行测试，分别采样记录4种代表性的负载接入时负载端电压，采样率1khz，并在每个工频周期采样结束时，实时计算一次端电压有效值，同时计算当前周期与上一周期的负载端电压有效值的差值，记为电压暂降值usag(t)，电压暂降值的计算方式如下：
12、usag(t)＝u(t)-u(t-t) (1)
13、式中，usag(t)为电压暂降值，u(t)为当前周期的负载端电压有效值，u(t-t)为上一周期的负载端电压有效值；
14、比较上述4种不同类型负载接入后的负载端电压暂降值得到最大电压暂降umax，针对上述4种代表性负载，其接入时产生的电压暂降值分别记录为usag1、usag2、usag3、usag4，并比较上述不同负载接入后的负载端电压暂降值得到最大电压暂降umax：
15、umax＝max[usag1,usag2,usag3,usag4] (2)
16、其中，max表示求取四类负载接入压降中的最大值；
17、设置检测启动的可靠系数整定故障电弧检测的启动阈值uset，保证代表性的负载接入时可靠不误动：
18、
19、式中：umax为负荷接入最大压降；为检测启动的可靠系数，可取为1.1～1.3。
20、进一步的，所述负载端电压波形与标准正弦波之间的波形相似度为两个波形之间的hausdorff距离。
21、进一步的，所述步骤s2具体包括：
22、记录最大可能容量的异步电动机负载接入时，其负载端电压的采样数组u＝[u1,u2,…,un]，采样率10khz，n为一个工频周期的采样点数，10khz采样率下n＝200，并记录电压数组中的电压最大值umag＝max[u1,u2,…,un]；
23、根据采样所得的电压最大值umag，生成幅值为umag的标准正弦波；
24、以0.1t的数据窗长作为计算波形相似度，即hausdorff距离的数据输入，其中t为工频周期，由此在一个工频周期内依次计算得到10个hausdorff距离计算值，形成hausdorff距离序列h＝[h1,h2,…,h10]，hausdorff距离序列中每一个hausdorff数据的计算公式如下：
25、
26、式中：|·|是数组u和数组y间的距离范数；min表示对u中任一点ai，依次计算其与y中所有数据点之间的距离范数值，并比较得出所有距离范数值中的最小值，若u中包含n个数据，则将计算得到n个距离范数的最小值；max表示求取前述n个距离范数最小值中的最大值；ai∈u表示电压数组u中的所有元素；bj∈y表示标准正弦波数组y中的所有元素；
27、计算上述波形相似度hausdorff距离系列h＝[h1,h2,…,h10]内元素的最大值，记为hmax，检测阈值hset设置为hmax乘可靠系数
28、
29、式(5)中：一般取为1.5～3。
30、进一步的，所述根据采样所得的电压最大值umag，生成幅值为umag的标准正弦波，具体步骤如下：
31、第一步：确定采样频率f，据此计算采样周期ts＝1/f；
32、第二步：生成一段时间长度为t＝0.02s的离散时间序列t，其中t的初值为0，步长为采样周期ts，生成得到从0开始，总长度为n的时间序列t＝[0,ts,2*ts,...,(n-1)*ts]，其中n＝t/ts为时间序列t的长度；
33、第三步：对于时间序列中每个时间点ti，计算标准正弦波在该时间点的数值yi＝umagsin(2*π*50*ti)，由此得到一个离散的标准正弦波数值序列y＝[y1,y2,…,yn]，n为10khz采样率下每个工频周期的采样点数，n＝200。
34、进一步的，所述步骤s3具体包括：
35、实时采样单相负载端电压，采样率1khz，并在本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，所述负载端电压波形与标准正弦波之间的波形相似度为两个波形之间的Hausdorff距离。
4.根据权利要求1所述的基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
5.根据权利要求4所述的基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，所述根据采样所得的电压最大值umag，生成幅值为umag的标准正弦波，具体步骤如下：
6.根据权利要求1所述的基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：
【技术特征摘要】
1.一种基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，所述步骤s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于波形相似度算法的低压配电线路串联故障电弧检测方法，其特征在于，所述负载端电压波形与标准正弦波之间的波形相似度为两个波形之间的hausdorff距离。
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡伟，杨帆，彭天海，沈煜，杨志淳，雷杨，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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