[发明专利]一种基于频域阶段性比值判断直流串联电弧故障的方法

说明书

一种基于频域阶段性比值判断直流串联电弧故障的方法，它属于直流电弧故障检测技术领域。本发明通过计算直流供电回路电流频谱中12个频段各自的幅值和，形成6组比值关系作为特征值R_arc1～R_arc4、S_R_arc1、S_R_arc2，同时找出回路电流频谱中第75～125共51点中的幅值最大值，计算幅值最大值的50倍与其他50个点和的比值，将比值作为特征值E。当7组特征值在四次数据采集周期中，有两次或两次以上满足阈值条件，即可确认直流供电系统中发生了直流串联电弧故障。本发明可以应用于直流供电系统中的直流串联电弧故障检测。

技术领域

本发明属于直流电弧故障检测技术领域，具体涉及一种判断直流串联电弧故障的方法。

背景技术

直流串联故障电弧电流由于没有过零点，很难自动熄灭，并且燃弧温度很高，如果不能及时检测到此类电弧故障，可能会造成直流供电系统的损坏以及人员安全的问题。电弧涉及电、磁、热等多个领域，物理过程复杂，建模过程中需要进行大量假设与简化，这会严重削弱仿真的准确度与可信性，目前还没有很精确的数学物理模型描述燃弧过程。在直流串联电弧故障检测中，相对于直流供电系统本身特性来说，对直流电弧故障前后的特征参数的分析更加重要。所以在处理电弧故障时，仍然采用黑箱模型分析电弧故障外部特性，尤其是针对直流串联电弧故障电流进行分析。

直流串联故障电弧具有温度高(10000K级)、燃弧时间长(100ms级)、分布梯度大等特点。直流串联电弧故障检测具有较大的难度，虽然测试方法较多，但是很容易出现误判及漏判现象。基于时域的电弧故障测试方法依据电流波形的波动性进行直流串联电弧故障检测，但当回路电流较大时，电弧电流波形的波动性很小。有学者基于频域计算电弧电流频谱的平均值和和标准差确定每个特征值的阈值范围，但当遇到高频干扰或回路负载情况复杂时，很难确定阈值范围，容易发生误判现象。有学者采用小波包算法研究电弧故障电流频谱细节信息，以避免高频干扰，但是计算量很大，需要的时间长，无法满足直流串联电弧故障检测的实时性要求。

发明内容

本发明的目的是为解决现有直流串联电弧故障检测方法容易出现误判、漏判，以及不能满足实时性检测要求的问题，而提出了一种基于频域阶段性比值判断直流串联电弧故障的方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种基于频域阶段性比值判断直流串联电弧故障的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、开始直流供电系统回路电流值的第一周期数据的实时采集；

步骤二、根据采集的第一周期数据，通过快速傅里叶变换计算回路电流频谱波形；

步骤三、将回路电流频谱波形划分为M个不同的频率段，并将每个频率段中包含的频率点对应的幅值相加，分别获得各频率段对应的频率点幅值和；

步骤四、利用各频率段对应的频率点幅值和，计算电阻负载、电机并联电阻负载条件下的特征值，以及开关电源负载条件下的特征值；

步骤五、当电阻负载、电机并联电阻负载条件下的特征值均满足阈值条件，或开关电源负载条件下的特征值均满足阈值条件时，判断产生一次直流串联电弧故障，否则判断没有产生直流串联电弧故障；

步骤六、选择回路电流频谱波形中第m个频率点到第m+50个频率点中的最大幅值，并将选择出的最大幅值记为max(m～m+50)，并将第m个频率点到第m+50个频率点中全部频率点的幅值相加，将第m个频率点到第m+50个频率点中全部频率点的幅值加和记为sum(m～m+50)；

利用max(m～m+50)和sum(m～m+50)来计算特征值E，判断特征值E是否满足给定的阈值条件；

步骤七、执行步骤二至步骤六的过程中，同时对直流供电系统的回路电流值继续进行采集，将采集的回路电流值作为第二周期数据；