[发明专利]一种串联电弧故障在线检测方法及装置

权利要求书

1.一种串联电弧故障在线检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：将矿井下工作面中的每条电动机负载线路都设定一个编号，在电动机负载线路运行状态下采集每条负载线路在正常运行和串联电弧故障两种工况下的回路电流和电源电压信号；

步骤2：对采集的数据分组后采用核主成分分析方法进行分析，分离回路电流和电源电压信号中的电源谐波、线路其他设备产生的电磁噪声和串联电弧故障信号，计算第五主元和第六主元的峰度和偏度作为特征向量，将所有样本的特征向量作为训练样本集；

步骤3：通过萤火虫算法优化支持向量机参数，将训练样本集根据负载类型分别输入到优化后的支持向量机进行训练，得到不同负载类型下的电弧故障识别模型；

步骤4：实时采集每条负载线路的回路电流和电源电压信号，通过步骤2预处理后输入步骤3训练好的电弧故障识别模型中，实现串联电弧故障的实时在线检测。

2.根据权利要求1所述的串联电弧故障在线检测方法，其特征在于，所述每条负载线路的回路电流和电源电压分别采用霍尔电流传感器和霍尔电压传感器采集。

3.根据权利要求1所述的串联电弧故障在线检测方法，其特征在于，所述对采集的数据分组的方法如下：

将采集的三相回路电流和三相电源电压数据设为I₁、I₂、I₃和U₁、U₂、U₃；将U₁、I₁、I₂设为第一组数据，用于检测第一相是否发生串联电弧故障；将U₂、I₂、I₃设为第二组数据，用于检测第二相是否发生串联电弧故障；将U₃、I₃、I₁设为第三组数据，用于检测第三相是否发生串联电弧故障。

4.根据权利要求1所述的串联电弧故障在线检测方法，其特征在于，所述核主成分分析方法通过映射函数将样本映射到高维特征空间，使数据在该空间具有更好的可分性，在高维空间内进行主成分分析，其过程如下：

(1)假设采样数据集为m行n列矩阵X，将采样数据集映射到高维空间为φ(x)，在高维空间中进行PCA降维，可得：

φ(x)φ(x)^Tw＝λw (1)

其中，w为高维空间中的特征向量，λ为对应的特征值；

(2)对于任意第i个特征向量w_i(i＝1,2,...n)，和对应的第i个特征值λ_i，可得：

φ(x)φ(x)^Tw_i＝λ_iw_i (2)

化简上式可得：

(3)令则特征向量可以用样本集合线性表示：

w_i＝φ(x)α (4)

(4)把式(4)代入式(2)，化简可得：

φ(X)φ(X)^Tα＝λα (5)

(5)令核矩阵K＝φ(X)φ(X)^T，则得到：

Kα＝λα (6)

(6)对核矩阵K中心化；

(7)计算核矩阵K的特征值与特征向量，其中特征值按降序排列；

(8)对特征向量进行单位化和正交化；

(9)设定低维空间数为6，计算6个主元。

5.根据权利要求1所述的串联电弧故障在线检测方法，其特征在于，所述支持向量机采用径向基核函数作为支持向量机的核函数。

6.根据权利要求1所述的串联电弧故障在线检测方法，其特征在于，所述萤火虫算法优化支持向量机的惩罚系数c和核函数参数g。

7.实现权利要求1至6中任意一项所述串联电弧故障在线检测方法的装置，其特征在于，包括：数据采集模块、数据存储模块、数据读取模块、数据分析处理模块、电弧故障识别模块和人机交互界面；

所述数据采集模块通过霍尔电流传感器和霍尔电压传感器采集矿井下工作面中的每条电动机负载线路的回路电流和电源电压信号，并使用屏蔽线将采集的信号传送至上位机监控软件；

所述数据存储模块将上位机监控软件接收到的数据信息进行存储，当数据存储满一个工频周期后，将数据传输到数据读取模块；

所述数据分析处理模块定期自动调取数据读取模块中的数据并对数据进行分析处理，得到串联电弧故障的特征向量；

所述电弧故障识别模块将串联电弧故障特征向量输入到电弧故障识别模型中，经模型计算，判断是否发生串联电弧故障；若检测到串联电弧故障，程序中的计数器加1，当连续在线检测到串联电弧故障超过20次，则最终判定发生了串联电弧故障；

所述人机交互界面显示串联电弧故障在线检测结果，并根据数据采集模块的数据通道编号对发生串联电弧故障的负载进行故障定位，发出报警信号，同时将故障信息存储与记录。