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专利号: 2021108467229
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 发电、变电或配电
更新日期:2026-04-06
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:该故障电弧保护方法包括以下步骤:

1)对直流配用电系统的电流信号进行采集,直至得到一个时间窗的电流信号xn;

2)对电流信号xn进行线性时频变换分析,得到电流信号xn在时频域内对应的矩阵分布形式;若电流信号xn存在直流分量,根据用于描述故障电弧引发的直流分量幅值减小的基于电流变化的时域特征量,以及电流信号xn的时域特征量变化与设定的阈值A的比较结果,若比较结果为大于阈值A,则判定系统在当前时间窗发生了能够使电流信号xn的直流分量的幅值呈增大趋势的类弧现象,并转至步骤1)继续对下一个时间窗的电流信号xn进行采集;若比较结果为小于等于阈值A或电流信号xn不存在直流分量,则转至步骤3);

3)计算用于描述故障电弧引发幅值增大的频率信息的基于幅值波动等级的频域特征量,若频域特征量不呈增大趋势,则对电流信号xn进行双线性时频变换分析后重新计算用于描述故障电弧引发幅值增大的频率信息的基于幅值波动等级的频域特征量;

4)对于电流信号xn存在直流分量的情况:将频域特征量变化与设定的阈值B进行比较,若大于阈值B,则根据对频域特征量的幅值分布范围的分类结果进行判定,若判定系统在当前时间窗发生了故障电弧事件,则转至步骤5),若判定系统在当前时间窗发生了能够使电流信号xn的频域特征量的幅值分布在较小范围的类弧现象,或者发生了能够使频域特征量变化小于等于设定的阈值B的类弧现象,则转至步骤1)继续对下一个时间窗的电流信号xn进行采集;

对于电流信号xn不存在直流分量的情况:将频域特征量变化与设定的阈值B进行比较,若大于阈值B,则根据对频域特征量的幅值分布范围的分类结果进行判定,若判定系统在当前时间窗发生了故障电弧事件,则转至步骤5),若判定系统在当前时间窗发生了能够使电流信号xn的频域特征量的幅值分布在较小范围的类弧现象,或者发生了能够使频域特征量变化小于等于设定的阈值B的类弧现象,则转至步骤1)继续对下一个时间窗的电流信号xn进行采集;

5)对故障电弧事件进行统计,若在多个时间窗内均判定有故障电弧事件的发生,则确定系统发生故障电弧。

2.根据权利要求1所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述步骤1)具体包括以下步骤:利用电流传感器以采样频率f对系统的一个或多个支路的电流信号进行逐点采样,单个时间窗内数据点的个数N为6000~9000;电流传感器为互感器时,电流信号的采样频率f为200~1000kHz,电流传感器为分流器或霍尔元件时,电流信号的采样频率f为120~1000kHz。

3.根据权利要求1所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述步骤2)中,线性时频变换分析采用Rbio3.1小波基的小波包分解,小波包分解所得的故障电弧特征频段对含有直流分量的电流信号xn而言,为0~60kHz,对不含有直流分量的电流信号xn而言,为0~150kHz;所述步骤3)中,双线性时频变换分析采用基于威利‑魏格纳分布的二次时频分布变换,所得的故障电弧特征频段为375~500kHz。

4.根据权利要求3所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述步骤2)中,若电流信号xn的小波包分解结果在第一、二节点上的小波系数方均根值具有不同变化趋势,则确定电流信号xn存在直流分量。

5.根据权利要求3所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述时域特征量变化、频域特征量变化分别表示为:电流信号xn的时域特征量、频域特征量在后一半时间窗的均值与在前一半时间窗的均值之差;其中,频域特征量是通过计算故障电弧特征频段内的小波系数或威利‑魏格纳分布系数的累加和、平方和或方均根值而得到的,时域特征量是通过计算电流信号的分段累加和或分段平均值而得到的。

6.根据权利要求1所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述阈值A、阈值B分别依据时域特征量、频域特征量的变化趋势而定。

7.根据权利要求6所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述阈值A、阈值B是通过计算3%~7%与相应特征量在前一半时间窗的均值之积而得到的。

8.根据权利要求1所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述步骤4)中,对频域特征量的幅值分布范围利用频域特征量进行非监督式机器学习分类。

9.根据权利要求1所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述步骤5)具体包括以下步骤:对故障电弧事件进行m个时间窗的统计,根据统计结果若在其中n个时间窗内系统的某个支路均发生故障电弧事件,则判定该支路发生了故障电弧,并发出切断故障支路信号,根据统计结果若其中发生故障电弧事件的时间窗个数小于n,则转至步骤1)继续对下一个时间窗的电流信号xn进行采集;m和n是以故障电弧检测正确率作为优化目标、以m≤2/Ts作为约束条件,并通过自主学习萤火虫算法进行优化而确定的,其中Ts为时间窗长度。

10.根据权利要求1所述一种低压直流配用电系统故障电弧保护方法,其特征在于:所述步骤2)中类弧现象选自系统的启动或功率调增;所述步骤4)中,对于电流信号xn存在直流分量的情况,类弧现象选自系统的功率调减或停机;对于电流信号xn不存在直流分量的情况,类弧现象选自系统的启动、功率调增、功率调减或停机。