CN113960397A - 一种故障检测方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种故障检测方法和装置，通过采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号，并所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号，将第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，响应于故障检测结果为存在故障，控制断开电路，由此，本实施例可以基于线路上电流信号和电压信号的相位信息和幅度信息来检测电路中是否存在故障，提高了故障检测的准确性。

Description

一种故障检测方法和装置
技术领域
本发明涉及电子电力技术领域，更具体地，涉及一种故障检测方法和装置。
背景技术
日常生活中电器设备的普及率越来越高，提高了日常生活和工作的便利性。但同时，由于用电不规范等原因，诸多安全隐患也随着出现。目前，配电线路故障保护装置以熔断器等为主，主要针对线路中出现的过流、过载和漏电等问题。在实际工况中，由于受到检测环境、负载种类的影响，会出现漏检误检的情况。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种故障检测方法和装置，以基于线路上电流信号和电压信号的相位信息和幅度信息来检测电路中是否存在故障，提高了故障检测的准确性，从而可以避免出现漏检误检的情况。
第一方面，本发明实施例提供一种故障检测方法，所述方法包括：
采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号；
对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号；
将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果；
响应于所述故障检测结果为存在故障，控制断开电路。
可选的，对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整包括：
确定所述第一电压信号的基本频率；
获取所述第一电压信号在基本频率下的相位信息；
根据所述相位信息对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整。
可选的，获取所述第一电压信号在基本频率下的相位信息包括：
对所述第一电压信号进行离散傅里叶变换，获取所述相位信息。
可选的，将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果包括：
将离散傅里叶变换后的第二电压信号和第二电流信号输入至所述故障检测网络，以对所述第二电压信号和第二电流信号的频谱信息进行处理，获取故障检测结果，所述频谱信息包括相位信息和幅度信息。
可选的，所述频谱信息还包括频率信息。
可选的，对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整还包括：
响应于所述第一电压信号的采样时钟和所述第一电流信号的采样时钟之间存在相位差，根据所述相位差对所述第一电流信号进行相位调整。
可选的，对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整还包括：
响应于所述第一电压信号和所述第一电流信号的采样频率与线路上频率之间没有固定的相位关系，根据随机相位对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整。
可选的，将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果包括：
对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理，将频率归一化后的第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果。
可选的，对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理包括：
通过插值滤波或样条插值对所述第二电压信号和第二电流信号进行频谱图缩放，以对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理。
可选的，所述故障检测网络通过以下步骤进行训练：
采样获取正常状态下和故障状态下的多个原始电压信号和原始电流信号；
对各个所述原始电压信号和原始电流信号进行相位调整，产生对应的样本电压信号和样本电流信号；
将各个所述样本电压信号、样本电流信号以及对应的状态输入至故障检测网络中进行处理，以训练所述故障检测网络，所述对应的状态为正常状态或故障状态。
第二方面，本发明实施例公开了一种故障检测装置，所述装置包括：
采样模块，被配置为采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号；
相位调整模块，被配置为对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号；
处理器，被配置为将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，并根据所述故障检测结果控制电路的通断。
可选的，所述相位调整模块包括锁相器；
所述锁相器被配置为确定所述第一电压信号的基本频率，获取所述第一电压信号在基本频率下的相位信息，根据所述相位信息对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整。
可选的，所述锁相器包括第一帧缓冲单元和第一离散傅里叶变换单元；
所述第一帧缓冲单元与所述采样模块连接，被配置为缓存至少一个离散傅里叶变换周期的第一电压信号；
所述第一离散傅里叶变换单元与所述第一帧缓冲单元连接，被配置为对所述第一帧缓冲单元输出的电压信号进行离散傅里叶变换，获取所述相位信息，并向所述第一帧缓冲单元反馈所述相位信息；
所述第一帧缓冲单元还被配置为根据所述相位信息对所述第一电压信号进行相位调整。
可选的，所述装置还包括第二帧缓冲单元和第二离散傅里叶变换单元；
所述第二帧缓冲单元分别与所述采样模块和所述锁相环连接，被配置为缓存至少一个离散傅里叶变换周期的第一电流信号，并根据所述相位信息对所述第一电流信号进行相位调整，获取第二电流信号；
所述第二离散傅里叶变换单元被配置为对所述第二电流信号进行离散傅里叶变换。
可选的，所述第二帧缓冲单元还被配置为计算所述第一电压信号的采样时钟和所述第一电流信号的采样时钟之间的相位差，根据所述相位差对所述第一电流信号进行相位调整。
可选的，所述装置还包括频率归一化模块；
所述归一化模块与第一傅里叶变换单元、第二傅里叶变换单元连接，被配置为通过插值滤波或样条插值对离散傅里叶变换后的第二电压信号和第二电流信号进行频谱图缩放，以对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理。
可选的，所述采样模块包括：
所述电压信号采样电路，被配置为采样获取所述第一电压信号；
所述电流信号采样电路，被配置为采样获取所述第一电流信号。
本发明实施例通过采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号，并所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，获取第二电压信号和第二电流信号，将第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，响应于故障检测结果为存在故障，控制断开电路，由此，本实施例可以基于线路上电流信号和电压信号的相位信息和幅度信息来检测电路中是否存在故障，提高了故障检测的准确性，从而可以避免出现漏检误检的情况。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1是本发明实施例的一种故障检测装置的电路图；
图2是本发明实施例的另一种故障检测装置的电路图；
图3是本发明实施例的又一种故障检测装置的电路图；
图4是本发明实施例的故障检测方法的流程图；
图5是本发明实施例的故障检测网络的训练方法的流程图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则在说明书的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图1是本发明实施例的一种故障检测装置的电路图。如图1所示，本发明实施例的故障检测装置1包括采样模块11、相位调整模块12和处理器13。
在本实施例中，采样模块11用于采样线路上的第一电压信号V1和第一电流信号I1。相位调整模块12被配置为对第一电压信号V1和第一电流信号I1进行相位调整，产生第二电压信号I2和第二电流信号I2。处理器13被配置为将第二电压信号I2和第二电流信号I2输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，并根据故障检测结果控制电路的通断。可选的，处理器13进一步被配置为将离散傅里叶变换后的第二电压信号V2和第二电流信号I2输入至故障检测网络，以对第二电压信号V2和第二电流信号I2的频谱信息进行处理，获取故障检测结果。其中，频谱信息包括相位信息和幅度信息。进一步可选的，频谱信息还可以包括电信号(电压信号和电流信号)的频率信息。
在本实施例中，若故障检测结果显示线路有故障存在，则控制开关K断开，以保障用电安全。可选的，在本实施例中，可以采用熔断器或其他控制电路来控制开关K，以在出现故障时确保用电安全。
可选的，在本实施例中，故障检测网络为神经网络。应理解，本实施例并不对神经网络的类型进行限制，例如CNN网络、RNN网络等均可应用于本实施例中。
本发明实施例通过对线路上电流信号和电压信号进行相位调整，使得故障检测网络能够基于线路上电流信号和电压信号的相位信息和幅度信息来检测电路中是否存在故障，提高了故障检测的准确性。
图2是本发明实施例的另一种故障检测装置的电路图。在一种可选的实现方式中，如图2所示，采样模块21包括电压信号采样电路211和电流信号采样电路212。其中，电压信号采样电路211用于采样线路上电压信号v1。电流信号采样电路用于采样线路上电流信号i1。
在一种可选的实现方式中，相位调整模块22包括锁相器PLL22。锁相器PLL22被配置为确定电压信号v1的基本频率f0，获取电压信号v1在基本频率下的相位信息P0，根据电压信号v1在基频f0下的相位信息P0对电压信号v1和电流信号i1进行相位调整，以保持调整后的电压信号v2的相位为零。在电信号传输过程中，电信号不可避免会存在谐波，因此，在本实施例中先确定电压信号v1的基频f0，例如市电的基频一般为50Hz。可选的，在本实施例中，可以采用频谱分析仪测量电压信号v1的基频，或者采用频率计数器测量电压信号v1中最低频率波的频率以确定基频频率。应理解，本实施例并不对基频的确定方法进行限制。
可选的，在本实施例中，第一帧缓冲单元221和DFT单元222形成了锁相器PLL22。其中，第一帧缓冲单元221与电压信号采样电路211连接，接收并缓存至少一个DFT(DiscreteFourier Transform，离散傅里叶变换)变换周期的电压信号，以供DFT单元222进行处理。DFT单元222与第一帧缓冲单元221连接，用于对第一帧缓冲单元221输出的电压信号进行离散傅里叶变换，获取当前相位信息，并向第一帧缓冲单元221反馈当前相位信息，以使得第一帧缓冲单元221根据反馈的相位信息对电压信号v1进行相位调整，直至确定基频f0下的相位信息P0。
在一种可选的实现方式中，相位调整模块22对线路上电压信号和电流信号进行相位调整的过程如下。
采集到的电压信号v1的表达式为：
v1(t)＝A cos(ω0t+Φ) (1)
其中，A为电压信号v1的幅度，ω0＝2πf0，其中f0为电压信号v1的基本频率，Φ为电压信号v1在基频f0下的相位，也即假设P0的值为Φ。
可选的，采用欧拉恒等式将电压信号v1的上述表达式(1)转换为指数表达式：
Figure BDA0003319598710000071
在本实施例中，第一帧缓冲单元221中可缓存足够多的电压信号v1的采样样本(至少一个DFT变换周期的电压信号)，以可以采用预定的DFT窗口对其进行离散傅里叶变换。
DFT222对电压信号v1进行DFT变换，得到变换后的电压信号X(ω)：
Figure BDA0003319598710000072
其中，N为DFT窗口大小，也即采样点数
将电压信号v1的指数表达式(2)代入公式(3)，得到：
Figure BDA0003319598710000081
其中，基频ω0不为0，且采样点数N足够大，则：
Figure BDA0003319598710000082
采用欧拉恒等式对DFT结果进行转换得到：
Figure BDA0003319598710000083
令
Figure BDA0003319598710000084
为表达式(5)的实部，
Figure BDA0003319598710000085
为表达式(5)的虚部，则：
Figure BDA0003319598710000086
Figure BDA0003319598710000087
由此，本发明实施例可以在对采样的线路上电压信号v1进行DFT变换后，确定电压信号在基频下的相位值Φ。
在本实施例中，第一帧缓冲单元221基于DFT单元222确定的相位信息P0对电压信号v1进行移位，以对电压信号v1进行相位调整。假设第一帧缓冲单元221相移(-Φ)，则相位调整后的电压样本(也即第二电压信号)的表达式变为：
v2(t)＝A cos(ω0t+Φ-Φ)＝A cos(ω0t)。
DFT单元222再对电压信号v2进行离散傅里叶变换，获取离散电压信号v2'。
本实施例通过确定基波相位，并基于基波相位对采样的电信号样本进行相位调整，以可以采用基波相位作为所有谐波和噪声相位的参考，使得处理器23中配置的故障检测网络对电信号输入频率所造成的相位变化不敏感。由此，本实施例可以使得故障检测网络能够应用电信号样本中的相位信息以及幅度信息等，增大了故障检测网络所能够采用的信息量，进而可以提高故障检测效率。
在一种可选的实现方式中，本实施例的故障检测装置2还包括第二帧缓冲单元223和DFT单元224。其中，第二帧缓冲单元223与DFT单元222以及电流采样模块212连接，用于缓存至少一个离散傅里叶变换周期的电流信号i1，并根据上述获取的相位信息P0对电流信号i1进行相位调整，获取电流信号i2。DFT单元224用于对电流信号i2进行离散傅里叶变换，获取离散电流信号i2'。
本实施例在帧缓冲区对电信号进行移位操作，以对电信号进行相位调整，应理解，其他信号处理方式、例如通过希尔伯特滤波器等，均可实现相位调整，本实施例并不对此进行限制。
在一种可选的实现方式中，在具体应用场景中，电压采样和电流采样的采样时钟可能存在相位差，从而可能对故障检测结果产生影响。因此，在本实施例中，第二帧缓冲单元223配置为响应于电压采样电路211和电流采样电路212的采样时钟之间存在相位差，根据该相位差对电流信号i1进行进一步地相位调整，以消除电信号采样时钟差异造成的影响，进一步提高故障检测的准确率。
在一种可选的方式中，若电信号的采样时钟和电信号的频率之间没有固定的相位关系，可以基于具体应用场景产生随机相位信息，基于随机相位信息对电压信号和电流信号进行相位调整，基于相位调整后的电压信号和电流信号进行故障检测。由此，可以增加故障检测网络的可用信息，提高故障检测的准确度。
在一种可选的实现方式中，若电信号的基频是可变的或者未知的，则基频的变化可能会影响故障检测结果。因此，本实施例通过对电信号的频率进行归一化，以避免基频变化或未知所带来的影响，进一步提高了故障检测的准确率。具体地，故障检测装置2还包括频率归一化模块24。其中，频率归一化模块24与DFT单元222、DFT单元224连接，被配置为通过插值滤波或样条插值对离散傅里叶变换后的电压信号v2'和电流信号i2'进行频谱图缩放，以对电压信号v2'和电流信号i2'的频率进行归一化处理。
处理器23接收缩放后的电压信号和电流信号的频谱图，使得故障检测网络对电压信号和电流信号的频谱图中的相位信息、幅度信息和频率信息进行处理，以获取故障检测结果，当检测到故障时，控制线路中的开关K断开，保障用电安全。可选的，在本实施例中，故障检测网络为神经网络。应理解，本实施例并不对神经网络的类型进行限制，例如CNN网络、RNN网络等均可应用于本实施例中。应理解，可以利用现有技术中的任何一种故障判断方法进行训练，以使得在故障发生时，神经网络可以通过相位、幅度、频率等的变化来判断故障的发生，在此不详细描述。
可选的，故障检测装置2包括处理器23。处理器23可以为数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑器件(PLD)等处理器设备。在本实施例中，故障检测装置2通过第一帧缓冲单元221、DFT单元222、第二帧缓冲单元223、DFT单元224、频率归一化模块24等处理单元来执行对应的逻辑指令来处理线路上的电压信号和电流信号。其中，上述处理单元可以为不同的程序模块，由处理器23运行以实现其对应的功能，也可以为固化的具有预定连接方式的电路结构，通过硬件的方式实现各自对应的功能。
本发明实施例通过采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号，并第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号，将第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，响应于故障检测结果为存在故障，控制断开电路，由此，本实施例可以基于线路上电流信号和电压信号的相位信息和幅度信息来检测电路中是否存在故障，提高了故障检测的准确性。
图3是本发明实施例的又一种故障检测装置的电路图。如图3所示，在本实施例中，电压采样电路311包括分压电路和电压ADC电路311a。其中，分压电路用于获取线路上的电压，电压ADC电路311a用于捕获分压电路上的电压信号v1，其采样率fsv根据具体应用场景进行设置。电流采样电路312包括分流电阻和电流ADC电路312a。其中，分流电阻用于获取线路上的电流，电流ADC电路312a用于捕获分流电阻上的电流信号i1，其采样率fsa根据具体应用场景进行设置。可选的，电压采样电路311和电流采样电路312的采样时钟一致。
电压ADC电路311a将捕获到的电压信号v1传输至第一帧缓冲单元321。第一帧缓冲单元321在缓存有至少一个DFT变换周期的电压信号后，将电压样本传输至DFT单元322。
DFT单元322用于对接收到的电压样本进行离散傅里叶变换，获取当前相位信息，并向第一帧缓冲单元321反馈当前相位信息，以使得第一帧缓冲单元321根据反馈的相位信息对电压信号v1进行相位调整，直至确定基频f0下的相位信息P0。应理解，电压样本的相位确定过程与上述实施例类似，在此不再赘述。
DFT单元322进一步被配置为接收经第一帧缓冲单元321相位调整后的电压信号v2，并对电压信号v2进行DFT变换得到v2'，从而获取线路上的电压信号的频谱图。
电流ADC电路312a将捕获到的电流信号i1传输至第二帧缓冲单元323。第二帧缓冲单元323接收电流信号i1、和来自DFT单元322的相位信息P0，并根据该相位信息P0对电流信号i1进行相位调整，将相位调整后的至少一个DFT变换周期的电流信号i2传输至DFT单元324。
在一种可选的实现方式中，若电压采样和电流采样的采样时钟存在相位差，第二帧缓冲单元323配置为根据电压采样电路311和电流采样电路312的采样时钟之间的相位差对电流信号i1进行进一步地相位调整，以消除电信号采样时钟差异造成的影响，进一步提高故障检测的准确率。
DFT单元324被配置为接收经第二帧缓冲单元323相位调整后的电流信号i2，并对电流信号i2进行DFT变换得到i2'，以获取线路上的电流信号的频谱图。
本实施例在帧缓冲区对电信号进行移位操作，以对电信号进行相位调整，应理解，其他信号处理方式、例如通过希尔伯特滤波器等，均可实现相位调整，本实施例并不对此进行限制。
本实施例通过确定基波相位，并基于基波相位对采样的电信号样本进行相位调整，以可以采用基波相位作为所有谐波和噪声相位的参考，使得处理器34中配置的故障检测网络对电信号输入频率所造成的相位变化不敏感。由此，本实施例可以使得故障检测网络能够应用电信号样本中的相位信息以及幅度信息等，增大了故障检测网络所能够采用的信息量，进而可以提高故障检测效率。
在一种可选的方式中，若电信号的采样时钟和电信号的频率之间没有固定的相位关系，可以基于具体应用场景产生随机相位信息，基于随机相位信息对电压信号和电流信号进行相位调整，基于相位调整后的电压信号和电流信号进行故障检测。由此，可以增加故障检测网络的可用信息，提高故障检测的准确度。
在一种可选的实现方式中，若电信号的基频是可变的或者未知的，则基频的变化可能会影响故障检测结果。因此，本实施例通过对电信号的频率进行归一化，以避免基频变化或未知所带来的影响，进一步提高了故障检测的准确率。具体地，频率归一化模块33接收来自DFT单元322的电压信号v2'的频谱图以及来自DFT单元324的电流信号i2'的频谱图，通过插值滤波或样条插值对电压信号v2'的频谱图和电流信号i2'的频谱图进行频谱图缩放，以对电压信号v2'和电流信号i2'的频率进行归一化处理。
处理器34中的故障检测网络341接收缩放后的电压信号频谱图和电流信号频谱图，使得故障检测网络对电压信号频谱图和电流信号频谱图中的相位信息、幅度信息和频率信息进行处理，以获取故障检测结果。处理器34中的故障控制逻辑电路342接收故障检测结果，并在检测到故障时，控制线路中的开关K断开，保障用电安全。可选的，在本实施例中，故障检测网络为神经网络。应理解，本实施例并不对神经网络的类型进行限制，例如CNN网络、RNN网络等均可应用于本实施例中。
本发明实施例通过采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号，并第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号，将第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，响应于故障检测结果为存在故障，控制断开电路，由此，本实施例可以基于线路上电流信号和电压信号的相位信息和幅度信息来检测电路中是否存在故障，提高了故障检测的准确性。
图4是本发明实施例的故障检测方法的流程图。如图4所示，本发明实施例的故障检测方法包括以下步骤：
步骤S110，采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号。在本实施例中，通过电压采样电路和电流采样电路采样获取线路上的电压信号和电流信号。
步骤S120，对第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号。
在一种可选的实现方式中，步骤S120包括：确定第一电压信号的基本频率，获取第一电压信号在基本频率下的相位信息，根据该相位信息对第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，以获取第二电压信号和第二电流信号。
本实施例通过确定基波相位，并基于基波相位对采样的电信号样本进行相位调整，以可以采用基波相位作为所有谐波和噪声相位的参考，使得故障检测网络对电信号输入频率所造成的相位变化不敏感。由此，本实施例可以使得故障检测网络能够应用电信号样本中的相位信息以及幅度信息等，增大了故障检测网络所能够采用的信息量，进而可以提高故障检测效率。
在一种可选的实现方式中，获取第一电压信息在基本频率下的相位信息具体可以为：对第一电压信号进行离散傅里叶变换，以确定基频相位。基频相位确定过程与上述实施例类似，在此不再赘述。
在一种可选的实现方式中，步骤S120还包括：响应于第一电压信号的采样时钟和第一电流信号的采样时钟之间存在相位差，根据相位差对第一电流信号进行相位调整。由此，可以消除电信号采样时钟差异造成的影响，进一步提高故障检测的准确率。
在一种可选的实现方式中，步骤S120还包括：响应于第一电压信号和第一电流信号的采样频率与线路上频率之间没有固定的相位关系，根据随机相位对第一电压信号和第一电流信号进行相位调整。由此，可以增加故障检测网络的可用信息，提高故障检测的准确度。
步骤S130，将第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果。
步骤S140，响应于所述故障检测结果为存在故障，控制断开电路。
在一种可选的实现方式中，步骤S130包括：将离散傅里叶变换后的第二电压信号和第二电流信号输入至故障检测网络，以对第二电压信号和第二电流信号的频谱信息进行处理，获取故障检测结果。其中，频谱信息包括相位信息和幅度信息。由于在本实施例中根据基频相位对电压信号和电流信号进行了相位调整，从而可以采用基波相位作为所有谐波和噪声相位的参考，使得故障检测网络能够应用电信号样本中的相位信息以及幅度信息等，增大了故障检测网络所能够采用的信息量，进而可以提高故障检测效率。
在另一种可选的实现方式中，频谱信息还包括电压信号和电流信号的频率信息。
可选的，步骤S130还包括：对第二电压信号和第二电流信号的频率进行归一化处理，将频率归一化后的第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果。可选的，通过插值滤波或样条插值对所述第二电压信号和第二电流信号进行频谱图缩放，以对第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理。由此，可以避免基频变化或未知所带来的影响，进一步提高了故障检测的准确率。
在本实施例中，故障检测网络为神经网络。应理解，本实施例并不对神经网络的类型进行限制，例如CNN网络、RNN网络等均可应用于本实施例中。
图5是本发明实施例的故障检测网络的训练方法的流程图。在一种可选的实现方式中，如图5所示，本实施例的故障检测网络通过以下步骤训练：
步骤S210，采样获取正常状态下和故障状态下的多个原始电压信号和原始电流信号。
步骤S220，对各个原始电压信号和原始电流信号进行相位调整，产生对应的样本电压信号和样本电流信号。
步骤S230，将各个样本电流信号、样本电压信号以及对应的状态输入至故障检测网络中进行处理，以训练所述故障检测网络。其中，对应的状态为正常状态或故障状态。
可选的，将样本电流信号、样本电压信号以及对应的状态输入至故障检测网络中进行处理，以使得故障检测网络对电信号的幅度信息、相位信息和频率信息等频谱信息进行处理，并基于产生的故障检测结果和当前样本电流信号、样本电压信号对应的状态对故障检测网络的参数进行调整，直至网络产生的故障检测结果与对应的状态相同，故障检测网络训练完成。
本实施例通过采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号，并所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，获取第二电压信号和第二电流信号，将第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，响应于故障检测结果为存在故障，控制断开电路，由此，本实施例可以基于线路上电流信号和电压信号的相位信息和幅度信息来检测电路中是否存在故障，增加了故障检测网络的可用信息，从而可以提高故障检测的准确性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种故障检测方法，其特征在于，所述方法包括：
采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号；
对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号；
将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果；
响应于所述故障检测结果为存在故障，控制断开电路。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整包括：
确定所述第一电压信号的基本频率；
获取所述第一电压信号在基本频率下的相位信息；
根据所述相位信息对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述第一电压信号在基本频率下的相位信息包括：
对所述第一电压信号进行离散傅里叶变换，获取所述相位信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果包括：
将离散傅里叶变换后的第二电压信号和第二电流信号输入至所述故障检测网络，以对所述第二电压信号和第二电流信号的频谱信息进行处理，获取故障检测结果，所述频谱信息包括相位信息和幅度信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述频谱信息还包括频率信息。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整还包括：
响应于所述第一电压信号的采样时钟和所述第一电流信号的采样时钟之间存在相位差，根据所述相位差对所述第一电流信号进行相位调整。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整还包括：
响应于所述第一电压信号和所述第一电流信号的采样频率与线路上频率之间没有固定的相位关系，根据随机相位对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果包括：
对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理，将频率归一化后的第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理包括：
通过插值滤波或样条插值对所述第二电压信号和第二电流信号进行频谱图缩放，以对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障检测网络通过以下步骤进行训练：
采样获取正常状态下和故障状态下的多个原始电压信号和原始电流信号；
对各个所述原始电压信号和原始电流信号进行相位调整，产生对应的样本电压信号和样本电流信号；
将各个所述样本电压信号、样本电流信号以及对应的状态输入至故障检测网络中进行处理，以训练所述故障检测网络，所述对应的状态为正常状态或故障状态。
11.一种故障检测装置，其特征在于，所述装置包括：
采样模块，被配置为采样获取线路上的第一电压信号和第一电流信号；
相位调整模块，被配置为对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整，产生第二电压信号和第二电流信号；
处理器，被配置为将所述第二电压信号和第二电流信号输入至预先训练的故障检测网络中进行处理，获取故障检测结果，并根据所述故障检测结果控制电路的通断。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述相位调整模块包括锁相器；
所述锁相器被配置为确定所述第一电压信号的基本频率，获取所述第一电压信号在基本频率下的相位信息，根据所述相位信息对所述第一电压信号和第一电流信号进行相位调整。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述锁相器包括第一帧缓冲单元和第一离散傅里叶变换单元；
所述第一帧缓冲单元与所述采样模块连接，被配置为缓存至少一个离散傅里叶变换周期的第一电压信号；
所述第一离散傅里叶变换单元与所述第一帧缓冲单元连接，被配置为对所述第一帧缓冲单元输出的电压信号进行离散傅里叶变换，获取所述相位信息，并向所述第一帧缓冲单元反馈所述相位信息；
所述第一帧缓冲单元还被配置为根据所述相位信息对所述第一电压信号进行相位调整。
14.根据权利要求12或13所述的装置，其特征在于，所述装置还包括第二帧缓冲单元和第二离散傅里叶变换单元；
所述第二帧缓冲单元分别与所述采样模块和所述锁相环连接，被配置为缓存至少一个离散傅里叶变换周期的第一电流信号，并根据所述相位信息对所述第一电流信号进行相位调整，获取第二电流信号；
所述第二离散傅里叶变换单元被配置为对所述第二电流信号进行离散傅里叶变换。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，所述第二帧缓冲单元还被配置为计算所述第一电压信号的采样时钟和所述第一电流信号的采样时钟之间的相位差，根据所述相位差对所述第一电流信号进行相位调整。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述装置还包括频率归一化模块；
所述归一化模块与第一傅里叶变换单元、第二傅里叶变换单元连接，被配置为通过插值滤波或样条插值对离散傅里叶变换后的第二电压信号和第二电流信号进行频谱图缩放，以对所述第二电压信号和所述第二电流信号的频率进行归一化处理。
17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述采样模块包括：
所述电压信号采样电路，被配置为采样获取所述第一电压信号；
所述电流信号采样电路，被配置为采样获取所述第一电流信号。
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