CN114397547B - 一种多通道直流电弧检测方法、电路及其电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施方式公开了一种多通道直流电弧检测方法、电路及其电子设备。该方法包括：对待检测电流进行电流采样，获取帧数据；对帧数据进行时域分析，判断帧数据是否时域故障；获取频域数据；对频域数据进行频域分析，判断频域数据是否频域故障；在时域频域分析周期内，计算电弧事件；将电弧事件与电弧事件阈值比较，判定是否存在电弧。通过上述方式，本发明实施方式能够实现对采集到的数据进行实时时域分析，判定时域故障的数据再进行频域分析，可以大大节省单个通道电弧检测时间与计算量，从而实现多通道并行检测。通过在一个固定周期内计算时域电弧事件与频域电弧事件的和，来判定电弧事件发生，采用该方法可以提升电弧检测的准确性。

Description

一种多通道直流电弧检测方法、电路及其电子设备

技术领域

本发明实施方式涉及电力保护技术领域，特别是涉及一种多通道直流电弧检测方法、电路及其电子设备。

背景技术

分布式光伏发电的普及，对光伏电站的安全性提出了越来越高的要求，光伏发电系统中有众多的电连接点，当光伏发电系统中的高压直流线路或者接头出现故障时，可能会导致直流电弧的产生，直流电弧的存在会导致电气系统中的设备或者线路出现漏电或者引发火灾，导致电气设备损坏，甚至危及人类的生命财产安全。因此急需一种保护设备来发现直流电弧，并在直流电弧还没有引燃可燃物之前，将电路断开，熄灭直流电弧，保护人类的生命财产安全。

因此，如何准确地检测出直流电弧显得尤为重要。目前的传统解决方案为：将电流传感器采集得到的电流信号输入检测电路中的信号调理电路，对电流信号进行放大及滤波处理后，输入检测电路的微处理器。处理器对经过信号调理电路处理后的信号进行时域分析和频域分析，当时域和频域均确定直流电路中存在电弧特征时，即确定电流中存在电弧。但电气系统在运行过程中会受到环境因素的影响，比如在光伏系统中，光照或温度的变化会导致光伏电池板的输出功率发生突变，进而导致光伏电池板输出的电流发生突变，采用现有技术的判断方法，会将光照或温度变化等环境因素变化引起的电流突变判断为电弧特征，造成直流电弧的检测准确性低。

此外，现有技术中，申请公布号为CN106199131A（申请人：华为技术有限公司）的名为一种直流电流中电弧的检测电路及微处理器，公开的电弧检测技术方案，至少存在两个技术问题：

1、CN106199131A公开的电弧检测方案是在时域、频域均存在电弧故障情况下，计数次数才加1，否则计数次数减1；对于间歇性电弧或者小电弧，CN106199131A公开的技术方案是无法检测出来的，即存在漏检的问题，而未被检测出来的间歇性电弧或者小弧，可能引发设备故障，进而引发火灾，从而引发安全问题；

2、CN106199131A公开的电弧检测方案，主要通过硬件来实现，在时域故障发生后，直接将数据送入第二电路做频域分析处理，只能做单通道电弧检测，无法实现多通道电弧检测。

发明内容

本发明实施方式主要解决的技术问题是提供一种多通道直流电弧检测方法、电路及其电子设备，能够实现在电弧检测过程中，对采集到的数据进行分层筛选，把采集到的数据进行实时时域判断，对判定时域故障的数据，送入频域缓冲区中，依次对频域缓冲区中的数据进行频域判断，可以大大节省单个通道电弧检测时间与计算量，从而实现多通道并行检测。通过在一个固定周期内计算时域电弧事件与频域电弧事件的和，来判定电弧事件发生，采用该方法可以提升电弧检测的准确性。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种多通道直流电弧检测方法，所述方法包括：对待检测电流进行电流采样，获取帧数据；在固定周期内对帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障，若所述帧数据时域故障，则时域故障次数加1；设置频域缓冲区，按照时域故障发生的前后顺序，将时域故障的帧数据转移到频域缓冲区中，获取频域数据；对所述频域数据进行频域分析，判断所述频域数据是否频域故障，若所述频域数据频域故障，则频域故障次数加1；在时域频域分析周期内，计算电弧事件，所述电弧事件为时域电弧事件与频域电弧事件的和，所述时域电弧事件为所述时域故障次数与时域权重的乘积，所述频域电弧事件为所述频域故障次数与频域权重的乘积，所述时域故障次数与所述频域故障次数独立计算，所述时域故障次数大于或等于所述频域故障次数；当所述电弧事件的值大于电弧事件阈值时，则判定所述待检测电流中存在电弧。

在本发明的一个实施例中，该方法还包括：在各通道进行电流采集前，将电弧事件数量设置为初始值；在时域频域分析周期大于设定值时，将电弧事件数量设置为初始值。

在本发明的一个实施例中，所述对待检测电流进行电流采集，输出电流信号，对所述电流信号进行放大和滤波处理，获取帧数据包括：对各通道电流进行实时采集，输出电流信号；对所述电流信号进行信号放大和滤波处理；对经过放大和滤波的电流信号进行连续采样，得到多个连续的采样点；对所述采样点进行等长度截取，得到多个帧数据。

在本发明的一个实施例中，所述在固定周期内对帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障，若所述帧数据时域故障，则时域故障次数加1包括：根据对采样点的截取长度判断帧数据的完整性；若所述帧数据完整，在固定周期内对所述帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障；若所述帧数据时域故障，则时域故障次数加1。

在本发明的一个实施例中，所述若所述帧数据完整，在固定周期内对所述帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障包括：根据公式

计算所述帧数据中的峰峰值，式中

为所述帧数据的峰峰值，

为所述帧数据的最大值，

为所述帧数据的最小值，当所述峰峰值大于第一阈值时，判定该帧数据时域故障；

或，根据公式

计算所述帧数据的标准差，式中σ为所述帧数据的标准差，N为所述帧数据的数据个数，k为所述帧数据对应的数据下标，

为所述帧数据的平均值，当所述标准差大于第二阈值时，判定该帧数据时域故障在本发明的一个实施例中，所述获取频域数据包括：实时检测频域缓冲区数据；当检测到频域缓冲区中有数据时，根据各通道时域故障数据放入频域缓冲区的先后顺序，获取频域缓冲区中的数据。

在本发明的一个实施例中，对所述频域数据进行频域分析，判断所述频域数据是否频域故障包括：对频域数据进行快速傅里叶变换，得到各个频率的幅值；根据公式

计算所述频域数据的谐波能量，式中W为所述频域数据的谐波能量，k为所述频域数据对应的频率下标，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值，当所述谐波能量大于第三阈值时，判定所述频域数据频域故障；

或，根据公式

计算所述频域数据的幅值方差，式中X为所述频域数据的幅值方差，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值，

为所述频域数据幅值平均值，当所述幅值方差大于第四阈值时，判定所述频域数据频域故障。

在本发明的一个实施例中，所述时域权重和所述频域权重的系数可以时域电弧检测函数调用周期、频域电弧检测函数调用周期的比值作为参考。

在本发明的一个实施例中，所述时域权重和所述频域权重的系数还可以通过计算时域电弧事件、频域电弧事件在电弧检测窗口之间内的计算次数，结合所述电弧事件阈值，适当调整得到。

在本发明的一个实施例中，所述电弧事件阈值是通过实验，总结出在电弧发生时的时域电弧事件和频域电弧事件，由此选取出的故障次数。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种多通道直流电弧检测电路，所述电路包括：电流采样电路，用于对各通道电流进行电流采样，输出电流的电流采样信号；调理电路，用于对各通道电流采样信号进行滤波、放大处理后供微处理器分析；微处理器，用于接收各通道调理电路输出的采样信号，并对各通道电流采样信号进行时域分析以及频域分析，并根据分析结果对各通道电弧事件数量进行计数操作；当电弧事件数量的计数结果满足电弧事件阈值时，确定对应通道电流中存在电弧。

在本发明的一个实施例中，所述微处理器包括置位模块、数据获取模块、数据处理模块、计数模块、确定模块，其中，所述置位模块用于在各通道采集数据之前，将电弧事件数量设置为初始值，在时域频域分析周期大于设定值时，将电弧事件数量设置为初始值；所述数据获取模块用于各通道电流采样的帧信号数据获取、各通道时域数据获取、频域缓冲区数据获取以及频域数据；所述数据处理模块用于各通道时域数据处理、频域数据处理；所述计数模块用于根据时域数据处理结果和频域数据处理结果对电弧事件的数量进行计数；所述确定模块用于当电弧事件的数量大于电弧事件阈值时，确定电流中存在电弧。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，所述电子设备包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的一种多通道直流电弧检测方法。

本发明实施方式还提供一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，可使得所述一个或多个处理器执行上述的一种多通道直流电弧检测方法。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施方式能够实现对采集到的数据进行实时时域分析，判定时域故障的数据再进行频域分析，可以大大节省单个通道电弧检测时间与计算量，从而实现多通道并行检测。通过在一个固定周期内计算时域电弧事件与频域电弧事件的和，来判定电弧事件发生，采用该方法可以提升电弧检测的准确性。

此外，本发明的技术方案还可以解决现有技术CN106199131A存在的缺陷，即第一、本发明的技术方案不仅能检测出大电弧，还可以检测间歇性电弧以及小电弧，避免因间歇性电弧或小电弧漏检引发设备故障甚至火灾，从而有效保障设备及人身安全；第二，本发明的技术方案在时域、频域分析之间做了缓冲区处理，可实现单个微处理器对多通道的电弧进行快速检测，从而不仅可以提高检测效率，还可以最大程度节约成本。

附图说明

图1是本发明提供的一种多通道直流电弧检测方法的流程示意图；

图2是本发明提供的一种多通道直流电弧检测方法的详细流程图；

图3是本发明提供的一种多通道直流电弧检测电路的结构示意图；

图4是本发明提供的一种多通道直流电弧检测电路的微处理器的结构示意图；

图5是本发明提供的一种多通道直流电弧检测电路的数据获取模块的工作流程示意图；

图6是本发明提供的一种电子设备的硬件结构示意图。

以下为附图说明：

100：电流采样电路；200：调理电路；300：微处理器；

310：置位模块；320：数据获取模块；330：数据处理模块；340：计数模块；350：确定模块；

331：第一判别模块；332：第二判别模块；333：第三判别模块；334：第四判别模块；

400：电子设备；401：处理器；402：存储器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本申请的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。此外，本文所采用的“第一”、“第二”、“第三”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

请参阅图1，图1为本发明实施方式提供的一种多通道直流电弧检测方法的流程示意图，该方法包括如下步骤：

步骤S100：将电弧事件数量设置为初始值；

在本发明实施例中，电弧事件数量用于指示电流中是否存在电弧，电弧事件可以表示电流中存在电弧的可能性，电弧事件数量越多，表示电流中存在电弧的可能性越大。

在进行后续步骤之前，需先将电弧事件数量设置为初始值，初始值可以为零，避免对后续的步骤造成影响。

需要说明的是，电弧事件数量设置的初始值也可以为其他数值，此处不再枚举。

此外，还需对各通道的时域频域分析周期进行判断，判断其是否大于设定值，若时域频域分析周期大于设定值，则将电弧事件数量设置为初始值，初始值与上述初始值相同，时域频域分析周期用于指示判别电弧的周期，在本发明实施例中，时域频域分析周期初始值可以设定为200ms。

需要说明的是，设定值是由多次实验结果所得的取值，根据各通道的时域频域分析周期进行选择。在本发明实施例中，时域频域分析周期若因为故障而延长或缩短，则会导致电弧事件数量偏多或偏少，导致判断错误。因此需要对电弧事件数量进行判断。

步骤S200：对待检测电流进行电流采样，获取帧数据；

通过各通道的电流采样电路对电流进行实时采集，输出电流信号，电流信号是模拟信号。电流信号经过其所在通道的调理电路进行滤波、放大。

在本发明的实施例中，硬件滤波电路设计为带通滤波电路，只保留100KHz附近的电弧信号，并把选定的电弧信号进行放大处理。其中100kHz的电弧信号是特定保留的电弧信号，因为电弧信号频谱较宽，从几十到几百KHz，因此选择100KHz作为电弧检测信号，可以滤除100KHz以下的信号，排除逆变器开关信号对电弧检测的影响。100KHz以上的信号，对AD采样频率要求高，故选择100Khz作为电弧信号，滤波完成后对其进行放大处理。

将经过调理电路滤波放大后的电流信号送到微处理器进行连续采样，得到多个连续的采样点，对所述采样点进行等长度截取，得到电流采样信号，即多个帧数据，该帧数据为数字信号。

步骤S300：对帧数据进行时域分析，判断帧数据是否时域故障；

各通道时域数据获取，处理器实时扫描、判断各通道采集的帧数据是否完整，若完整，把帧数据转移到对应通道时域数据处理空间。判断帧数据完整说明：根据对采样点的截取长度判断帧数据的完整性。

在本发明实施例中，根据公式

计算所述帧数据中的峰峰值，式中

为所述帧数据的峰峰值，

为所述帧数据的最大值，

为所述帧数据的最小值，当所述峰峰值大于第一阈值时，判定该帧数据时域故障；

或，根据公式

计算所述帧数据的标准差，式中σ为所述帧数据的标准差，N为所述帧数据的数据个数，k为所述帧数据对应的数据下标，

为所述帧数据的平均值，当所述标准差大于第二阈值时，判定该帧数据时域故障，时域故障次数加1。

当电流中存在电弧时，电流具有一些时域特征和频域特征，在时域上表现为电流波动增大。

需要说明的是，

为所述帧数据的电流最大值，

为所述帧数据的电流最小值，则所述帧数据的峰峰值

表示该帧数据的电流波动量，若

大于第一阈值，则判定该帧数据时域故障。第一阈值表示为电流波动阈值，为实验所得值。

除此之外，还可用电流标准差σ表示帧数据的电流波动，σ为所述帧数据的标准差，若σ大于第二阈值，判定该帧数据时域故障，时域故障次数加1。第二阈值为电流波动标准差阈值，为实验所得值。

若判定该帧数据无时域故障，则直接进行下一步。

需要说明的是，除了采用峰峰值

和电流标准差σ作为判定帧数据是否时域故障的标准外，还可以使用信号幅度的变化程度、方差、平方和、相关度等具有时域电弧特征的值作为判定标准。

在时域数据判定过程中，把判定结果放入循环数组中，通过对循环数组求和计算分析周期内时域故障发生次数，循环数组大小设置为分析周期与时域判断函数调用周期的商。

步骤S400：将时域故障的帧数据转移到频域缓冲区中，获取频域数据；

在本发明得实施例中，获取频域数据包括频域缓冲区数据获取和频域数据获取，频域缓冲区数据获取由入队调度、频域缓冲区、出队调度三部分组成。入队调度，实时检测各通道时域数据判定结果，根据各通道时域数据故障发生的先后顺序，根据先后顺序，依次把各通道时域数据转移到频域缓冲区中；频域缓冲区，在内存中开辟一个二维数组，存放各通道时域故障的数据，二维数组的行：表示存放各通道时域数据的个数，二维数组的列：表示每个时域数据的大小；出队调度，根据各通道时域故障数据放入频域缓冲区的先后顺序，根据先后顺序，依次把各通道时域数据转移到频域缓冲区中。

频域数据获取，实时检测频域缓冲区数据，当检测到频域缓冲区中有数据时，频域数据空间根据出队调度获取频域缓冲区中的数据。

在时域分析和频域分析之间通过设置缓冲区，实时检测各通道时域数据判定结果，根据各通道时域数据故障发生的先后顺序，根据先后顺序，依次把各通道时域数据转移到频域缓冲区中；根据各通道时域故障数据放入频域缓冲区的先后顺序，根据先后顺序，依次把各通道时域数据转移到频域缓冲区中。通过上述方式，实现了多通道直流电弧的快速检测。

步骤S500：对频域数据进行频域分析，判断频域数据是否频域故障；

对由步骤S400获取的频域数据进行快速傅里叶变换，得到各个频率的幅值；

根据公式

计算所述频域数据的谐波能量，式中W为所述频域数据的谐波能量，k为所述频域数据对应的频率下标，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值，当所述谐波能量大于第三阈值时，判定所述频域数据频域故障；

或，根据公式

计算所述频域数据的幅值方差，式中X为所述频域数据的幅值方差，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值，

为所述频域数据幅值平均值，当所述幅值方差大于第四阈值时，判定所述频域数据频域故障，且频域故障次数加1。

若判定该频域数据无频域故障，则直接进行下一步。

当电流中存在电弧时，电流具有一些时域特征和频域特征，在频域上表现为高频分量增大。

需要说明的是，W为所述频域数据的谐波能量，可用于表示该频域数据的高频分量，若W谐波能量大于第三阈值时，则判定该频域数据频域故障。第三阈值表示为谐波能量阈值，为实验所得值。

除此之外，还可以用频域数据的幅值方差X表示该频域数据的高频分量，若幅值方差X大于第四阈值，则判定该频域数据频域故障。第四阈值表示为谐波能量方差阈值，为实验所得值。

需要说明的是，除了采用频域数据的谐波能量W和频域数据的幅值方差X作为判定频域数据是否频域故障的标准外，还可以使用高频分量的相对比率、高频分量和等具有频域电弧特征的作为判定标准。

在频域数据判定过程中，把判定结果放入循环数组中，通过对循环数组求和计算分析周期内频域故障发生次数，循环数组大小设置为分析周期与频域判断函数调用周期的商。

步骤S600：在时域频域分析周期内，计算电弧事件；

在时域频域分析周期内，计算电弧事件，所述电弧事件为时域电弧事件与频域电弧事件的和，所述时域电弧事件为所述时域故障次数与时域权重的乘积，所述频域电弧事件为所述频域故障次数与频域权重的乘积。

需要说明的是，将由步骤S300得到的时域故障次数乘以时域权重得到时域故障事件，将由步骤S500得到的频域故障次数乘以频域权重得到频域故障事件。电弧事件则为时域故障事件与频域故障事件之和。

在本发明实施例中，时域权重和所述频域权重的系数以时域电弧检测函数调用周期、频域电弧检测函数调用周期的比值作为参考；除此之外，时域权重和所述频域权重的系数还可以通过计算时域电弧事件、频域电弧事件在电弧检测窗口之间内的计算次数，结合所述电弧事件阈值，适当调整得到。电弧检测窗口时间，根据时域故障判定速度、频域故障判定速度共同决定。

需要说明的是，在本发明中，时域故障次数和频域故障次数是分开计算的，时域分析先于频域分析，只有时域故障的数据才会进行下一步频域分析。但是时域故障不等于频域故障，因此是可能存在有时域故障而频域无故障的数据，因此时域故障次数大于或等于频域故障次数。

还需要说明的是，因为当电流中存在间歇性电弧（指电弧时有时无）或者小电弧时，为了避免因存在电弧事件不能达到电弧判断阈值的情况出现，故

将时域故障次数跟频域故障次数分别计数，且计数只增不减。

步骤S700：将电弧事件与电弧事件阈值比较，判定是否存在电弧。

将由步骤S600得到的电弧事件与电弧事件阈值比较，当所述电弧事件的值大于电弧事件阈值时，则判定电流中存在电弧。其中电弧事件阈值是通过实验，总结出在电弧发生时的时域电弧事件和频域电弧事件，由此选取出的故障次数。

若判定该检测电流存在电弧，微处理器会发出告警指示以及向并网逆变器发出关机命令，此时并网逆变器停机，并网继电器断开，并网逆变器与电网脱离后电流的回路断开，电弧熄灭。

区别于现有技术，本发明通过在电弧检测过程中，采用分层筛选的方法，把采集到的数据进行时域判断，对判定时域故障的数据，送入频域缓冲区中，依次对频域缓冲区中的数据进行频域判断。采用该方法，可以实现对采集到的数据进行实时时域分析，判定时域故障的数据再进行频域分析，可以大大节省单个通道电弧检测时间与计算量，从而实现多通道并行检测；在时域频域分析周期内，通过对电弧事件的计数结果判定电流中是否存在电弧，电弧事件的计数结果为时域电弧事件与频域电弧事件的和，时域电弧事件为时域故障次数与时域权重的乘积，频域电弧事件为频域故障次数与频域权重的乘积。通过该方法，可以增大直流电弧检测的准确率。

请参阅图2，图2为本发明提供的一种多通道直流电弧检测方法的详细流程图，其具体步骤如上所述，这里不再赘述。

请参阅图3，在另一个实施方式中，本发明提供的本发明提供的一种多通道直流电弧检测电路的结构示意图，该电路包括多个电流采样电路100、多个调理电路200和微处理器300。

其中，电流采样电路100用于对各通道电流进行电流采样，输出电流的电流采样信号；

调理电路200用于对各通道电流采样信号进行滤波、放大处理后供微处理器分析；

在本发明的实施例中，调理电路200为二阶无限增益电路，其作用为：对采样信号进行滤波以及对电弧特征频率进行放大处理，可以使用带通滤波器、高通滤波器与低通滤波器组合等能实现相同功能的电路进行替换。

微处理器300用于接收各通道调理电路输出的采样信号，并对各通道电流采样信号进行时域分析以及频域分析，并根据分析结果对各通道电弧事件数量进行计数操作；当电弧事件数量的计数结果满足电弧事件阈值时，确定对应通道电流中存在电弧。

区别于现有技术，本发明每个通道的直流电弧检测电路只包括一个电流采样电路100和一个调理电路200，和现有电弧检测电路相比，电弧检测电路简单、成本低；该方案对采样信号进行电弧检测时，采用分层筛选的方法，把采集到的数据进行时域判断，对判定时域故障的数据，送入频域缓冲区中，依次对频域缓冲区中的数据进行频域判断。可以实现对采集到的数据进行实时时域分析，判定时域故障的数据再进行频域分析，可以大大节省单个通道电弧检测时间与计算量，从而实现多通道并行检测。电弧判定通过在一个固定周期内计算时域电弧事件与频域电弧事件的和，来判定电弧事件发生，提升电弧检测的准确性。

请参阅图4，图4为本发明提供的一种多通道直流电弧检测电路的微处理器的结构示意图，该微处理器包括置位模块310、数据获取模块320、数据处理模块330、计数模块340、确定模块350。其中，

置位模块310用于在各通道采集数据之前，将电弧事件数量设置为初始值，在时域频域分析周期大于设定值时，将电弧事件数量设置为初始值；

数据获取模块320用于各通道电流采样的帧信号数据获取、各通道时域数据获取、频域缓冲区数据获取以及频域数据；具体为：

各通道采集数据获取，微处理器300实时对各通道直流电弧检测电路输出的电流采样信号进行连续采样，得到多个连续的采样点，对所述采样点进行等长度截取，得到多个帧数据。

各通道时域数据获取，微处理器300实时扫描、判断各通道采集的帧数据是否完整，若完整，把帧数据转移到对应通道时域数据处理空间。判断帧数据完整说明：根据对采样点的截取长度判断帧数据的完整性。

频域缓冲区数据获取，频域缓冲区数据获取由入队调度、频域缓冲区、出队调度三部分组成。入队调度，微处理器300实时检测各通道时域数据判定结果，根据各通道时域数据故障发生的先后顺序，根据先后顺序，依次把各通道时域数据转移到频域缓冲区中；频域缓冲区，在内存中开辟一个二维数组，存放各通道时域故障的数据，二维数组的行：表示存放各通道时域数据的个数，二维数组的列：表示每个时域数据的大小； 出队调度，根据各通道时域故障数据放入频域缓冲区的先后顺序，根据先后顺序，依次把各通道时域数据转移到频域缓冲区中。

频域数据获取，微处理器300实时检测频域缓冲区数据，当检测到频域缓冲区中有数据时，频域数据空间根据出队调度获取频域缓冲区中的数据。

数据处理模块330包括第一判别模块331、第二判别模块332、第三判别模块333、第四判别模块334，数据处理模块330用于各通道时域数据处理、频域数据处理，具体为：

各通道时域数据处理，通过第一判别模块331和第二判别模块332对各个通道的时域数据进行分析，当第一判别模块331计算结果大于第一阈值或第二判别模块332计算结果大于第二阈值时，确定该帧数据时域故障。第一判别模块331根据公式

计算所述帧数据中的峰峰值，式中

为所述帧数据的峰峰值，

为所述帧数据的最大值，

为所述帧数据的最小值。 第二判别模块332根据公式

计算所述帧数据的标准差，式中σ为所述帧数据的标准差，N为所述帧数据的数据个数，k为所述帧数据对应的数据下标，

为所述帧数据的平均值。

频域数据处理，对频域数据进行快速傅里叶变换，得到各个频率的幅值，通过第三判别模块333和第四判别模块334对各个频率幅值进行分析，当第三判别模块333计算结果大于第三阈值或第四判别模块334计算结果大于第四阈值时，确定该帧数据频域故障。第三判别模块333根据公式

计算所述频域数据的谐波能量，式中W为所述频域数据的谐波能量，k为所述频域数据对应的频率下标，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值；第四判别模块334或，根据公式

计算所述频域数据的幅值方差，式中X为所述频域数据的幅值方差，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值，

为所述频域数据幅值平均值。

计数模块340用于根据时域数据处理结果和频域数据处理结果对电弧事件的数量进行计数，具体为：在时域频域分析周期内，计算时域电弧事件与频域电弧事件的和，时域电弧事件为时域故障次数与权重的乘积，频域电弧事件为频域故障次数与权重的乘积。时域频域分析周期即为电弧检测窗口时间，根据时域故障判定速度、频域故障判定速度共同决定。

确定模块350用于当电弧事件的数量大于电弧事件阈值时，确定电流中存在电弧。

请参阅图5，图5为本发明提供的一种多通道直流电弧检测电路的数据获取模块的工作流程示意图，具体数据获取如上所述，此处不多赘述。

图6是本发明实施例提供的电子设备的硬件结构示意图，如图6所示，该电子设备400包括：

一个或多个处理器401以及存储器402，图6中以一个处理器401为例。

处理器401和存储器402可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

存储器402作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块。处理器401通过运行存储在存储器402中的非易失性软件程序、指令以及单元，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的一种多通道直流电弧检测方法。

存储器402可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据电子设备使用所创建的数据等。此外，存储器402可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器402可选包括相对于处理器401远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述一个或者多个单元存储在所述存储器402中，当被所述一个或者多个处理器401执行时，执行上述任意方法实施例中的一种多通道直流电弧检测方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤S100至步骤S700或图2中方法S110至步骤S720。

上述电子设备可执行本发明实施例所提供的一种多通道直流电弧检测方法，具备执行方法相应的程序模块和有益效果。未在电子设备实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的一种多通道直流电弧检测方法。

本发明实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，该非易失性计算机可读存储介质可以是上述实施例中描述的设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该设备中。上述非易失性计算机可读存储介质承载有一个或者多个程序，当上述一个或者多个程序被执行时，实现本公开实施例的方法。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (14)

1.一种多通道直流电弧检测方法，其特征在于，包括：

对待检测电流进行电流采样，获取帧数据；

在固定周期内对帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障，若所述帧数据时域故障，则时域故障次数加1；

设置频域缓冲区，按照时域故障发生的前后顺序，将时域故障的帧数据转移到频域缓冲区中，获取频域数据；

对所述频域数据进行频域分析，判断所述频域数据是否频域故障，若所述频域数据频域故障，则频域故障次数加1；

在时域频域分析周期内，计算电弧事件，所述电弧事件为时域电弧事件与频域电弧事件的和，所述时域电弧事件为所述时域故障次数与时域权重的乘积，所述频域电弧事件为所述频域故障次数与频域权重的乘积，所述时域故障次数与所述频域故障次数独立计算，所述时域故障次数大于或等于所述频域故障次数；

当所述电弧事件的值大于电弧事件阈值时，则判定所述待检测电流中存在电弧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

在各通道进行电流采集前，将电弧事件数量设置为初始值；

在时域频域分析周期大于设定值时，将电弧事件数量设置为初始值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对待检测电流进行电流采样，获取帧数据，包括：

对各通道电流进行实时采集，输出电流信号；

对所述电流信号进行信号放大和滤波处理；

对经过放大和滤波的电流信号进行连续采样，得到多个连续的采样点；

对所述采样点进行等长度截取，得到多个帧数据。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在固定周期内对帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障，若所述帧数据时域故障，则时域故障次数加1包括：

根据对采样点的截取长度判断帧数据的完整性；

若所述帧数据完整，在固定周期内对所述帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障；

若所述帧数据时域故障，则时域故障次数加1。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述在固定周期内对所述帧数据进行时域分析，判断所述帧数据是否时域故障，包括：

根据公式

计算所述帧数据中的峰峰值，式中

为所述帧数据的峰峰值，

为所述帧数据的最大值，

为所述帧数据的最小值，当所述峰峰值大于第一阈值时，判定该帧数据时域故障；

或，根据公式

计算所述帧数据的标准差，式中σ为所述帧数据的标准差，N为所述帧数据的数据个数，k为所述帧数据对应的数据下标，

为所述帧数据的平均值，当所述标准差大于第二阈值时，判定该帧数据时域故障。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取频域数据包括：

实时检测频域缓冲区数据；

当检测到频域缓冲区中有数据时，根据各通道时域故障数据放入频域缓冲区的先后顺序，获取频域缓冲区中的数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述频域数据进行频域分析，判断所述频域数据是否频域故障，包括：

对频域数据进行快速傅里叶变换，得到各个频率的幅值；

根据公式

计算所述频域数据的谐波能量，式中W为所述频域数据的谐波能量，k为所述频域数据对应的频率下标，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值，当所述谐波能量大于第三阈值时，判定所述频域数据频域故障；

或，根据公式

计算所述频域数据的幅值方差，式中X为所述频域数据的幅值方差，s为所述频域数据对应的电弧特征起始频率，l为所述频域数据对应的电弧特征频率个数，

为所述频域数据对应频率幅值，

为所述频域数据幅值平均值，当所述幅值方差大于第四阈值时，判定所述频域数据频域故障。

8.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述时域权重和所述频域权重的系数以时域电弧检测函数调用周期、频域电弧检测函数调用周期的比值作为参考。

9.根据权利要求1-7任一项所述的方法，其特征在于，所述时域权重和所述频域权重的系数还可以通过计算时域电弧事件、频域电弧事件在电弧检测窗口之间内的计算次数，结合所述电弧事件阈值，适当调整得到。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电弧事件阈值是通过实验，总结出在电弧发生时的时域电弧事件和频域电弧事件，由此选取出的故障次数。

11.一种多通道直流电弧检测电路，其特征在于，包括：

电流采样电路，用于对各通道电流进行电流采样，输出电流的电流采样信号；

调理电路，用于对各通道电流采样信号进行滤波、放大处理后供微处理器分析；

微处理器，用于接收各通道调理电路输出的采样信号，并对各通道电流采样信号进行时域分析以及频域分析，并根据分析结果对各通道电弧事件数量进行计数操作；

设置频域缓冲区，按照时域故障发生的前后顺序，将时域故障的帧数据转移到频域缓冲区中，获取频域数据；

所述各通道电弧事件数量为各通道时域电弧事件与频域电弧事件的和；

当所述电弧事件数量的计数结果满足电弧事件阈值时，确定对应通道电流中存在电弧。

12.根据权利要求11所述的检测电路，其特征在于，所述微处理器包括置位模块、数据获取模块、数据处理模块、计数模块、确定模块，其中，

所述置位模块用于在各通道采集数据之前，将电弧事件数量设置为初始值，在时域频域分析周期大于设定值时，将电弧事件数量设置为初始值；

所述数据获取模块用于各通道电流采样的帧信号数据获取、各通道时域数据获取、频域缓冲区数据获取以及频域数据；

所述数据处理模块用于各通道时域数据处理、频域数据处理；

所述计数模块用于根据时域数据处理结果和频域数据处理结果对电弧事件的数量进行计数；

所述确定模块用于当电弧事件的数量大于电弧事件阈值时，确定电流中存在电弧。

13.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-10的任一项所述的方法。

14.一种非易失性计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，可使得所述一个或多个处理器执行权利要求1至10任意一项所述的一种多通道直流电弧检测方法。

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