CN114755533B - 一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法及系统 - Google Patents

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CN114755533B CN202210667987.7A CN202210667987A CN114755533B CN 114755533 B CN114755533 B CN 114755533B CN 202210667987 A CN202210667987 A CN 202210667987A CN 114755533 B CN114755533 B CN 114755533B
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Abstract

本发明公开一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法及系统，方法包括：根据相位筛选窗对电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率；若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则认为该检测周波波形发生了串联电弧故障。解决了无法区分正常谐波畸变以及难以确定故障特征频段的问题，能够有效实现与高次谐波线路压降的区分，对负荷类型适用面广。

Description

一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法及系统
技术领域
本发明属于电气工程测量技术领域，尤其涉及一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法及系统。
背景技术
电弧故障是低压配电线路的常见故障，包括并联电弧故障和串联电弧故障。其中，并联电弧故障由导线间绝缘受损引发，其本质为电弧性短路，因此其通常具有较大的故障电流，该故障相对来说比较容易检测；串联电弧故障由接线端子松动、导线接触不良或施工过程引起的导体受损引发，与并联电弧故障相比，串联电弧故障由于故障电流较小，因此其引发电气火灾的速度要慢于并联电弧故障，但此类故障通常具有连续性发生的特点，且仅需20V的电压即可使其周期性重燃，由于电弧本质上是电压击穿空气的电离放电现象，因此电弧故障点的温度极高，0.5A电流的电弧中心温度即可达到2000~3000℃，因此，若此类故障持续性存在，将导致导线绝缘层受热分解且最终引发火灾，若电弧故障点周围存在易燃物，其危害性则更加紧迫。
现有技术中，各种电流检测方法本质均是通过检测故障电流的零休畸变、高频、谐波等特征进行检测，就检测效果而言，无论是使用单特征还是多特征融合的方法，均难以适用于多种负荷，尤其是目前大量非线性负荷的出现，其负载电流完全可能具有与线性负载发生串联电弧故障相同或相似的电流波形特征；此外，部分电流故障特征（如谐波含量）还会受到负载功率的影响；部分负载启动时也具有串联故障电弧具有的电流特征，从而引发误判；部分负载如电弧焊机、有刷电机工作时产生的电弧及插拔插座时产生的电弧存在与串联型故障电弧相似的故障特征，增加了串联型故障电弧的检测难度；对于电弧电流很小的弱串联电弧故障，其电流波形中的故障特征量往往没有明显表现，致使该类故障更加难以检测；现有的基于多特征的判据设计或基于神经网络的特征融合方法，其实际效果也难以适用于多种负荷，大量研究文献所提及的高检测准确率也仅仅适用于其选定的训练用负荷，对未知负荷而言，上述算法的泛化能力仍需要再研究。
在利用负荷端电压的检测方法中，均是利用了故障点电弧电压熄弧-起弧的电压变化沿对负荷端电压产生的故障畸变点来进行检测，实际系统中，高次谐波压降也可对负荷端电压产生畸变点，其故障特征可能与电弧电压产生的故障畸变点相近，因此易造成误判；此外，电弧电压熄弧-起弧过程形成的电压变化沿还与负荷类型和线路参数有关，致使故障畸变点的有效故障特征处于不同频段，使上述算法在应用中存在难以确定故障特征频段的问题。
发明内容
本发明提供一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法及系统，用于解决无法区分正常谐波畸变以及难以确定故障特征频段的技术问题。
第一方面，本发明提供一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法，包括：以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值；若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角；根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形；基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形；获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列；根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率；判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值；若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
第二方面，本发明提供一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统，包括：第一判断模块，配置为以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值；获取模块，配置为若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角；构建模块，配置为根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形；消除模块，配置为基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形；生成模块，配置为获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列；提取模块，配置为根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率；第二判断模块，配置为判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值；输出模块，配置为若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
第三方面，提供一种电子设备，其包括：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本发明任一实施例的基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法的步骤。
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行本发明任一实施例的基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法的步骤。
本申请的基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法及系统，具体以下有益效果：
1、利用故障点下游监测点电压的位置、极性、幅值和变化速率信息提取故障特征量，能够实现与谐波压降的有效区分，有效避免了误判，提高了检测的准确度；
2、对监测点电压以周波为单位，通过构建理想基波电压进行波形差分运算达到了消除其基波成分的目的，相比与现有设计的基波陷波器实现消除基波成分具有更快的运算速度；
3、以电压变化方向相同为跟踪依据，实现了对电压上升沿、电压下降沿的跟踪。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法的流程图；
图2为本发明一具体实施例提供的串联电弧故障等效电路图；
图3本发明一具体实施例提供的特征提取过程及结果的示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统的结构框图；
图5是本发明一实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，其示出了本申请的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法的流程图。
如图1所示，基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法具体以下步骤：
步骤S101，以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值。
具体地，为降低装置的运算量，使用电压畸变系数是否越限作为检测方法的启动条件。串联电弧故障发生时通常具有连续性发生特点，因此，在检测方法启动后，对波形进行1s录波，该1s录波波形也即被识别对象。
需要说明的是，计算电压畸变系数的表达式为：
Figure 684231DEST_PATH_IMAGE001
，
式中，
Figure 663688DEST_PATH_IMAGE002
为电压畸变系数，
Figure 240163DEST_PATH_IMAGE003
为监测点电压的基波成分有效值，
Figure 369793DEST_PATH_IMAGE004
为监测点电 压周波信号的真有效值。
步骤S102，若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角。
步骤S103，根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形。
具体地，实际系统中，监测点的数据采集存在相位误差累积，且电网频率存在一定波动，对监测点电压的特定相位区进行定位应以周波为单位。
需要说明的是，构建各个电压周波的子相位筛选窗的表达式为：
Figure 747947DEST_PATH_IMAGE005
，
式中，
Figure 367147DEST_PATH_IMAGE006
为第i个电压周波的第n个采样点的子相位筛选窗，
Figure 493235DEST_PATH_IMAGE007
第i个 电压周波的基波初相角，
Figure 488873DEST_PATH_IMAGE008
为每个电压周波采样点数，
Figure 892173DEST_PATH_IMAGE009
为第n个采样点的长度为N 的矩形脉冲序列，
Figure 183739DEST_PATH_IMAGE010
为第n个采样点的相位归一化的特定相位区数据筛选窗，
Figure 797123DEST_PATH_IMAGE011
为
Figure 596452DEST_PATH_IMAGE010
以
Figure 916574DEST_PATH_IMAGE008
为周期的周期延拓序列，
Figure 80840DEST_PATH_IMAGE012
为对运算结果取整运 算；
其中，构建相位归一化的特定相位区数据筛选窗
Figure 608949DEST_PATH_IMAGE010
的表达式为：
Figure 743127DEST_PATH_IMAGE013
，
式中，
Figure 183335DEST_PATH_IMAGE014
为设定的特定相位区。一般来说，0.8~1的功率因数可以涵盖绝大多 数负荷类型，因此特定相位区可使用
Figure 987343DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 309740DEST_PATH_IMAGE016
区域。
构建各个电压周波的子基波波形的表达式为：
Figure 857396DEST_PATH_IMAGE017
，
式中，
Figure 620953DEST_PATH_IMAGE018
为第i个电压周波的第n个采样点的子基波波形，
Figure 487540DEST_PATH_IMAGE019
为第i个电 压周波的基波幅值，
Figure 907020DEST_PATH_IMAGE020
为第i个电压周波的基波初相角，
Figure 383001DEST_PATH_IMAGE021
为监测点电压的采样频率，
Figure 204326DEST_PATH_IMAGE008
为每个电压周波采样点数。
步骤S104，基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形。
在本实施例中，为突出电弧电压变化沿的故障特征，以周波为单位，利用差分运算消除预设长度录波波形中的基波波形，得到差分波形，即第一预设长度录波波形。
步骤S105，获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列。
在本实施例中，以电压变化方向相同为跟踪依据，根据各同向变化电压的初始值和结束值，跟踪计算第一预设长度录波波形全相位域的电压变化沿幅值，生成电压变化沿幅值序列，各电压变化沿的幅值计算方法如下：
Figure 740350DEST_PATH_IMAGE022
，
式中，
Figure 647126DEST_PATH_IMAGE023
为第一预设长度录波波形中第
Figure 395639DEST_PATH_IMAGE024
个电压变化沿的电压变化沿 幅值，
Figure 337050DEST_PATH_IMAGE025
为生成电压变化沿幅值序列，
Figure 545440DEST_PATH_IMAGE026
为第
Figure 939512DEST_PATH_IMAGE024
个电压变化沿的起始采样点序号，
Figure 757296DEST_PATH_IMAGE027
为第
Figure 287634DEST_PATH_IMAGE024
个电压变化沿的采样点数量，
Figure 165460DEST_PATH_IMAGE028
为消除基波波形的第一预设长度录波波形的电 压变化沿数量；
构建表征各电压变化沿速率的电压变化率序列，各电压变化沿的电压变化率计算方法如下：
Figure 46829DEST_PATH_IMAGE029
，
式中，
Figure 668303DEST_PATH_IMAGE030
为第一预设长度录波波形中第
Figure 318727DEST_PATH_IMAGE024
个电压变化沿的电压变化率，
Figure 773979DEST_PATH_IMAGE023
为第一预设长度录波波形中第
Figure 768742DEST_PATH_IMAGE024
个电压变化沿的电压变化沿幅值，
Figure 803694DEST_PATH_IMAGE027
为第
Figure 698838DEST_PATH_IMAGE024
个电压变化沿的采样点数量，
Figure 528254DEST_PATH_IMAGE028
为消除基波波形的第一预设长度录波波形的电压变化沿 数量。
步骤S106，根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率。
在本实施例中，利用各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成的所述预设长度录波波形的相位筛选窗对电压变化沿幅值序列和电压变化率序列的特定相位区进行电压变化沿特征提取，以各特定相位区内对应极性的变化沿幅值最大为选择依据，利用该幅值及对应的电压变化率构建该特定相位区的二维特征向量：
Figure 508848DEST_PATH_IMAGE031
，
式中，
Figure 81912DEST_PATH_IMAGE032
为第
Figure 565983DEST_PATH_IMAGE033
个特定相位区的最大电压变化沿幅值，
Figure 831879DEST_PATH_IMAGE034
为第
Figure 535655DEST_PATH_IMAGE033
个 特定相位区的最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率。
步骤S107，判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值。
具体地，以整周波为单位，选择上升沿或下降沿为识别对象，构建判据如下：
Figure 177989DEST_PATH_IMAGE035
，
式中，
Figure 782146DEST_PATH_IMAGE036
为第i个电压周波，
Figure 15681DEST_PATH_IMAGE037
为表征电压变化沿幅值的设定阈值，
Figure 580654DEST_PATH_IMAGE038
为表 征电压变化沿变化速率的设定阈值。考虑到阈值设置的一般性，
Figure 885734DEST_PATH_IMAGE037
使用40V，
Figure 219763DEST_PATH_IMAGE038
使用4V/ 点(针对10kHz采样率)。
步骤S108，若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
综上，本申请的方法，通过用位置、极性、幅值、变化速率四个特征直接识别故障点电弧电压的电压变化沿存在为目的，避免了上述电压检测方法中存在的无法区分正常谐波畸变、难以确定故障特征频段的问题，该方法具有明确的物理意义，且能够有效实现与高次谐波线路压降的区分，对负荷类型适用面广，是一种电力物联网背景下的应用于智能电表、智能配电终端、智能插座下的新型检测方法。
如图2所示，线路发生串联电弧故障时，下游监测点电压为：
Figure 952096DEST_PATH_IMAGE039
，
其中，
Figure 4366DEST_PATH_IMAGE040
为t时刻的下游检测点电压，
Figure 349021DEST_PATH_IMAGE041
为t时刻的线路阻抗压降，
Figure 803137DEST_PATH_IMAGE042
为t时刻的电弧电压，
Figure 440791DEST_PATH_IMAGE043
为电源电压，也即配电变压器的二次侧相电压。
Figure 980357DEST_PATH_IMAGE044
,
式中，
Figure 627239DEST_PATH_IMAGE045
为t时刻的电流，
Figure 935861DEST_PATH_IMAGE046
为
Figure 9996DEST_PATH_IMAGE047
与
Figure 771278DEST_PATH_IMAGE048
的和，
Figure 893955DEST_PATH_IMAGE047
、
Figure 683182DEST_PATH_IMAGE048
分别为第一电阻和第二 电阻，
Figure 803585DEST_PATH_IMAGE049
为
Figure 442376DEST_PATH_IMAGE050
和
Figure 306427DEST_PATH_IMAGE051
的和，
Figure 183116DEST_PATH_IMAGE050
、
Figure 740000DEST_PATH_IMAGE051
分别为第一电感和第二电感。
在一个具体实施例中，图3为本方法用于图2所示电路的测试结果，以负荷端电压作为电压监测点。负荷使用电暖气，虚线左、右波形分别为故障前、后的负荷端电压及检测结果。可以看出，通过生成理想基波电压消除负荷端电压的基波成分后，原故障点的电弧电压变化沿得到了有效复现；以电压变化方向一致为跟踪原则，对整个录波数据进行特征变化沿跟踪后，故障前的谐波压降变化沿与故障后的电弧电压变化沿有一定区分度，但总体来看特征区分度不够明显；使用相位筛选窗对特定相位区间、特定极性进行选择后，该特定区域内的变化沿幅值、变化速率在故障前后则有明显的区分度。
从阈值选择看，由于实际负荷的功率因数范围、正负半波燃弧压降差、变化速率均具有明确的选择依据，因此本文方法对电弧电压变化沿的识别具有很高的准确性；此外，对线路压降来说，其谐波压降不会同时具备高幅值、高变化速率的特征，因此可以有效避免谐波压降对本方法的误判。
从应用角度看，设置在负荷侧的监测点可以通过目前的智能插座实现；此外，本方法还可以作为目前智能电表、低压智能监测终端已有功能的辅助功能。
请参阅图4，其示出了本申请的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统的结构框图。
如图4所示，电弧故障检测系统200，包括第一判断模块210、获取模块220、构建模块230、消除模块240、生成模块250、提取模块260、第二判断模块270以及输出模块280。
其中，第一判断模块210，配置为以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值；获取模块220，配置为若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角；构建模块230，配置为根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形；消除模块240，配置为基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形；生成模块250，配置为获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列；提取模块260，配置为根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率；第二判断模块270，配置为判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值；输出模块280，配置为若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
应当理解，图4中记载的诸模块与参考图1中描述的方法中的各个步骤相对应。由此，上文针对方法描述的操作和特征以及相应的技术效果同样适用于图4中的诸模块，在此不再赘述。
在另一些实施例中，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述任意方法实施例中的基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法；
作为一种实施方式，本发明的计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，计算机可执行指令设置为：
以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值；
若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角；
根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形；
基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形；
获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列；
根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率；
判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值；
若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
计算机可读存储介质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基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统的使用所创建的数据等。此外，计算机可读存储介质可以包括高速随机存取存储器，还可以包括存储器，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，计算机可读存储介质可选包括相对于处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统。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。
图5是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：一个处理器310以及存储器320。电子设备还可以包括：输入装置330和输出装置340。处理器310、存储器320、输入装置330和输出装置340可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。存储器320为上述的计算机可读存储介质。处理器310通过运行存储在存储器320中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法。输入装置330可接收输入的数字或字符信息，以及产生与基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统的用户设置以及功能控制有关的键信号输入。输出装置340可包括显示屏等显示设备。
上述电子设备可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本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方法。
作为一种实施方式，上述电子设备应用于基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统中，用于客户端，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够：
以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值；
若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角；
根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形；
基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形；
获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列；
根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率；
判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值；
若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法，其特征在于，包括：
以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值；
若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角；
根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形；
基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形；
获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列，其中，计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE002
为第一预设长度录波波形中第
Figure DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的电压变化沿幅值，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为电压变化方向相同的电压结束值，
Figure DEST_PATH_IMAGE005
为电压变化方向相同的起始值，
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 117840DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的起始采样点序号，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 129921DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的采样点数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为消除基波波形的第一预设长度录波波形的电压变化沿数量；
计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化率的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为第一预设长度录波波形中第
Figure 971975DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的电压变化率，
Figure 101605DEST_PATH_IMAGE002
为第一预设长度录波波形中第
Figure 650398DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的电压变化沿幅值，
Figure 331915DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 333369DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的采样点数量，
Figure 266690DEST_PATH_IMAGE008
为消除基波波形的第一预设长度录波波形的电压变化沿数量；
根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率，其中，特定相位区为故障支路的功率因数在0.8-1时的
Figure DEST_PATH_IMAGE011
区域和
Figure DEST_PATH_IMAGE012
区域；
判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值；
若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
2.根据权利要求1所述的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法，其特征在于，其中，所述预设长度录波波形为1s录波波形。
3.根据权利要求1所述的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法，其特征在于，其中，计算电压畸变系数的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为电压畸变系数，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为监测点电压的基波成分有效值，
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为监测点电压周波信号的真有效值。
4.根据权利要求1所述的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法，其特征在于，构建各个电压周波的子相位筛选窗的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE017
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为第i个电压周波的第n个采样点的子相位筛选窗，
Figure DEST_PATH_IMAGE019
第i个电压周波的基波初相角，
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为每个电压周波采样点数，
Figure DEST_PATH_IMAGE021
为第n个采样点的长度为N的矩形脉冲序列，
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为第n个采样点的相位归一化的特定相位区数据筛选窗，
Figure DEST_PATH_IMAGE023
为
Figure 220389DEST_PATH_IMAGE022
以
Figure 948174DEST_PATH_IMAGE020
为周期的周期延拓序列，
Figure DEST_PATH_IMAGE024
为对运算结果取整运算；
其中，构建相位归一化的特定相位区数据筛选窗
Figure 138721DEST_PATH_IMAGE022
的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE025
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE026
为设定的特定相位区。
5.根据权利要求1所述的一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测方法，其特征在于，构建各个电压周波的子基波波形的表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，
式中，
Figure DEST_PATH_IMAGE028
为第i个电压周波的第n个采样点的子基波波形，
Figure DEST_PATH_IMAGE029
为第i个电压周波的基波幅值，
Figure DEST_PATH_IMAGE030
为第i个电压周波的基波初相角，
Figure DEST_PATH_IMAGE031
为监测点电压的采样频率，
Figure 298569DEST_PATH_IMAGE020
为每个电压周波采样点数。
6.一种基于电压变化沿特征识别的电弧故障检测系统，其特征在于，包括：
第一判断模块，配置为以周波为单位判断某一电压周波的电压畸变系数是否大于第一预设阈值；
获取模块，配置为若某一电压周波的电压畸变系数大于第一预设阈值，则获取预设长度录波波形以及所述预设长度录波波形中各个电压周波的基波幅值和基波初相角；
构建模块，配置为根据各个电压周波的基波幅值和基波初相角，分别构建各个电压周波的子相位筛选窗以及各个电压周波的子基波波形，并将各个电压周波的子相位筛选窗级联使构成所述预设长度录波波形的相位筛选窗，以及将电压各个电压周波的子基波波形级联使构成所述预设长度录波波形的基波波形；
消除模块，配置为基于差分运算整体消除所述预设长度录波波形中的所述基波波形，使得到消除所述基波波形的第一预设长度录波波形；
生成模块，配置为获取所述第一预设长度录波波形中电压变化方向相同的电压初始值和电压结束值，并根据所述电压初始值以及所述电压结束值计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值以及电压变化率，使生成电压变化沿幅值序列以及电压变化率序列，其中，计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化沿幅值的表达式为：
Figure 556375DEST_PATH_IMAGE001
，
式中，
Figure 845274DEST_PATH_IMAGE002
为第一预设长度录波波形中第
Figure 821321DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的电压变化沿幅值，
Figure 830865DEST_PATH_IMAGE004
为电压变化方向相同的电压结束值，
Figure 208757DEST_PATH_IMAGE005
为电压变化方向相同的起始值，
Figure 402978DEST_PATH_IMAGE006
为第
Figure 866320DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的起始采样点序号，
Figure 679555DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 505429DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的采样点数量，
Figure 11496DEST_PATH_IMAGE008
为消除基波波形的第一预设长度录波波形的电压变化沿数量；
计算所述第一预设长度录波波形中电压变化沿的电压变化率的表达式为：
Figure 696556DEST_PATH_IMAGE009
，
式中，
Figure 930791DEST_PATH_IMAGE010
为第一预设长度录波波形中第
Figure 17696DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的电压变化率，
Figure 694665DEST_PATH_IMAGE002
为第一预设长度录波波形中第
Figure 867020DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的电压变化沿幅值，
Figure 146692DEST_PATH_IMAGE007
为第
Figure 353682DEST_PATH_IMAGE003
个电压变化沿的采样点数量，
Figure 201553DEST_PATH_IMAGE008
为消除基波波形的第一预设长度录波波形的电压变化沿数量；
提取模块，配置为根据所述相位筛选窗对所述电压变化沿幅值序列的某一特定相位区以及所述电压变化率序列的某一特定相位区分别进行电压变化沿特征提取，使得到某一特定相位区的最大电压变化沿幅值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率，其中，特定相位区为故障支路的功率因数在0.8-1时的
Figure 126783DEST_PATH_IMAGE011
区域和
Figure 944567DEST_PATH_IMAGE012
区域；
第二判断模块，配置为判断某一特定相位区的最大电压变化沿幅值是否小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率是否小于第三预设阈值；
输出模块，配置为若某一特定相位区的最大电压变化沿幅值不小于第二预设阈值以及与所述最大电压变化沿幅值相对应的电压变化率不小于第三预设阈值，则所述预设长度录波波形中的某一电压周波发生故障。
7.一种电子设备，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至5任一项所述的方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现权利要求1至5任一项所述的方法。
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