本发明涉及电弧故障检测技术领域，具体涉及一种电弧故障检测的方法及系统。
背景技术：
随着电力电子技术的发展，故障电弧是引起电气火灾的重要原因，低压供电线路绝缘老化、接线端子松脱、接地故障等原因容易引起故障电弧，故障电弧伴生局部高温，极易引发电气火灾事故，根据电弧与负载的关系，故障电弧可分为串联型与并联型两类，由于串联故障电弧与负载相串联，其电弧电流通常小于线路正常工作电流，常用的线路保护装置(如断路器、剩余电流保护器等)无法对其进行有效保护，同时，电弧支路电流还可能与正常负载支路电流耦合在一起，造成电弧故障保护方法存在误动作与拒动作的问题，进一步增加了故障电弧检测的难度。
技术实现要素：
因此，本发明提供的一种电弧故障检测的方法及系统，以克服现有电弧故障保护方法中存在误动作与拒动作，从而影响电弧故障检测准确性的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种电弧故障检测的方法，包括：获取原始的电弧支路电流信号；将所述的电弧支路电流信号进行归一化处理；对归一化后的数据进行小波变化，分别提取小波变换后的高频分量和低频分量；根据所述小波变换后的低频分量计算电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti；根据所述电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti判断是否发生故障电弧。
在一实施例中，所述电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti判断是否发生故障电弧的步骤，包括：如果所述的相似度的差值diff_simi超过相似度预设阈值diff_sim_th，将故障特征量累加器cn增加1，当高频小波分量eti超过小波分量预设阈值eth时，将故障特征量累加器cn增加2；如果所述的相似度的差值diff_simi或高频小波分量eti小于对应的相似度预设阈值diff_sim_th与小波分量预设阈值eth时，则将故障特征量累加器cn减1，直至为零；如果所述故障特征量累加器cn超过故障特征量累加器预设阈值cn_th，则判定所述被测电弧发生电弧故障；否则，判定所述被测电弧为正常电弧。
在一实施例中，所述电弧故障检测方法同时适用于单一负载与组合负载。
在一实施例中，所述小波变换的小波基根据归一化后的数据特征选取。
在一实施例中，通过以下公式计算所述电流相似度的余弦值：
其中，ia6ti为第i个电网周期电流经过小波分解后的低频逼近系数，m为低频逼近系数采样点数，i为正整数。
在一实施例中，所述电流相似度的差值为预设时间内所述电弧支路电流相似度余弦值的绝对值的差值。
在一实施例中，所述相似度预设阈值、小波分量预设阈值、故障特征量累加器预设阈值，根据所述电弧支路电流正常时与电弧支路电流故障时的数值范围确定。
第二方面，本发明实施例提供一种电弧故障检测的系统，包括：数据获取模块，用于检测电弧支路的电流信号；归一化处理模块，用于将所述电弧支路电流信号的幅值变为数值范围在[-1,1]内无量纲的数值；小波变换模块，用于提取所述电弧支路电流信号的低频和低频分量；信息处理模块，用于计算所述电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量；检测模块，用于根据所述的电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量与设置的阈值分别进行比较，设置累加器，以检测故障电弧。
第三方面，本发明实施例提供一种检测终端，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执行本发明实施例第一方面所述的电弧故障检测的方法。
第四方面，本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行本发明实施例第一方面所述的电弧故障检测的方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明提供的电弧故障检测的方法，获取原始的电弧支路电流信号，将获取的电弧支路电流信号进行归一化处理，对归一化后的数据进行小波变化，分别提取小波变换后的高频分量和低频分量，根据小波变换后的低频分量计算电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti，相似度的差值diff_simi超过相似度预设阈值diff_sim_th，将故障特征量累加器cn增加1，当高频小波分量eti超过小波分量预设阈值eth时，将故障特征量累加器cn增加2，相似度的差值diff_simi或高频小波分量eti小于对应的相似度预设阈值diff_sim_th与小波分量预设阈值eth时，则将故障特征量累加器cn减1，直至为零，如果故障特征量累加器cn超过故障特征量累加器预设阈值cn_th，则判定所述被测电弧发生电弧故障；否则，判定所述被测电弧为正常电弧，本发明提供的电弧故障检测的方法，综合了高频、低频两个特征量的变化，不会因为一个特征量的变化较大而造成算法的误动作与拒动作，能够准确捕捉电弧故障的发生时刻，准确识别单一负载与组合负载条件下的故障电弧，提高了故障检测的精度。
2、本发明提供的电弧故障检测的系统，包括：用于检测电弧支路的电流信号的数据获取模块，将电弧支路电流信号通过归一化处理模块将幅值变为数值范围在[-1,1]内无量纲的数值，小波变换模块，用于提取电弧支路电流信号的低频和低频分量，根据电流信号的低频和低频分量在信息处理模块计算电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量，通过检测模块将电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量与设置的阈值分别进行比较，设置累加器，以检测故障电弧，本发明提供的电弧故障检测的系统，综合高频、低频两个特征量的变化，防止因为一个特征量的变化较大而造成算法的误动作与拒动作，准确捕捉电弧故障的发生时刻，提高了故障检测的精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的一种电弧故障检测的方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电弧故障检测的系统的模块组成图；
图3为本发明实施例提供的一种电弧故障检测的系统的检测终端一个具体示例的组成图；
图4本发明实施例提供的一种电弧故障检测的系统的检测终端一个具体电弧故障检测终端设备的组成图；
图5本发明实施例提供的一种电弧故障检测的系统的检测终端一个具体电弧故障检测终端设备的设备工作原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供的一种电弧故障检测的方法，可准确识别单一负载与组合负载条件下的故障电弧。如图1所示，该电弧故障检测的方法包括：
步骤s1：获取原始的电弧支路电流信号；
本发明实施例中，原始电弧支路电流信号的获取采用实验或现场进行数据采集，其中，采取实验室获取包括：在软件和硬件上搭建电弧故障实验平台，开展典型线性、非线性负载及其组合条件下故障电弧实验等，仅以此为例，不以此为限，在实际应用中根据检测需求选择相应方式获取检测信号。
步骤s2：将电弧支路电流信号进行归一化处理；
本发明实施例中，归一化处理是将电弧支路电流信号的幅值变为[-1,1]区间内，把电流变为没有量纲的数值，目的是消除负载电流大小的影响，便于更好提取故障特征。
步骤s3：对归一化后的数据进行小波变化，分别提取小波变换后的高频分量和低频分量；
本发明实施例中，选取较为适合间断与突变动态信号检测的dbn小波基函数进行电弧电流特征提取，除n＝1(harr小波)外，dbn小波基函数均没有确定的数学表达式，随着小波阶数n的增大，dbn小波基函数的频带划分能力逐渐增强，但计算量也随之增大，计算实时性降低。考虑到电弧故障检测的实时性要求，小波阶数不宜过大，在此选择db5小波基函数，仅以此为例，不以此为限，在实际应用中根据实际检测需求选择相应小波基函数进行小波变换。
可选地，在本发明的一些实施例中，该电弧故障检测的方法中，小波变换分解层数与故障电弧电流特征频段密切相关，分解层数过多会导致有效信息丢失，而分解层数过少则会引入较多干扰噪声，弱化故障电弧特征，根据各层小波系数对应的频带范围，可以采用6khz～12khz作为故障电弧特征频段，为此选取6层小波分解，仅以此为例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求选择相应小波层数进行相似度计算。“周期相似性”是区分负载正常工作电流与故障电弧电流的有效特征，在电弧故障检测中，可以采用“相似度”对这种相似性进行定量描述，余弦相似度对电流信号小波分解后的低频逼近系数进行相似度计算，逐层滤波分解后的低频逼近系数不仅能够表征电流信号变化趋势，而且还能避免干扰信号的影响，小波变换能够放大电流信号高频的局部特征，有效捕获电弧电流瞬时高频特征。
步骤s4：根据小波变换后的低频分量计算电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti；
本发明实施例中，对于任意两个向量a、b，它们之间的余弦相似度可由该两个向量夹角余弦值表示
其中，m为低频逼近系数采样点数，电流低频逼近系数每个采样点值均参与了相似度计算，因而能够反映相邻周期电流波形的微小差异。为了进一步表征相似度的变化，可以计算相似度的差值。若该差值持续变化，则表示相邻周期波形持续变化，提示线路出现电弧故障的可能性较大，采用相邻相似度的差值以及电流第4层小波能量ed4ti作为电弧特征量进行故障识别。相似度差值记为diff_simi，有
本发明实施例中，可以选取第4层小波系数计算电弧电流高频特征量，其对应频率范围3125hz～6250hz，采用第4层小波能量作为电弧电流高频特征量，设第i个电网周期第4层小波系数为
步骤s5：根据电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti判断是否发生故障电弧。
本发明实施例中，如果相似度的差值diff_simi超过相似度预设阈值diff_sim_th，将故障特征量累加器cn增加1，当高频小波分量eti超过小波分量预设阈值eth时，将故障特征量累加器cn增加2；如果相似度的差值diff_simi或高频小波分量eti小于对应的相似度预设阈值diff_sim_th与小波分量预设阈值eth时，则将故障特征量累加器cn减1，直至为零，这样设计的好处还能使保护算法具有一定的反时限特性，即故障特征量越强，保护动作时间越快，有效防止电气火灾发生。如果故障特征量累加器cn超过故障特征量累加器预设阈值cn_th，则判定被测电弧发生电弧故障；否则，判定所述被测电弧为正常电弧。相似度预设阈值、小波分量预设阈值、故障特征量累加器预设阈值，根据所述电弧支路电流正常时与电弧支路电流故障时的数值范围确定。
可选地，在本发明实施例中，电弧故障检测方法可同时适用于单一负载与组合负载。
本发明实施例的电弧故障检测的方法，将获取的原始电弧支路电流信号进行归一化处理，以消除负载电流大小的影响，更好的提取故障特征，对归一化后的数据选取合适的小波基，进行小波变化，分别提取变化后的高频分量、低频分量，对低频分量和高频分量分别进行相似度分析、高频小波分量分析，将相似度的差值和高频小波分量分别与对应的相似度预设阈值和小波分量预设阈值进行比较，设置比较条件，进行累加器的计算，其中，阈值根据特征量在电流正常时与电流故障时的数值范围不同而确定的，当累加器超过故障特征量累加器预设阈值，则判定所述被测电弧发生电弧故障；否则，判定所述被测电弧为正常电弧，本发明实施例中，综合两个特征量的变化，可以更准确的捕捉电弧故障发生时刻，不会因一个特征量变化较大而造成算法的误动作，可准确识别单一负载与组合负载条件下的故障电弧。
实施例2
本发明实施例提供一种电弧故障检测的系统，如图2所示，包括：
数据获取模块1，用于检测电弧支路的电流信号；此模块执行实施例1中的步骤s1所描述的方法，在此不再赘述。
归一化处理模块2，用于将所述电弧支路电流信号的幅值变为数值范围在[-1,1]内无量纲的数值；此模块执行实施例1中的步骤s2所描述的方法，在此不再赘述。
小波变换模块3，用于提取所述电弧支路电流信号的低频和低频分量；此模块执行实施例1中的步骤s3所描述的方法，在此不再赘述。
信息处理模块4，用于计算所述电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量；此模块执行实施例1中的步骤s4所描述的方法，在此不再赘述。
检测模块5，用于根据所述的电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量与设置的阈值分别进行比较，设置累加器，以检测故障电弧，此模块执行实施例1中的步骤s5所描述的方法，在此不再赘述。
本发明实施例提供一种电弧故障检测的系统，用于检测电弧支路的电流信号的数据获取模块，将电弧支路电流信号通过归一化处理模块将幅值变为数值范围在[-1,1]内无量纲的数值，小波变换模块，用于提取电弧支路电流信号的低频和低频分量，根据电流信号的低频和低频分量在信息处理模块计算电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量，通过检测模块将电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量与设置的阈值分别进行比较，设置累加器，以检测故障电弧，提高了故障检测的精度，降低电弧故障保护方法存在误动作与拒动作的问题。
实施例3
本发明实施例提供一种检测终端，如图3所示，包括：至少一个处理器401，例如cpu(centralprocessingunit，中央处理器)，至少一个通信接口403，存储器404，至少一个通信总线402。其中，通信总线402用于实现这些组件之间的连接通信。其中，通信接口403可以包括显示屏(display)、键盘(keyboard)，可选通信接口403还可以包括标准的有线接口、无线接口。存储器404可以是高速ram存储器(ramdomaccessmemory，易挥发性随机存取存储器)，也可以是非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器404可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器401的存储装置。其中处理器401可以执行实施例1中的电弧故障检测的方法。存储器404中存储一组程序代码，且处理器401调用存储器404中存储的程序代码，以用于执行实施例1中的电弧故障检测的方法。其中，通信总线402可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。通信总线402可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一条线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-accessmemory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatilememory)，例如快闪存储器(英文：flashmemory)，硬盘(英文：harddiskdrive，缩写：hdd)或固降硬盘(英文：solid-statedrive，缩写：ssd)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。其中，处理器401可以是中央处理器(英文：centralprocessingunit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：networkprocessor，缩写：np)或者cpu和np的组合。
其中，存储器404可以包括易失性存储器(英文：volatilememory)，例如随机存取存储器(英文：random-accessmemory，缩写：ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(英文：non-volatilememory)，例如快闪存储器(英文：flashmemory)，硬盘(英文：harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(英文：solid-statedrive，缩写：ssd)；存储器404还可以包括上述种类的存储器的组合。
其中，处理器401可以是中央处理器(英文：centralprocessingunit，缩写：cpu)，网络处理器(英文：networkprocessor，缩写：np)或者cpu和np的组合。
其中，处理器401还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(英文：application-specificintegratedcircuit，缩写：asic)，可编程逻辑器件(英文：programmablelogicdevice，缩写：pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(英文：complexprogrammablelogicdevice，缩写：cpld)，现场可编程逻辑门阵列(英文：field-programmablegatearray，缩写：fpga)，通用阵列逻辑(英文：genericarraylogic,缩写：gal)或其任意组合。
可选地，存储器404还用于存储程序指令。处理器401可以调用程序指令，实现如本申请执行实施例1中的电弧故障检测的方法或实施例2中所述的电弧故障检测的系统。
可选地，在实际应用中，本发明实施例该检测终端设备，如图4所示，电弧故障检测终端设备6，当检测到被保护线路发生电弧故障时，发出脱扣命令，驱动脱口器或其他类似装置切断电路供电，被保护线路中可能出现的电弧故障，包括2a串联电弧故障、2b并联电弧故障与2c接地电弧故障三种类型。
其中，在实际应用中，本发明实施例该检测终端设备工作原理图，如图5所示，该电弧故障检测终端设备6，通过电流传感模块7，如电流互感器、分流器采集电流信号，仅以此为例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求选择相应采集装置进行信号的采集；将采集到的信号在电流信号调理模块8进行微弱信号的滤波以及放大，根据实际需要可以采用滤波电路以及放大电路，仅以此为例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求选择相应电路；将处理后的信号在模数转换模块9，进行模数转换，可以采用独立模数转换芯片或内置于微处理器10的模数转换电路，仅以此为例，不以此为限，在实际应用中根据实际需求选择相应的电路；在微处理器10中执行本申请执行实施例1中的电弧故障检测的方法，当检测到算法识别到故障电弧时，发出脱扣命令，驱动脱扣模块11执行脱扣命令，脱扣模块11通过机械机构带动机械开关12分断，从而切断故障电路，避免电弧故障引起电器火灾，供电模块13，从220v电网获取电路，供电弧故障检测终端设备6内部检测电路工作使用，仅以此为例，不以此为限，在实际应用中根据电弧故障检测终端设备的实际需求进行检测终端设备的设计。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令可执行实施例1中的电弧故障检测的方法或实施例2中所述的电弧故障检测的系统。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
1.一种电弧故障检测的方法，其特征在于，包括：
获取原始的电弧支路电流信号；
将所述的电弧支路电流信号进行归一化处理；
对归一化后的数据进行小波变化，分别提取小波变换后的高频分量和低频分量；
根据所述小波变换后的低频分量计算电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti；
根据所述电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti判断是否发生故障电弧。
2.根据权利要求1所述的电弧故障检测的方法，其特征在于，根据所述电流相似度的差值diff_simi、高频小波分量eti判断是否发生故障电弧的步骤，包括：
如果所述的相似度的差值diff_simi超过相似度预设阈值diff_sim_th，将故障特征量累加器cn增加1，当高频小波分量eti超过小波分量预设阈值eth时，将故障特征量累加器cn增加2；
如果所述的相似度的差值diff_simi或高频小波分量eti小于对应的相似度预设阈值diff_sim_th与小波分量预设阈值eth时，则将故障特征量累加器cn减1，直至为零；
如果所述故障特征量累加器cn超过故障特征量累加器预设阈值cn_th，则判定所述被测电弧发生电弧故障；否则，判定所述被测电弧为正常电弧。
3.根据权利要求1所述的电弧故障检测的方法，其特征在于，所述电弧故障检测方法同时适用于单一负载与组合负载。
4.根据权利要求1所述的电弧故障检测的方法，其特征在于，所述小波变换的小波基根据归一化后的数据特征选取。
5.根据权利要求1所述的电弧故障检测的方法，其特征在于，通过以下公式计算所述电流相似度的余弦值：
其中，ia6ti为第i个电网周期电流经过小波分解后的低频逼近系数，m为低频逼近系数采样点数，i为正整数。
6.根据权利要求1所述的电弧故障检测的方法，其特征在于，所述电流相似度的差值为预设时间内所述电弧支路电流相似度余弦值的绝对值的差值。
7.根据权利要求1所述的电弧故障检测的方法，其特征在于，所述相似度预设阈值、小波分量预设阈值、故障特征量累加器预设阈值，根据所述电弧支路电流正常时与电弧支路电流故障时的数值范围确定。
8.一种电弧故障检测的系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于检测电弧支路的电流信号；
归一化处理模块，用于将所述电弧支路电流信号的幅值变为数值范围在[-1,1]内无量纲的数值；
小波变换模块，用于提取所述电弧支路电流信号的低频和低频分量；
信息处理模块，用于计算所述电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量；
检测模块，用于根据所述的电弧支路电流信号相似度的差值、高频小波能量与设置的阈值分别进行比较，设置累加器，以检测故障电弧。
9.一种检测终端，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执行权利要求1-7任一所述的电弧故障检测的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7任一所述的电弧故障检测的方法。
技术总结