基于二维数据的交流串联故障电弧稳健预警方法及系统

本发明涉及电气火灾监测预警，特别是指一种基于二维数据的交流串联故障电弧稳健预警方法及系统。

背景技术：

1、配电线路起火是电气火灾发生的重要原因，每年有超过40％的电气火灾是由电气线路引发的。其中由于端子松脱、绝缘破损及导体损伤引发的电弧故障是配电线路起火的诱因之一。

2、根据电弧故障发生情况的不同，电弧故障又可分为串联电弧故障和并联电弧故障。在并联电弧故障中，电流仅受限于电弧阻抗，电流大小和短路电流接近，大部分过电流保护设备可以将其视作短路故障而动作，同时传感器可以直接检测有普遍特征的电弧电压、电流波形，检测难度较小；而在串联电弧故障中，电流受电弧阻抗和负载阻抗的双重影响，电流一般比负载正常工作电流小，且波形受负载种类的影响较大，传统电路保护设备并不能对其进行有效保护，需要设计专门的串联故障电弧检测方法对线路进行保护。

3、现有的交流串联故障电弧报警装置大多基于单一信号探测，例如：通过利用高灵敏度的电流传感器持续捕获电路中的实时电流变化信息。通过对这些电流数据进行细致的信号处理，提取诸如电流峰值、有效值突变、高频成分增强等特定特征指标。当这些特征超过预设阈值或呈现出故障电弧特有的形态模式时，即可判定存在故障电弧现象；以及通过分析电源处测得的电压波形，识别电弧故障特有的对称能量特征。通过对样本能量计算阈值，能够成功检测出交流电弧故障。但是随着用户侧负载类型的多样化，大量非线性负载接入导致正常工作时的电流也具有类似电弧电流的故障特征，造成现有的串联电弧故障检测方法极易发生误判，基于单一电气信号的故障电弧检测算法已经难以满足对配电线路实现有效保护的需求。

4、目前使用的故障电弧保护方法是使用故障电弧探测器来监测电路中的故障电弧。该方法是当探测线路在1s内发生14个及其以上半周期的故障电弧时，故障电弧探测器发出警报；当被探测线路在1s内发生9个及其以下半周期的故障电弧时，探测器不应发出声、光报警信号和控制信号但以其他方式进行警告。并且故障电弧探测器中故障识别算法多基于电路中的电流信号进行故障电弧识别，但多负载同时工作电流或非线性负载工作电流与故障电弧发生时电流相似，使得基于单一信号的故障电弧探测器的误报率较高。

技术实现思路

1、本发明提供了一种基于二维数据的交流串联故障电弧稳健预警方法及系统，以解决现有的交流串联故障电弧稳健预警技术误报率较高的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种基于二维数据的交流串联故障电弧稳健预警方法，所述基于二维数据的交流串联故障电弧稳健预警方法包括：

4、实时同步采集并分别选取最新更新的待测线路对应的基于电压信号的故障电弧报警数据集和基于电流信号的故障电弧报警数值集；

5、将基于电压信号的故障电弧报警数据集和基于电流信号的故障电弧报警数值集融合，构建出联合报警数据集；

6、对所述联合报警数据集进行稳健估计，得到其稳健中心位置估计值hl；

7、将hl与预设报警阈值进行比较，根据比较结果进行分级报警。

8、进一步地，基于电压信号的故障电弧报警数据集sv表示为：

9、sv＝{x0,x1,…,xn}

10、其中，xi表示采样窗口中第i个半周期时使用基于电压的故障电弧探测器对待测线路中的故障电弧信号进行采集的结果；i＝{0,1,2,…,n}，n表示采集数据点的个数；

11、

12、基于电流信号的故障电弧报警数值集si表示为：

13、si＝{y0,y1,…,yn}

14、其中，yi表示采样窗口中第i个半周期时使用基于电流的故障电弧探测器对待测线路中的故障电弧信号进行采集的结果；i＝{0,1,2,…,n}，n表示采集数据点的个数；

15、

16、进一步地，所述将基于电压信号的故障电弧报警数据集和基于电流信号的故障电弧报警数值集融合，构建出联合报警数据集的融合公式表示为：

17、pi＝xi+yii＝{0,1,2,…,n}

18、其中，pi表示所述联合报警数据集p中的第i个元素。

19、进一步地，对所述联合报警数据集进行稳健估计，得到其稳健中心位置估计值hl，具体为：

20、采用hodges-lehman稳健估计算法，对所述联合报警数据集进行稳健估计，得到其稳健中心位置估计值hl。

21、进一步地，将hl与预设报警阈值进行比较，根据比较结果进行分级报警，包括：

22、定义分级报警阈值r1和r2；其中，r1表示较低报警级别的阈值，r2表示较高报警级别的阈值，且0.5<r1<1；1<r2<1.5；

23、当r2<hl≤2时，表示电气线路中存在故障电弧的情况，需要立即采取紧急应对措施，此时触发一级响应；

24、当r1<hl≤r2时，表示电气线路中可能存在故障电弧的情况，需要立即采取应对措施，此时触发二级响应；

25、当0<hl≤r1时，表示电气线路中可能存在设备的老化或连接问题，建议及时检测和解决这些问题，此时触发三级响应；

26、当hl＝0时，表示未检测到故障电弧，此时不触发报警。

27、另一方面，本发明还提供了一种基于二维数据的交流串联故障电弧稳健预警系统，所述基于二维数据的交流串联故障电弧稳健预警系统包括：

28、数据采集模块，用于实时同步采集并分别选取最新更新的待测线路对应的基于电压信号的故障电弧报警数据集和基于电流信号的故障电弧报警数值集；

29、数据融合模块，用于将所述数据采集模块采集的基于电压信号的故障电弧报警数据集和基于电流信号的故障电弧报警数值集融合，构建出联合报警数据集；

30、稳健估计模块，用于对所述数据融合模块构建出的联合报警数据集进行稳健估计，得到其稳健中心位置估计值hl；

31、分级报警模块，用于将所述稳健估计模块计算出的hl与预设报警阈值进行比较，根据比较结果进行分级报警。

32、进一步地，基于电压信号的故障电弧报警数据集sv表示为：

33、sv＝{x0,x1,…,xn}

34、其中，xi表示采样窗口中第i个半周期时使用基于电压的故障电弧探测器对待测线路中的故障电弧信号进行采集的结果；i＝{0,1,2,…,n}，n表示采集数据点的个数；

35、

36、基于电流信号的故障电弧报警数值集si表示为：

37、si＝{y0,y1,…,yn}

38、其中，yi表示采样窗口中第i个半周期时使用基于电流的故障电弧探测器对待测线路中的故障电弧信号进行采集的结果；i＝{0,1,2,…,n}，n表示采集数据点的个数；

39、

40、进一步地，所述数据融合模块将基于电压信号的故障电弧报警数据集和基于电流信号的故障电弧报警数值集融合的融合公式表示为：

41、pi＝xi+yii＝{0,1,2,…,n}

42、其中，pi表示所述联合报警数据集p中的第i个元素。

43、进一步地，所述稳健估计模块具体用于：

44、采用hodges-lehman稳健估计算法，对所述联合报警数据集进行稳健估计，得到其稳健中心位置估计值hl。

45、进一步地，所述分级报警模块具体用于：

46、定义分级报警阈值r1和r2；其中，r1表示较低报警级别的阈值，r2表示较高报警级别的阈值，且0.5<r1<1；1<r2<1.5；

47、当r2<hl≤2时，表示电气线路中存在故障电弧的情况，需要立即采取紧急应对措施，此时触发一级响应；

48、当r1<hl≤r2时，表示电气线路中可能存在故障电弧的情况，需要立即采取应对措施，此时触发二级响应；

49、当0<hl≤r1时，表示电气线路中可能存在设备的老化或连接问题，建议及时检测和解决这些问题，此时触发三级响应；

50、当hl＝0时，表示未检测到故障电弧，此时不触发报警。

51、再一方面，本发明还提供了一种电子设备，其包括处理器和存储器；其中，存储器中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行，以实现上述方法。

52、又一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述指令由处理器加载并执行，以实现上述方法。

53、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

54、本发明综合运用稳健估计、阈值比较和数据处理等技术手段，构建出了具有高精度、高稳定性和高可靠性的二维故障电弧监测方案。本发明的方案根据二维数据采用hodges-lehman estimate法对故障电弧进行稳健性计算，可实现误报率降低、提高预警系统稳健性的目的。且本发明方案采用数学模型对采集的实时故障电弧报警信息进行处理和分析，可以根据监测目标的特点调整相关参数，以达到系统最佳的监测和报警效果。可用于提高系统对于故障电弧检测的精度和稳健性，有利于避免故障电弧探测器对非线性负载工作电流的误报。