CN118091480A - 一种电源故障检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电源故障检测方法，属于电源故障检测技术领域，本发明采集了A相、B相、C相和中性线的电流或者电压信号，并按信号的峰值谷值位置进行切分，提取上升区间信号和下降区间信号，分别提取上升区间信号的上升特征向量和下降区间信号的下降特征向量，通过上升特征向量和下降特征向量，计算对称系数，用于分析识别和量化信号波形中的不对称性、失真和其他异常情况，并通过中性线信号，计算中性线信号强度系数，用于评估三相电源的不平衡情况，从而综合各相信号的对称系数和中性线信号强度系数，得到三相电源故障值，用于评估三相电源的故障情况，本发明每相信号自身的对称性和中性线信号强度，评估电源故障，提高了检测精度。

Description

一种电源故障检测方法
技术领域
本发明涉及电源故障检测技术领域，具体涉及一种电源故障检测方法。
背景技术
三相电源由于其高效传输交流电能的能力，在工业和现代航空等领域得到了广泛应用。三相电源***的稳定性直接影响到连接设备的正常运行。三相电源***的故障可能包括电压不平衡、过载、短路等。这些故障会导致设备性能下降甚至损坏，因此需要及时检测和处理。传统的三相电源故障检测多采用比较器的模拟电路，通过比较器对相间电压进行比较，得到三相电源的故障情况，但是在比较器的模拟电路中，信号的处理通常伴随着噪声和干扰，这些不利因素可能会对微弱的故障信号产生掩盖作用，导致难以准确检测。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种电源故障检测方法解决了现有电源故障检测方法精度不高的问题。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种电源故障检测方法，包括以下步骤：
S1、采集三相电源的A相信号、B相信号、C相信号和中性线信号，其中信号类型包括：电流和电压；
S2、将每相信号按峰值谷值进行切分，得到上升区间信号和下降区间信号；
S3、提取上升区间信号的上升特征向量和提取下降区间信号的下降特征向量；
S4、根据每相信号对应的上升特征向量和下降特征向量，计算对称系数；
S5、根据中性线信号，计算中性线信号强度系数；
S6、根据各相信号的对称系数和中性线信号强度系数，得到三相电源故障值。
本发明的有益效果为：本发明采集了A相、B相、C相和中性线的电流或者电压信号，并按信号的峰值谷值位置进行切分，提取上升区间信号和下降区间信号，分别提取上升区间信号的上升特征向量和下降区间信号的下降特征向量，通过上升特征向量和下降特征向量，计算对称系数，用于分析识别和量化信号波形中的不对称性、失真和其他异常情况，并通过中性线信号，计算中性线信号强度系数，用于评估三相电源的不平衡情况，从而综合各相信号的对称系数和中性线信号强度系数，得到三相电源故障值，用于评估三相电源的故障情况，本发明相比于现有电源故障检测方法，直接采集了A相信号、B相信号、C相信号和中性线信号，避免采用模拟电路进行故障判断，减少噪声和干扰，同时，综合每相信号自身的对称性和中性线信号强度，评估电源故障，进一步地提高检测精度。
进一步地，所述S3中上升特征向量和下降特征向量中均包括：峰峰值、攀升系数和波形系数。
进一步地，在所述上升区间信号的上升特征向量中峰峰值为上升区间信号中峰值与谷值的差值；
在所述下降区间信号的下降特征向量中峰峰值为下降区间信号中峰值与谷值的差值。
进一步地，在所述上升区间信号的上升特征向量中攀升系数的表达式为：
，其中，θup为上升区间信号的上升特征向量中攀升系数，D为归一化参数，hup,i+1为上升区间信号中第i+1个采样值，hup,i为上升区间信号中第i个采样值，i为正整数，N为采样值的数量，| |为绝对值运算；
在所述下降区间信号的下降特征向量中攀升系数的表达式为：
，其中，θdown为下降区间信号的下降特征向量中攀升系数，hdown,i+1为下降区间信号中第i+1个采样值，hdown,i为下降区间信号中第i个采样值。
上述进一步地方案的有益效果为：本发明根据A、B、C三相信号的特征，在上升区间信号和下降区间信号中根据相邻采样值的差值，计算出攀升系数，体现出各区间信号的信号变化情况。
进一步地，在所述上升区间信号的上升特征向量中波形系数的表达式为：
，其中，γup为上升区间信号的上升特征向量中波形系数，hup,i为上升区间信号中第i个采样值，| |为绝对值运算，i为正整数，N为采样值的数量；
在所述下降区间信号的下降特征向量中波形系数的表达式为：
，其中，γdown为下降区间信号的下降特征向量中波形系数，hdown,i为下降区间信号中第i个采样值。
上述进一步地方案的有益效果为：本发明通过波形系数反映上升区间信号和下降区间信号的整体信号波动情况。
进一步地，所述S4包括以下分步骤：
S41、根据每相信号对应的上升特征向量，计算上升距离系数：
，其中，dup,j为第j个上升距离系数，xup,j为上升特征向量中第j个元素，j的取值范围为1、2、3；
S42、根据每相信号对应的下降特征向量，计算下降距离系数：
，其中，ddown,j为第j个下降距离系数，xdown,j为下降特征向量中第j个元素；
S43、根据上升距离系数和下降距离系数，计算每相信号的对称系数：
，其中，μ为对称系数。
上述进一步地方案的有益效果为：本发明的每相信号的对称系数，考虑了特征向量中每个元素的大小，同时还考虑了特征向量中元素的均值，提高计算对称系数的精度。
进一步地，所述S5中计算中性线信号强度系数的公式为：
，其中，α为中性线信号强度系数，rn为中性线信号中第n个信号值，M为信号值的数量，n为正整数，arctan为反正切函数。
上述进一步地方案的有益效果为：本发明的中性线信号强度系数随着中性线信号各个信号值而增大，中性线信号强度系数越大，三相电源越不稳定。
进一步地，所述S6包括以下分步骤：
S61、根据A相信号的对称系数、B相信号的对称系数和C相信号的对称系数，计算三相电源初始故障值；
S62、采用中性线信号强度系数对三相电源初始故障值进行修正，得到三相电源修正故障值。
上述进一步地方案的有益效果为：本发明先根据各相信号的对称系数，衡量出三相电源初始故障值，再结合中性线信号强度系数对三相电源初始故障值进行修正，得到三相电源修正故障值，提高对三相电源故障的预测精度。
进一步地，所述S61中计算三相电源初始故障值的公式为：
，其中，F为三相电源初始故障值，μA为A相信号的对称系数，μB为B相信号的对称系数，μC为C相信号的对称系数，ζ为故障比例系数。
上述进一步地方案的有益效果为：在A相信号、B相信号和C相信号的对称系数越大时，三相电源初始故障值越低，在A相信号、B相信号和C相信号的对称系数越小时，说明各相信号自身不稳定，三相电源初始故障值越高。
进一步地，所述S62中修正的公式为：，其中，/>为三相电源修正故障值，α为中性线信号强度系数。
上述进一步地方案的有益效果为：本发明中性线信号强度系数越大，三相电源稳定性越差，故障值越大。
附图说明
图1为一种电源故障检测方法的流程图；
图2为步骤S2的上升区间信号和下降区间信号的示意图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
如图1所示，一种电源故障检测方法，包括以下步骤：
S1、采集三相电源的A相信号、B相信号、C相信号和中性线信号，其中信号类型包括：电流和电压；
S2、将每相信号按峰值谷值进行切分，得到上升区间信号和下降区间信号，如图2所示；
S3、提取上升区间信号的上升特征向量和提取下降区间信号的下降特征向量；
S4、根据每相信号对应的上升特征向量和下降特征向量，计算对称系数；
S5、根据中性线信号，计算中性线信号强度系数；
S6、根据各相信号的对称系数和中性线信号强度系数，得到三相电源故障值。
所述S3中上升特征向量和下降特征向量中均包括：峰峰值、攀升系数和波形系数。
在所述上升区间信号的上升特征向量中峰峰值为上升区间信号中峰值与谷值的差值；
在所述下降区间信号的下降特征向量中峰峰值为下降区间信号中峰值与谷值的差值。
在所述上升区间信号的上升特征向量中攀升系数的表达式为：
，其中，θup为上升区间信号的上升特征向量中攀升系数，D为归一化参数，hup,i+1为上升区间信号中第i+1个采样值，hup,i为上升区间信号中第i个采样值，i为正整数，N为采样值的数量，| |为绝对值运算；
在所述下降区间信号的下降特征向量中攀升系数的表达式为：
，其中，θdown为下降区间信号的下降特征向量中攀升系数，hdown,i+1为下降区间信号中第i+1个采样值，hdown,i为下降区间信号中第i个采样值。
本发明根据A、B、C三相信号的特征，在上升区间信号和下降区间信号中根据相邻采样值的差值，计算出攀升系数，体现出各区间信号的信号变化情况。
在所述上升区间信号的上升特征向量中波形系数的表达式为：
，其中，γup为上升区间信号的上升特征向量中波形系数，hup,i为上升区间信号中第i个采样值，| |为绝对值运算，i为正整数，N为采样值的数量；
在所述下降区间信号的下降特征向量中波形系数的表达式为：
，其中，γdown为下降区间信号的下降特征向量中波形系数，hdown,i为下降区间信号中第i个采样值。
本发明通过波形系数反映上升区间信号和下降区间信号的整体信号波动情况。
所述S4包括以下分步骤：S41、根据每相信号对应的上升特征向量，计算上升距离系数：
，其中，dup,j为第j个上升距离系数，xup,j为上升特征向量中第j个元素，j的取值范围为1、2、3；
S42、根据每相信号对应的下降特征向量，计算下降距离系数：
，
其中，ddown,j为第j个下降距离系数，xdown,j为下降特征向量中第j个元素；
在j=1时，第1个元素为峰峰值，在j=2时，第2个元素为攀升系数，在j=3时，第3个元素为波形系数。
S43、根据上升距离系数和下降距离系数，计算每相信号的对称系数：
，其中，μ为对称系数。
本发明的每相信号的对称系数，考虑了特征向量中每个元素的大小，同时还考虑了特征向量中元素的均值，提高计算对称系数的精度。
所述S5中计算中性线信号强度系数的公式为：
，其中，α为中性线信号强度系数，rn为中性线信号中第n个信号值，M为信号值的数量，n为正整数，arctan为反正切函数。
本发明的中性线信号强度系数随着中性线信号各个信号值而增大，中性线信号强度系数越大，三相电源越不稳定。
在正常情况下，一个平衡的三相电源***中，中性线上的信号是非常小的，甚至接近于零。这是因为每一相上的电压和电流在理想情况下是对称的，相位相差120度，使得在没有发生故障的情况下，三相信号的矢量和为零。
当三相电源中的一相或两相出现问题，如某相电压下降或消失，会破坏原有的平衡状态，造成中性线信号增大。
所述S6包括以下分步骤：
S61、根据A相信号的对称系数、B相信号的对称系数和C相信号的对称系数，计算三相电源初始故障值；
S62、采用中性线信号强度系数对三相电源初始故障值进行修正，得到三相电源修正故障值。
本发明先根据各相信号的对称系数，衡量出三相电源初始故障值，再结合中性线信号强度系数对三相电源初始故障值进行修正，得到三相电源修正故障值，提高对三相电源故障的预测精度。
所述S61中计算三相电源初始故障值的公式为：
，其中，F为三相电源初始故障值，μA为A相信号的对称系数，μB为B相信号的对称系数，μC为C相信号的对称系数，ζ为故障比例系数。
在A相信号、B相信号和C相信号的对称系数越大时，三相电源初始故障值越低，在A相信号、B相信号和C相信号的对称系数越小时，说明各相信号自身不稳定，三相电源初始故障值越高。
所述S62中修正的公式为：
，其中，/>为三相电源修正故障值，α为中性线信号强度系数。
在本实施例中，在三相电源修正故障值大于故障阈值时，可确定三相电源严重故障。
本发明中性线信号强度系数越大，三相电源稳定性越差，故障值越大。
本发明采集了A相、B相、C相和中性线的电流或者电压信号，并按信号的峰值谷值位置进行切分，提取上升区间信号和下降区间信号，分别提取上升区间信号的上升特征向量和下降区间信号的下降特征向量，通过上升特征向量和下降特征向量，计算对称系数，用于分析识别和量化信号波形中的不对称性、失真和其他异常情况，并通过中性线信号，计算中性线信号强度系数，用于评估三相电源的不平衡情况，从而综合各相信号的对称系数和中性线信号强度系数，得到三相电源故障值，用于评估三相电源的故障情况，本发明相比于现有电源故障检测方法，直接采集了A相信号、B相信号、C相信号和中性线信号，避免采用模拟电路进行故障判断，减少噪声和干扰，同时，综合每相信号自身的对称性和中性线信号强度，评估电源故障，进一步地提高检测精度。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (10)

1.一种电源故障检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、采集三相电源的A相信号、B相信号、C相信号和中性线信号，其中信号类型包括：电流和电压；
S2、将每相信号按峰值谷值进行切分，得到上升区间信号和下降区间信号；
S3、提取上升区间信号的上升特征向量和提取下降区间信号的下降特征向量；
S4、根据每相信号对应的上升特征向量和下降特征向量，计算对称系数；
S5、根据中性线信号，计算中性线信号强度系数；
S6、根据各相信号的对称系数和中性线信号强度系数，得到三相电源故障值。
2.根据权利要求1所述的电源故障检测方法，其特征在于，所述S3中上升特征向量和下降特征向量中均包括：峰峰值、攀升系数和波形系数。
3.根据权利要求2所述的电源故障检测方法，其特征在于，在所述上升区间信号的上升特征向量中峰峰值为上升区间信号中峰值与谷值的差值；
在所述下降区间信号的下降特征向量中峰峰值为下降区间信号中峰值与谷值的差值。
4.根据权利要求2所述的电源故障检测方法，其特征在于，在所述上升区间信号的上升特征向量中攀升系数的表达式为：
，
其中，θup为上升区间信号的上升特征向量中攀升系数，D为归一化参数，hup,i+1为上升区间信号中第i+1个采样值，hup,i为上升区间信号中第i个采样值，i为正整数，N为采样值的数量，| |为绝对值运算；
在所述下降区间信号的下降特征向量中攀升系数的表达式为：
，
其中，θdown为下降区间信号的下降特征向量中攀升系数，hdown,i+1为下降区间信号中第i+1个采样值，hdown,i为下降区间信号中第i个采样值。
5.根据权利要求2所述的电源故障检测方法，其特征在于，在所述上升区间信号的上升特征向量中波形系数的表达式为：
，
其中，γup为上升区间信号的上升特征向量中波形系数，hup,i为上升区间信号中第i个采样值，| |为绝对值运算，i为正整数，N为采样值的数量；
在所述下降区间信号的下降特征向量中波形系数的表达式为：
，
其中，γdown为下降区间信号的下降特征向量中波形系数，hdown,i为下降区间信号中第i个采样值。
6.根据权利要求1所述的电源故障检测方法，其特征在于，所述S4包括以下分步骤：
S41、根据每相信号对应的上升特征向量，计算上升距离系数：
，
其中，dup,j为第j个上升距离系数，xup,j为上升特征向量中第j个元素，j的取值范围为1、2、3；
S42、根据每相信号对应的下降特征向量，计算下降距离系数：
，
其中，ddown,j为第j个下降距离系数，xdown,j为下降特征向量中第j个元素；
S43、根据上升距离系数和下降距离系数，计算每相信号的对称系数：
，
其中，μ为对称系数。
7.根据权利要求1所述的电源故障检测方法，其特征在于，所述S5中计算中性线信号强度系数的公式为：
，
其中，α为中性线信号强度系数，rn为中性线信号中第n个信号值，M为信号值的数量，n为正整数，arctan为反正切函数。
8.根据权利要求1所述的电源故障检测方法，其特征在于，所述S6包括以下分步骤：
S61、根据A相信号的对称系数、B相信号的对称系数和C相信号的对称系数，计算三相电源初始故障值；
S62、采用中性线信号强度系数对三相电源初始故障值进行修正，得到三相电源修正故障值。
9.根据权利要求8所述的电源故障检测方法，其特征在于，所述S61中计算三相电源初始故障值的公式为：
，
其中，F为三相电源初始故障值，μA为A相信号的对称系数，μB为B相信号的对称系数，μC为C相信号的对称系数，ζ为故障比例系数。
10.根据权利要求9所述的电源故障检测方法，其特征在于，所述S62中修正的公式为：
，
其中，为三相电源修正故障值，α为中性线信号强度系数。
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