一种电弧平肩区检测方法
【专利摘要】本发明涉及一种电弧平肩区的检测方法，主要包括A/D转换、设定阈值、采样值与阈值进行判决、中值滤波、连续中值滤波、前向分差几个步骤。首先将线路中的电流信号通过所述的A/D转化装置，得到其采样值，然后通过事先所述的设定阈值将其转换为一串0-1二值序列，对上述得到的二值序列进行所述的中值滤波(平滑处理)，直到得到理想二值序列，再计算出最终理想二值序列中连续出现1的次数，并且标记出其首次出现1时的位置；同时通过比较初始二值序列和最终理想二值序列，可以判断出在平肩区内的跳变次数；可以实现发生电弧时对平肩区在电流信号中的定位，从而可以对平肩区进行处理和分析，如傅立叶变换。
【专利说明】-种电弧平肩区检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属电弧检测【技术领域】，具体涉及一种电弧平肩区检测方法。
【背景技术】
[0002] 由于交流电过零前后的一段时间内，弧柱开始变冷变细，电弧间隙电压上升慢，电 弧不能从电源获取足够的所需能量，电弧由燃烧状态逐渐减小，电弧中的电流不再按交流 正弦波变化，而是按照另外的特殊规律在变化，即线路电流等于电弧电压与电弧电阻的比 值，同时由于电弧媳灭时电弧电阻变得相当大，成为限制线路电流的主导因素，导致电路中 的电流被电弧电阻限制在近似为零，该段时间也称为电流的零休时间。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电弧平肩区检测方法，与现有 技术相比本发明的有益效果是：可W实现发生电弧时对平肩区在电流信号中的定位，从而 可W对平肩区进行处理和分析，如傅立叶变换。
[0004] 研究和实验发现，当用电回路中产生电弧时，由于电弧在电流过零前后存在一个 媳灭和重燃的过程，会导致电流信号波形出现平肩部现象，而且在平肩区会有一定概率产 生高频脉冲，说明对平肩区的分析（如平肩区起始位置、宽度、跳变次数等）是判断电路中 有无发生电弧的一个重要环节。
[0005] 为实现上述目的，一种电弧平肩区检测方法所采用的技术方案是：主要包括A/D 转换、设定阔值、采样值与阔值进行判决、中值滤波、连续中值滤波、前向分差几个步骤。首 先将线路中的电流信号通过所述的A/D转化装置，得到其采样值，然后通过事先所述的设 定阔值将其转换为一串0-1二值序列，对上述得到的二值序列进行所述的中值滤波（平滑 处理），直到得到理想二值序列，再计算出最终理想二值序列中连续出现1的次数，并且标 记出其首次出现1时的位置；同时通过比较初始二值序列和最终理想二值序列，可W判断 出在平肩区内的跳变次数。
[000引理想0-1二值序列Y的定义：序列最多只有两处会出现0 一 1间的跳变。用数学公 式表示，玄2}，其中 Y。= 0。
【专利附图】
【附图说明】
[0007] 图1是电弧平肩区检测方法的流程框图
[0008] 数学符号说明；f；为采样频率，Iuf为设定阔值，I。为偏置电压的采样值，N为一周 期内的采样点数，n G [1，闲，i。为电流信号采样值，5为允许误差，num为理想0-1二值序 列中出现1的次数，d为平肩区宽度，start为为理想0-1二值序列中首次出现1的位置，S 为平肩区起始位置，f = …片]为对1。进行阔值判决后的0-1二值序列，y = [yi， 72,…yw]为对f进行中值滤波后的0-1二值序列，Y=化，Y,，…Yw]为对y进行连续中 值滤波后的理想0-1二值序列，U = [Ui，U2，…％]为对Y前向差分后的序列，k表示序列 4在平肩区d内的跳变次数，I：表示多项求和，A - B表示用A代替B，0一 1表示由0突变 到1或者由1突变到0, W表示集合。
【具体实施方式】
[0009] 下面结合附图对本发明的具体实施进行描述，W便本领域的技术人员更好的理解 本发明。
[0010] 参见图1，是电弧平肩区检测方法的流程框图，其具体实施步骤如下：
[0011] 阔值Iref的计算：4,二^玄/,:，本实例中N = 128。 八巧=1
[0012] 阔值设定需要注意W下几点： ①由于采样交流信号时，一般会将交流信号的负半周进行正电压偏置后再送A/D进行 采样，故阔值的选取与实际线电流的硬件采样电路的偏置有关。②考虑到线电流周期内的 波形和A/D转化误差，阔值选取还需做一定的允许误差处理。③发生电弧时其电流不再具 有周期性，在某些电流周期波形不完整，前后相邻周期内的电流波形差异较大，所W不能采 用通过对上述A/D采样值求平均的方法得到阔值。④需要做另一路A/D采样对偏置电压进 行采样，然后对采样得到的值取平均。
[001引将采样值i。转化为序列f巧Un-Irefl < 5时，用1代替i。，记1 一 i。;若Iin-Irefl > S，用0代替i。，记0 - i。。该样就得到了一串0-1二值序列，需要注意的点：①允许误 差5的取值很关键，如果5取的太大，会引入较大的误差，使得测量到的平肩区宽度大于 实际宽度；②同时5取的太小，由于硬件电路和A/D转化存在一定误差，有可能会检测不出 平肩区，或者使得测量值小于实际值。
[0014] 对序列f进行中值滤波得到y ;用一个有奇数点的滑动窗口，将窗口中也点的值 用窗口内各点的中值代替。设一个一维序列fi，f2，…片。取窗口长度（点数）为m(m为 奇数），对此一维序列进行中值滤波，就是从输入序列中相继抽出m个数，…，f"_i，f。， IH - I fw，…，f。+、，其中f。为窗口中也点值，v = 再将该m个点值按其数值大小排序，取序 , 号为中也点那个数作为滤波输出，用数学公式表示为y。= Med{f；_Y，. . .，fw，f。，fw，...， fnJ
[0015] 平滑处理的理由；我们想要得到的序列满足W下条件；1中不出现0或者连续0中 不出现1的序列。但考虑到采样中有干化不可避免会出现1或0的跳变，需要对上述的二 值序列进行平滑处理，该里采用的是中值滤波。
[0016] 选用中值滤波的理由；对脉冲干扰，特别是砂冲密度小于^ (m为中值滤波窗口长 度），相距较远的窄砂冲干扰，中值滤波是很有效的。 若上述得到的序列y，不满足理想二值序列的条件时，继续进行上一操作一中值滤 波，直到得到理想二值序列Y。
[0017] 对序列y进行连续中值滤波得到Y ;用y。替代f。，记为y。一 f。。操作过程用数学 公式表示为 Yn = Medbn-V, ...，yn-l，y。，yn+l，...，yn+vl
[001引计算序列u;对理想序列Y进行一个前向差分运算，u。= |￥。-￥。_1|，当11=1时，定 义此式中的Y。= 0。
[0019] 平肩区宽度d的计算：d=numx^(单位为秒)，其中num为理想0-1二值序列Y。中 1出现的次数。
[0020] 平肩区起始位置S的确定；S=別(单位为时刻)，其中start满足W下条件， 当 n = sta;rt 时，有 U日tart = 1 ;并且当 n = start+num+l 时，有 U日= 1。注：第二个 条件在某些情况下不是必须要满足的。 S化巧+ f!!讯!
[0021] 平肩区内跳变次数k的计算；it= 1；化-/,)，即平肩区内出现0的次数。 打=Start
【权利要求】
1. 一种电弧平肩区检测方法，主要包括A/D转换、设定阈值、采样值与阈值进行判决、 中值滤波、连续中值滤波、前向分差几个步骤；特征在于：根据分析起始位置、宽度、跳变次 数来判断电路中有无电弧发生，可以实现发生电弧时对平肩区在电流信号中的定位，从而 可以对平肩区进行处理和分析。
2. 根据权利要求1所述的一种电弧平肩区检测方法，其特征在于：采用的技术方案是： 首先将线路中的电流信号通过所述的A/D转化装置，得到其采样值，然后通过事先所述的 设定阈值将其转换为一串0-1二值序列，对上述得到的二值序列进行所述的中值滤波（平 滑处理），直到得到理想二值序列，再计算出最终理想二值序列中连续出现1的次数，并且 标记出其首次出现1时的位置；同时通过比较初始二值序列和最终理想二值序列，可以判 断出在平肩区内的跳变次数。
3. 根据权利要求1所述的一种电弧平肩区检测方法，其特征为采用的方案具体步骤如 下： ⑴阈值U的计算：，本实例中N= 128 ; iV ⑵将采样值1转化为序列f:若Iin-Ij<δ时，用1代替in，记1 -1;若|in-IMf| >S，用0代替in，记0 -in，这样就得到了一串0-1二值序列； ⑶对序列f进行中值滤波得到y:用一个有奇数点的滑动窗口，将窗口中心点的值 用窗口内各点的中值代替。设一个一维序列f\，f2，…fN。取窗口长度（点数）为m(m为 奇数），对此一维序列进行中值滤波，就是从输入序列中相继抽出m个数fn_v，…，fn， )}\_ ] 4+1，…，fn+v，其中4为窗口中心点值，V= 再将这m个点值按其数值大小排序，取序 号为中心点那个数作为滤波输出，用数学公式表示为yn =Med{fn_v，. . .，fn，fn+1，...，fn+v}若上述得到的序列y，不满足理想二值序列的条件时，继续进行上一操作--中值滤 波，直到得到理想二值序列Y; (4) 对序列y进行连续中值滤波得到Y:用yn替代fn，记为yn -fn。操作过程用数学 公式表不为Yn -Med{yn_v，···，Yrrl，yn，yn+1，···，yn+v}; (5) 计算序列u:对理想序列Y进行一个前向差分运算，un =IYn-YlriI，当η=I时，定 义此式中的Ytl = 〇 ; (6) 平肩区宽度d的计算：dmumx+(单位为秒)，其中num为理想0-1二值序列Yn中 Js 1出现的次数； (7) 平肩区起始位置s的确定：(单位为时刻)，其中start满足以下条件， Js 当n = start时，有Ustart= 1;并且当n=start+num+l时，有ustart+mm+1= 1。注：第二个 条件在某些情况下不是必须要满足的； Start-sTnum (8) 平肩区内跳变次数k的计算，=Σ(κ-人），即平肩区内出现〇的次数。 H=Start
【文档编号】G01R29/033GK104237650SQ201410285715
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】周熙文, 刘兵, 黄贤懿, 黄振乐, 吴德晓, 曹勋, 程琰鹏, 刘凯霞 申请人:三科电器集团有限公司