基于功率谱估计的低压串联故障电弧检测

【摘要】：在低压配电网中,串联故障电弧是一种极具危害且最普遍的电气故障,由于故障电弧不易被及时准确检测和发现,其对电力网络的潜在威胁巨大。因此,针对低压串联故障电弧检测方法的研究,具有十分重要的现实意义。本文将串联故障电弧作为研究对象,从理论计算、电弧采集分析以及软件模型仿真等方面对串联故障电弧的检测方法进行全面深入的探究。对故障电弧进行理论分析。以气体放电理论为基础,从微观角度对电弧的产生过程进行分析,并确定故障电弧的产生与分类。通过对感性串联故障电弧电路的求解,得到电弧电压与电路功率因数角的关系式,并总结串联故障电弧的基本特性。建立低压串联故障电弧实验平台并进行实验研究。依据最新发布的国家标准,建立低压串联故障电弧实验平台,通过串联不同类型的线性负载和非线性负载分别进行实验,采集并整理实验数据。详细分析实验电流、电压波形,并且对串联故障电弧理论特性进行验证。以功率谱估计为基础对串联故障电弧检测方法进行研究。利用平均修正周期图法对实验采集电流数据进行功率谱估计,得到无弧与起弧的功率谱。提取功率谱特征量,建立实验数据样本库。采用支持向量机(SVM)对特征量样本进行分类识别,从而实现对故障电弧的检测,结果正确率为95%,达到预期效果。对二级配电系统中串联故障电弧检测过程进行软件仿真。分析信号在低压电力线中的传输过程,并推导传输矩阵模型。利用SIMULINK软件,仿真二级配电系统中对故障电弧的检测、分析,并对仿真电流数据进行采集。利用平均修正周期图法对仿真电流数据进行功率谱估计,得到仿真无弧与起弧的功率谱,并提取功率谱特征量。