一種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電弧平肩區(qū)的檢測(cè)方法，主要包括A/D轉(zhuǎn)換、設(shè)定閾值、采樣值與閾值進(jìn)行判決、中值濾波、連續(xù)中值濾波、前向分差幾個(gè)步驟。首先將線路中的電流信號(hào)通過(guò)所述的A/D轉(zhuǎn)化裝置，得到其采樣值，然后通過(guò)事先所述的設(shè)定閾值將其轉(zhuǎn)換為一串0-1二值序列，對(duì)上述得到的二值序列進(jìn)行所述的中值濾波(平滑處理)，直到得到理想二值序列，再計(jì)算出最終理想二值序列中連續(xù)出現(xiàn)1的次數(shù)，并且標(biāo)記出其首次出現(xiàn)1時(shí)的位置；同時(shí)通過(guò)比較初始二值序列和最終理想二值序列，可以判斷出在平肩區(qū)內(nèi)的跳變次數(shù)；可以實(shí)現(xiàn)發(fā)生電弧時(shí)對(duì)平肩區(qū)在電流信號(hào)中的定位，從而可以對(duì)平肩區(qū)進(jìn)行處理和分析，如傅立葉變換。
【專利說(shuō)明】-種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬電弧檢測(cè)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 由于交流電過(guò)零前后的一段時(shí)間內(nèi)，弧柱開始變冷變細(xì)，電弧間隙電壓上升慢，電 弧不能從電源獲取足夠的所需能量，電弧由燃燒狀態(tài)逐漸減小，電弧中的電流不再按交流 正弦波變化，而是按照另外的特殊規(guī)律在變化，即線路電流等于電弧電壓與電弧電阻的比 值，同時(shí)由于電弧媳滅時(shí)電弧電阻變得相當(dāng)大，成為限制線路電流的主導(dǎo)因素，導(dǎo)致電路中 的電流被電弧電阻限制在近似為零，該段時(shí)間也稱為電流的零休時(shí)間。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法，與現(xiàn)有 技術(shù)相比本發(fā)明的有益效果是：可W實(shí)現(xiàn)發(fā)生電弧時(shí)對(duì)平肩區(qū)在電流信號(hào)中的定位，從而 可W對(duì)平肩區(qū)進(jìn)行處理和分析，如傅立葉變換。
[0004] 研究和實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)用電回路中產(chǎn)生電弧時(shí)，由于電弧在電流過(guò)零前后存在一個(gè) 媳滅和重燃的過(guò)程，會(huì)導(dǎo)致電流信號(hào)波形出現(xiàn)平肩部現(xiàn)象，而且在平肩區(qū)會(huì)有一定概率產(chǎn) 生高頻脈沖，說(shuō)明對(duì)平肩區(qū)的分析（如平肩區(qū)起始位置、寬度、跳變次數(shù)等）是判斷電路中 有無(wú)發(fā)生電弧的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，一種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法所采用的技術(shù)方案是：主要包括A/D 轉(zhuǎn)換、設(shè)定闊值、采樣值與闊值進(jìn)行判決、中值濾波、連續(xù)中值濾波、前向分差幾個(gè)步驟。首 先將線路中的電流信號(hào)通過(guò)所述的A/D轉(zhuǎn)化裝置，得到其采樣值，然后通過(guò)事先所述的設(shè) 定闊值將其轉(zhuǎn)換為一串0-1二值序列，對(duì)上述得到的二值序列進(jìn)行所述的中值濾波（平滑 處理），直到得到理想二值序列，再計(jì)算出最終理想二值序列中連續(xù)出現(xiàn)1的次數(shù)，并且標(biāo) 記出其首次出現(xiàn)1時(shí)的位置；同時(shí)通過(guò)比較初始二值序列和最終理想二值序列，可W判斷 出在平肩區(qū)內(nèi)的跳變次數(shù)。
[000引理想0-1二值序列Y的定義：序列最多只有兩處會(huì)出現(xiàn)0 一 1間的跳變。用數(shù)學(xué)公 式表示，玄2}，其中 Y。= 0。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1是電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法的流程框圖
[0008] 數(shù)學(xué)符號(hào)說(shuō)明；f；為采樣頻率，Iuf為設(shè)定闊值，I。為偏置電壓的采樣值，N為一周 期內(nèi)的采樣點(diǎn)數(shù)，n G [1，閑，i。為電流信號(hào)采樣值，5為允許誤差，num為理想0-1二值序 列中出現(xiàn)1的次數(shù)，d為平肩區(qū)寬度，start為為理想0-1二值序列中首次出現(xiàn)1的位置，S 為平肩區(qū)起始位置，f = …片]為對(duì)1。進(jìn)行闊值判決后的0-1二值序列，y = [yi， 72,…yw]為對(duì)f進(jìn)行中值濾波后的0-1二值序列，Y=化，Y,，…Yw]為對(duì)y進(jìn)行連續(xù)中 值濾波后的理想0-1二值序列，U = [Ui，U2，…％]為對(duì)Y前向差分后的序列，k表示序列 4在平肩區(qū)d內(nèi)的跳變次數(shù)，I：表示多項(xiàng)求和，A - B表示用A代替B，0一 1表示由0突變 到1或者由1突變到0, W表示集合。

【具體實(shí)施方式】
[0009] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施進(jìn)行描述，W便本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好的理解 本發(fā)明。
[0010] 參見圖1，是電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法的流程框圖，其具體實(shí)施步驟如下：
[0011] 闊值Iref的計(jì)算：4,二^玄/,:，本實(shí)例中N = 128。 八巧=1
[0012] 闊值設(shè)定需要注意W下幾點(diǎn)： ①由于采樣交流信號(hào)時(shí)，一般會(huì)將交流信號(hào)的負(fù)半周進(jìn)行正電壓偏置后再送A/D進(jìn)行 采樣，故闊值的選取與實(shí)際線電流的硬件采樣電路的偏置有關(guān)。②考慮到線電流周期內(nèi)的 波形和A/D轉(zhuǎn)化誤差，闊值選取還需做一定的允許誤差處理。③發(fā)生電弧時(shí)其電流不再具 有周期性，在某些電流周期波形不完整，前后相鄰周期內(nèi)的電流波形差異較大，所W不能采 用通過(guò)對(duì)上述A/D采樣值求平均的方法得到闊值。④需要做另一路A/D采樣對(duì)偏置電壓進(jìn) 行采樣，然后對(duì)采樣得到的值取平均。
[001引將采樣值i。轉(zhuǎn)化為序列f巧Un-Irefl < 5時(shí)，用1代替i。，記1 一 i。;若Iin-Irefl > S，用0代替i。，記0 - i。。該樣就得到了一串0-1二值序列，需要注意的點(diǎn)：①允許誤 差5的取值很關(guān)鍵，如果5取的太大，會(huì)引入較大的誤差，使得測(cè)量到的平肩區(qū)寬度大于 實(shí)際寬度；②同時(shí)5取的太小，由于硬件電路和A/D轉(zhuǎn)化存在一定誤差，有可能會(huì)檢測(cè)不出 平肩區(qū)，或者使得測(cè)量值小于實(shí)際值。
[0014] 對(duì)序列f進(jìn)行中值濾波得到y(tǒng) ;用一個(gè)有奇數(shù)點(diǎn)的滑動(dòng)窗口，將窗口中也點(diǎn)的值 用窗口內(nèi)各點(diǎn)的中值代替。設(shè)一個(gè)一維序列fi，f2，…片。取窗口長(zhǎng)度（點(diǎn)數(shù)）為m(m為 奇數(shù)），對(duì)此一維序列進(jìn)行中值濾波，就是從輸入序列中相繼抽出m個(gè)數(shù)，…，f"_i，f。， IH - I fw，…，f。+、，其中f。為窗口中也點(diǎn)值，v = 再將該m個(gè)點(diǎn)值按其數(shù)值大小排序，取序 , 號(hào)為中也點(diǎn)那個(gè)數(shù)作為濾波輸出，用數(shù)學(xué)公式表示為y。= Med{f；_Y，. . .，fw，f。，fw，...， fnJ
[0015] 平滑處理的理由；我們想要得到的序列滿足W下條件；1中不出現(xiàn)0或者連續(xù)0中 不出現(xiàn)1的序列。但考慮到采樣中有干化不可避免會(huì)出現(xiàn)1或0的跳變，需要對(duì)上述的二 值序列進(jìn)行平滑處理，該里采用的是中值濾波。
[0016] 選用中值濾波的理由；對(duì)脈沖干擾，特別是砂沖密度小于^ (m為中值濾波窗口長(zhǎng) 度），相距較遠(yuǎn)的窄砂沖干擾，中值濾波是很有效的。 若上述得到的序列y，不滿足理想二值序列的條件時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行上一操作一中值濾 波，直到得到理想二值序列Y。
[0017] 對(duì)序列y進(jìn)行連續(xù)中值濾波得到Y(jié) ;用y。替代f。，記為y。一 f。。操作過(guò)程用數(shù)學(xué) 公式表示為 Yn = Medbn-V, ...，yn-l，y。，yn+l，...，yn+vl
[001引計(jì)算序列u;對(duì)理想序列Y進(jìn)行一個(gè)前向差分運(yùn)算，u。= |￥。-￥。_1|，當(dāng)11=1時(shí)，定 義此式中的Y。= 0。
[0019] 平肩區(qū)寬度d的計(jì)算：d=numx^(單位為秒)，其中num為理想0-1二值序列Y。中 1出現(xiàn)的次數(shù)。
[0020] 平肩區(qū)起始位置S的確定；S=別(單位為時(shí)刻)，其中start滿足W下條件， 當(dāng) n = sta;rt 時(shí)，有 U日tart = 1 ;并且當(dāng) n = start+num+l 時(shí)，有 U日= 1。注：第二個(gè) 條件在某些情況下不是必須要滿足的。 S化巧+ f!!訊!
[0021] 平肩區(qū)內(nèi)跳變次數(shù)k的計(jì)算；it= 1；化-/,)，即平肩區(qū)內(nèi)出現(xiàn)0的次數(shù)。 打=Start
【權(quán)利要求】
1. 一種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法，主要包括A/D轉(zhuǎn)換、設(shè)定閾值、采樣值與閾值進(jìn)行判決、 中值濾波、連續(xù)中值濾波、前向分差幾個(gè)步驟；特征在于：根據(jù)分析起始位置、寬度、跳變次 數(shù)來(lái)判斷電路中有無(wú)電弧發(fā)生，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)生電弧時(shí)對(duì)平肩區(qū)在電流信號(hào)中的定位，從而 可以對(duì)平肩區(qū)進(jìn)行處理和分析。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法，其特征在于：采用的技術(shù)方案是： 首先將線路中的電流信號(hào)通過(guò)所述的A/D轉(zhuǎn)化裝置，得到其采樣值，然后通過(guò)事先所述的 設(shè)定閾值將其轉(zhuǎn)換為一串0-1二值序列，對(duì)上述得到的二值序列進(jìn)行所述的中值濾波（平 滑處理），直到得到理想二值序列，再計(jì)算出最終理想二值序列中連續(xù)出現(xiàn)1的次數(shù)，并且 標(biāo)記出其首次出現(xiàn)1時(shí)的位置；同時(shí)通過(guò)比較初始二值序列和最終理想二值序列，可以判 斷出在平肩區(qū)內(nèi)的跳變次數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電弧平肩區(qū)檢測(cè)方法，其特征為采用的方案具體步驟如 下： ⑴閾值U的計(jì)算：，本實(shí)例中N= 128 ; iV ⑵將采樣值1轉(zhuǎn)化為序列f:若Iin-Ij<δ時(shí)，用1代替in，記1 -1;若|in-IMf| >S，用0代替in，記0 -in，這樣就得到了一串0-1二值序列； ⑶對(duì)序列f進(jìn)行中值濾波得到y(tǒng):用一個(gè)有奇數(shù)點(diǎn)的滑動(dòng)窗口，將窗口中心點(diǎn)的值 用窗口內(nèi)各點(diǎn)的中值代替。設(shè)一個(gè)一維序列f\，f2，…fN。取窗口長(zhǎng)度（點(diǎn)數(shù)）為m(m為 奇數(shù)），對(duì)此一維序列進(jìn)行中值濾波，就是從輸入序列中相繼抽出m個(gè)數(shù)fn_v，…，fn， )}\_ ] 4+1，…，fn+v，其中4為窗口中心點(diǎn)值，V= 再將這m個(gè)點(diǎn)值按其數(shù)值大小排序，取序 號(hào)為中心點(diǎn)那個(gè)數(shù)作為濾波輸出，用數(shù)學(xué)公式表示為yn =Med{fn_v，. . .，fn，fn+1，...，fn+v}若上述得到的序列y，不滿足理想二值序列的條件時(shí)，繼續(xù)進(jìn)行上一操作--中值濾 波，直到得到理想二值序列Y; (4) 對(duì)序列y進(jìn)行連續(xù)中值濾波得到Y(jié):用yn替代fn，記為yn -fn。操作過(guò)程用數(shù)學(xué) 公式表不為Yn -Med{yn_v，···，Yrrl，yn，yn+1，···，yn+v}; (5) 計(jì)算序列u:對(duì)理想序列Y進(jìn)行一個(gè)前向差分運(yùn)算，un =IYn-YlriI，當(dāng)η=I時(shí)，定 義此式中的Ytl = 〇 ; (6) 平肩區(qū)寬度d的計(jì)算：dmumx+(單位為秒)，其中num為理想0-1二值序列Yn中 Js 1出現(xiàn)的次數(shù)； (7) 平肩區(qū)起始位置s的確定：(單位為時(shí)刻)，其中start滿足以下條件， Js 當(dāng)n = start時(shí)，有Ustart= 1;并且當(dāng)n=start+num+l時(shí)，有ustart+mm+1= 1。注：第二個(gè) 條件在某些情況下不是必須要滿足的； Start-sTnum (8) 平肩區(qū)內(nèi)跳變次數(shù)k的計(jì)算，=Σ(κ-人），即平肩區(qū)內(nèi)出現(xiàn)〇的次數(shù)。 H=Start
【文檔編號(hào)】G01R29/033GK104237650SQ201410285715
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】周熙文, 劉兵, 黃賢懿, 黃振樂, 吳德曉, 曹勛, 程琰鵬, 劉凱霞 申請(qǐng)人:三科電器集團(tuán)有限公司