用于電弧減輕系統(tǒng)的自適應(yīng)光檢測的制作方法
【專利摘要】一種基于控制器的檢測系統(tǒng)被配置成自適應(yīng)地學(xué)習(xí)對所檢測的指示電弧故障事件的光和所檢測的與電弧故障事件無關(guān)的光進行區(qū)分。特別是，檢測系統(tǒng)被配置成當(dāng)電力系統(tǒng)在引起與電弧故障事件無關(guān)的發(fā)光事件的多種條件下運行時，對電力系統(tǒng)進行觀察。利用所觀察到的與電弧故障事件無關(guān)的發(fā)光事件的有關(guān)信息，檢測系統(tǒng)確定一個或多個檢測算法。在電力系統(tǒng)正常運行期間，自適應(yīng)地確定的一個或多個檢測算法被用來識別電力系統(tǒng)中的電弧故障事件。
【專利說明】用于電弧減輕系統(tǒng)的自適應(yīng)光檢測
發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本公開大體上涉及電弧故障檢測，并且更具體地涉及用于在其他光源存在時檢測和減輕電弧故障的基于控制器的自適應(yīng)電弧故障保護系統(tǒng)
[0002]背景
[0003]在過去，人們已經(jīng)將電弧故障保護系統(tǒng)設(shè)計成檢測和減輕電力系統(tǒng)中的破壞性電弧放電。一種方法采用光傳感器來檢測系統(tǒng)中存在的光強度的大小并將這個大小與固定閾值進行比較，以確定所檢測的光是否指示電弧故障。當(dāng)檢測到電弧故障時，電弧保護系統(tǒng)對其進行指示并且啟動保護設(shè)備來減輕該電弧。
[0004]一般說來，系統(tǒng)提供相對低靈敏度的閾值以在電弧故障事件變得極具破壞性之前檢測電弧故障事件的存在。然而，在電力系統(tǒng)運行過程中，多個光傳感器可能檢測來自與破壞性的電弧放電無關(guān)的來源(例如，開關(guān)、燈、或環(huán)境)的光。來自這些其他的來源的光的檢測可能錯誤地啟動保護設(shè)備(即令人厭煩的跳閘)。保護設(shè)備的這種錯誤啟動由于需要將系統(tǒng)設(shè)置成對光相對靈敏而惡化。
[0005]雖然電弧保護系統(tǒng)已經(jīng)被設(shè)計成在制造時具有不同的光靈敏度級別，但是存在用戶可能安裝具有錯誤的靈敏度級別的系統(tǒng)的可能性。此外，隨著時間的推移，電力系統(tǒng)的運行條件經(jīng)常由于例如接線(wiring)、連接器、接點或絕緣層的腐蝕、磨損或老化、連接的松弛、由釘子或卡釘穿透絕緣層引起的接線損壞、由反復(fù)過載、閃電沖擊、功率驟增引起的電應(yīng)力等而發(fā)生變化。作為電力系統(tǒng)的運行條件的這些變化的結(jié)果，曾經(jīng)適合對電弧故障進行檢測的電弧保護系統(tǒng)可能遭受人們不能接受的保護設(shè)備的頻繁的令人厭煩的跳閘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本公開提供了識別和減輕電力系統(tǒng)中的電弧故障事件同時自適應(yīng)地忽略可能原本會被誤判為電弧故障的“良性的”故障事件或非電弧故障事件的靈活和自適應(yīng)的方法。簡言之，本公開避免了“誤判”的跳閘，并且更準(zhǔn)確地區(qū)分了真正的電弧故障事件和另外可能共享電弧故障的某些特性(比如產(chǎn)生突發(fā)的閃光)而實際上不是電弧故障事件的事件。根據(jù)本公開的多個方面，基于控制器的檢測系統(tǒng)被配置成自適應(yīng)地學(xué)習(xí)對所檢測的指示電弧故障事件的光和所檢測的與電弧故障事件無關(guān)的光進行區(qū)分。特別是，檢測系統(tǒng)被配置成當(dāng)電力系統(tǒng)在引起與電弧故障事件無關(guān)的發(fā)光事件的多種條件下運行時，對電力系統(tǒng)進行觀察。利用所觀察到的與電弧故障事件無關(guān)的發(fā)光事件的有關(guān)信息，檢測系統(tǒng)確定一個或多個檢測算法。在電力系統(tǒng)正常運行期間，自適應(yīng)地確定的一個或多個檢測算法被用來識別電力系統(tǒng)中的電弧故障事件。檢測系統(tǒng)能被配置成通過操作該電力系統(tǒng)以引起另外的已知發(fā)光事件并且驗證檢測算法是否識別了電弧故障事件來驗證自適應(yīng)地確定的檢測算法。
[0007]因此，本公開提供了解決電力系統(tǒng)中由于其他光源的存在引起的與電弧故障保護設(shè)備的令人厭煩的跳閘有關(guān)的問題的多個系統(tǒng)和方法。此外，本公開提供了能被自適應(yīng)地調(diào)整以考慮電力系統(tǒng)的變化的條件(例如，老化)和變化的結(jié)構(gòu)(例如，負載增加/減少、新的控制設(shè)備等)的系統(tǒng)。另外，由本公開提供的自適應(yīng)可調(diào)整的多個系統(tǒng)和方法減少了儲備和選擇的問題。
[0008]結(jié)合參照附圖對多個實施方式和/或方面所做的詳細描述，本公開的前述方面和實現(xiàn)以及其他的方面和實現(xiàn)對于本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員將是明顯的，附圖的簡要說明在下面提供。
[0009]附圖簡述
[0010]在閱讀下面的詳細描述并且參照附圖之后，本公開的前述優(yōu)點和其他優(yōu)點將更加清楚。
[0011]圖1是根據(jù)本公開的方面的示例性電力系統(tǒng)的功能框圖。
[0012]圖2是圖1中示出的光傳感器、電弧檢測系統(tǒng)、以及保護設(shè)備的功能框圖。
[0013]圖3是根據(jù)本公開的方面的用于自適應(yīng)地識別電力系統(tǒng)中的電弧故障事件的示例性過程的流程圖。
[0014]盡管本公開允許各種修改形式和可替換的形式，但是已經(jīng)以示例的方式在附圖中示出了特定的實施方式，并且在本文中將對其進行詳細地描述。然而，需要了解的是，本公開不是旨在限于所公開的特定的形式。相反地，本發(fā)明覆蓋了落在本公開的精神和范圍內(nèi)的所有的修改形式、等價形式、以及可替換的形式。
[0015]詳細描述
[0016]電弧故障事件大致上是穿過至少兩個電流攜帶導(dǎo)體之間、或至少一個電流攜帶導(dǎo)體和中性導(dǎo)體或地之間的離子化氣體(例如,空氣)的不期望的、沒有用處的電流。例如，電弧故障事件可能在兩個導(dǎo)體彼此非?？拷螂妷撼^了導(dǎo)體的絕緣級別時發(fā)生在兩個導(dǎo)體之間。這樣的電弧故障事件能產(chǎn)生可對電力系統(tǒng)的電力部件造成威脅的巨大的熱量(可能高達20，000°C )、光、壓力波、以及聲波/沖擊波。本公開的系統(tǒng)和方法依賴于電力系統(tǒng)中的電弧故障事件產(chǎn)生能被光傳感器檢測到的光(即發(fā)光事件)的事實。
[0017]然而，電弧故障事件不是電力系統(tǒng)中的唯一光源。例如，電力系統(tǒng)可能包含例如，諸如燈、LED、或暴露于環(huán)境的開孔的其他的光源。此外，例如，一些電力系統(tǒng)包含可通過截斷流經(jīng)導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生電弧的開關(guān)(switch)、斷路器(disconnect)、電路斷路開關(guān)(circuitbreaker)等。這些類型的電弧在電力系統(tǒng)的正常操作規(guī)程中通常是可以容忍的，并且被安全地處理。這樣的發(fā)光事件(在此被稱為“非電弧故障發(fā)光事件”)通常是指在電力系統(tǒng)的正常操作期間發(fā)生的預(yù)期的、有用的、或無害的事件。本公開的系統(tǒng)和方法自適應(yīng)地學(xué)習(xí)將非電弧故障發(fā)光事件與電弧故障事件進行區(qū)分以保護電力系統(tǒng)免受電弧故障事件的損壞影響同時禁止了保護設(shè)備的令人厭煩的跳閘。
[0018]參照圖1，示出了示例性電力系統(tǒng)10 (例如，配電盒)的功能框圖。電力系統(tǒng)10通常包括電力源12、三相匯流排(busbar)(或匯流排組)14、以及電力負載16。電力源12 (例如，發(fā)電機)通過匯流排14向電力負載16 (例如，馬達)提供電力。電力系統(tǒng)10還包括一個或多個光傳感器18，所述光傳感器被配置成檢測光并產(chǎn)生指示所檢測到的光的電信號。例如，光傳感器18可包括光電二極管、光電電阻器、光電晶體管、光伏電池、光電倍增管、光電管、電荷耦合器件、LED、或光纖傳感器。可以買到的光傳感器18的一個非限制性的例子是由OSRAMOpto半導(dǎo)體GmbH生產(chǎn)的0SRAMSni203PFA，該公司的總部目前位于加州圣何塞北一街3870，郵編是95134，例如，該傳感器可以用電阻偏置以產(chǎn)生指示所檢測到的光的信號。
[0019]光傳感器18可通信地耦合到自適應(yīng)電弧檢測系統(tǒng)20，其被配置成檢測電力系統(tǒng)10中的電弧故障事件的存在。如將在下面詳細描述的，自適應(yīng)電弧檢測系統(tǒng)20還被配置成在自適應(yīng)電弧檢測系統(tǒng)20檢測到電弧故障事件時產(chǎn)生故障信號。自適應(yīng)電弧檢測系統(tǒng)20可通信地耦合到保護設(shè)備22。保護設(shè)備22被配置成接收來自自適應(yīng)電弧檢測系統(tǒng)20的電弧故障信號并減輕電弧故障事件。例如，保護設(shè)備18可包含配備在電力源12和匯流排14之間的一個或多個電路斷路開關(guān)、保險絲、和/或消弧電路(crowbar)。
[0020]雖然在圖1中示出了三相匯流排14，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員需要了解的是本公開的多個方面也同樣適用于單相或其他的多相匯流排。并且雖然在圖1中示出的電力系統(tǒng)10包含兩個光傳感器18，但是可以在電力系統(tǒng)10中使用更多或更少的光傳感器18。另夕卜，電力系統(tǒng)可包含或包括含有被配置成用于控制、保護、或電力傳送的多個電力設(shè)備的其他的電力子系統(tǒng)。
[0021]雖然在電力系統(tǒng)10中的任何位置都可能發(fā)生電弧故障事件，但是電弧故障事件通常發(fā)生在匯流排14之間或匯流排14與地之間。在圖1中用參考數(shù)字24示出了在匯流排14上發(fā)生的電弧故障事件的例子。在圖1中用參考數(shù)字26示出了發(fā)生在靠近匯流排14處的非電弧故障發(fā)光事件的例子和遠離匯流排14處的非電弧故障發(fā)光事件的例子。例如，非電弧故障發(fā)光事件26可以由開關(guān)、燈、配電裝置(switchgear)、開關(guān)面板、電路斷路開關(guān)、與馬達控制中心(MCC)桶形電極(bucket)關(guān)聯(lián)的LV空氣斷路器、暴露于來自環(huán)境的光的窗口等產(chǎn)生。可以考慮的是光傳感器18可以被有利地布置在電力系統(tǒng)10內(nèi)的預(yù)測電弧故障事件24和/或非電弧故障發(fā)光事件26可能發(fā)生的位置。這些非電弧故障發(fā)光事件26能產(chǎn)生具有可能另外被誤判為電弧故障發(fā)光事件的強度和/或持續(xù)時間的光和/或熱量的特征(signature)。
[0022]現(xiàn)在參照圖2，示出了光傳感器18、自適應(yīng)電弧故障檢測系統(tǒng)20、以及保護設(shè)備22的框圖。自適應(yīng)電弧故障檢測系統(tǒng)20包括存儲器28和可通信地耦合到控制器32的用戶輸入設(shè)備30。通常，控制器32可以被實現(xiàn)為硬件元件和軟件元件的組合。硬件方面包括可操作地耦合的硬件部件的組合，這些硬件部件包括微處理器、邏輯電路、通信端口 /網(wǎng)絡(luò)端口、數(shù)字濾波器、存儲器、或邏輯電路。商業(yè)上可以買到的控制器32的一個非限制性的例子是由德州儀器公司生產(chǎn)的型號為TMS320LC2406A的德州儀器公司的控制器，該公司的總部目前位于德克薩斯州的達拉斯的德州儀器大道的12500號，郵編為75243。
[0023]控制器32可包括信號處理器34、非臨時的計算機可讀介質(zhì)36、以及電弧故障信號產(chǎn)生器38。信號處理器34被配置成接收和處理來自光傳感器18的光信號。例如，信號處理器34可被配置成對光信號進行濾波或執(zhí)行傅立葉變換。控制器32被配置成使用光信號來執(zhí)行由儲存在計算機可讀介質(zhì)36上的計算機可執(zhí)行代碼指定的操作，以確定是否已經(jīng)檢測到電弧故障事件。如果控制器32確定已經(jīng)檢測到電弧故障事件，那么電弧故障信號產(chǎn)生器38產(chǎn)生故障信號并向保護設(shè)備22發(fā)送故障信號。根據(jù)一個非限制性的例子，電弧故障信號產(chǎn)生器38可以是運算放大器電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動電路。
[0024]在圖2中，信號處理器34被示出為控制器32的部分，然而，根據(jù)一些實施方式，考慮了信號處理器34可以與控制器32分開實現(xiàn)。根據(jù)一個實施方式，信號處理器34可以是包含被配置為Sallen-Key兩極點有源濾波器的信號調(diào)節(jié)和濾波電路，該濾波器具有被設(shè)置成消除由于控制器32上的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的采樣率所引起的混疊的信號成分的截止頻率。例如，使用550kHz的采樣率，濾波器的極點可以被設(shè)置成在50kHz處具有_3dB衰減點。信號處理器34也能將信號縮放到控制器32的模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入范圍。
[0025]由儲存在計算機可讀介質(zhì)36上的計算機可執(zhí)行代碼指定的操作可以包括多個功能模塊，所述功能模塊包括儲存在計算機可讀介質(zhì)36上的學(xué)習(xí)模塊40、驗證模塊42、以及檢測模塊44。用戶輸入設(shè)備30可通信地耦合到控制器32以便于在不同功能模塊之間進行選擇。雖然在圖2中用于這些模塊的計算機可執(zhí)行代碼被儲存在控制器32的計算機可讀介質(zhì)36上，但是本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員將要了解的是用于這些模塊的代碼可以被儲存在例如，諸如存儲器28的其他設(shè)備上。并且雖然在圖2中示出了三個分散的模塊，但是本領(lǐng)域的那些普通技術(shù)人員將要了解的是任意兩個或多于兩個模塊的功能都可以被合并為一個模塊，或者任何單個模塊的多個功能都可以被分割成幾個子模塊?，F(xiàn)在將對每個模塊依次進行描述。
[0026]檢測模塊44負責(zé)在電力系統(tǒng)10的正常運行期間識別電弧故障事件，并且如果已經(jīng)識別出電弧故障，則產(chǎn)生故障信號。檢測模塊44使用儲存在存儲器28中的一個或多個檢測算法識別電弧故障事件。例如，根據(jù)本公開的一些方面，檢測模塊44可處理從光傳感器18 (或信號處理器34)接收的光信號以利用儲存在存儲器28中的一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型來確定光信號的一個或多個特性。光信號的一個或多個特性可包括但不限于光強度大小、強度大小的變化速率、頻率、波長、持續(xù)時間、光傳感器18上的入射光的入射方向或入射角度、和/或可以用算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、或數(shù)學(xué)模型導(dǎo)出的任何其他值中的一個或這些項的組合。正如本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員將了解的，光信號的一個或多個特性可以被視為光信號的特征。
[0027]檢測模塊44隨后可以將光信號的一個或多個特性與儲存在存儲器28中的一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)進行比較。所述一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)可能包括，例如一個或多個閾值、閾值的范圍、或預(yù)先確定的光特征。根據(jù)一個或多個特性與一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)的比較，檢測模塊44可以確定是否已經(jīng)由自適應(yīng)電弧故障檢測系統(tǒng)20檢測到電弧故障事件。可以考慮的是，根據(jù)本公開的一些方面，檢測模塊44也可被配置成將與所檢測到的非電弧故障發(fā)光事件和電弧故障事件有關(guān)的時間和數(shù)據(jù)儲存在存儲器28中用于稍后的分析。
[0028]學(xué)習(xí)模塊40負責(zé)自適應(yīng)地確定由檢測模塊44使用的一個或多個檢測算法(例如，一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)學(xué)模型、和/或一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn))。在學(xué)習(xí)模塊40被用戶輸入設(shè)備30啟用后，電力系統(tǒng)10被運行以引起或產(chǎn)生非電弧故障發(fā)光事件。例如，用于馬達控制中心桶形電極的斷路器開關(guān)可以在各種運行條件(例如，無負載、輕負載、重負載等)下被打開或閉合，或者可以激活或不激活LED燈來產(chǎn)生多個非電弧故障發(fā)光事件。在電力系統(tǒng)10的該運行期間從光傳感器18(或信號處理器34)接收到的光信號因此被理解成非電弧故障發(fā)光事件的指示。因此，學(xué)習(xí)模塊40可以獲取關(guān)于所檢測到的非電弧故障發(fā)光事件的信息，這些信息可以被用來確定(或調(diào)整)由檢測模塊44所使用的一個或多個檢測算法。有利的是，用戶可以細致地操作電力系統(tǒng)10以體現(xiàn)用于電力系統(tǒng)10的更廣泛的運行條件，以便盡可能多地獲得關(guān)于在電力系統(tǒng)10的正常運行期間所能經(jīng)歷的各種非電弧故障發(fā)光事件的信息。
[0029]根據(jù)本公開的一些方面，學(xué)習(xí)模塊40能夠確定一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)。例如，這些故障標(biāo)準(zhǔn)可以是最小閾值，并且檢測模塊44可以被配置成在其確定所接收的光信號的強度大小大于最小的閾值時，產(chǎn)生故障信號(指示電弧故障事件)。在引起非電弧故障發(fā)光事件并且學(xué)習(xí)模塊40處理相應(yīng)的光信號之后(或同時)，學(xué)習(xí)模塊40能確定產(chǎn)生具有大于儲存在存儲器28中的閾值的光強度大小的光信號的非電弧故障發(fā)光事件。學(xué)習(xí)模塊40可以通過將更大的值儲存在存儲器28中來調(diào)整(即確定)閾值。因此，如果電力系統(tǒng)10隨后與啟用的檢測模塊44 一同運行，那么在確定將來的發(fā)光事件具有等于或小于之前在啟用學(xué)習(xí)模塊40時檢測到的非電弧故障發(fā)光事件所產(chǎn)生的光強度的大小的光強度的大小時，檢測模塊44將不產(chǎn)生故障信號。如在這個例子中證明的，如果沒有對學(xué)習(xí)模塊40的閾值進行調(diào)整，那么檢測模塊44可能響應(yīng)于電力系統(tǒng)10的正常運行期間的非電弧故障發(fā)光事件已經(jīng)錯誤地產(chǎn)生了故障信號并且切斷(tripped) 了保護設(shè)備22。
[0030]作為另一個例子，所述一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)可能是由學(xué)習(xí)模塊40所確定的對應(yīng)非電弧故障發(fā)光事件的一個或多個光特征。因此，當(dāng)電力系統(tǒng)10在檢測模塊44啟用時運行時，檢測模塊44能夠?qū)⑺_定的用于檢測到的發(fā)光事件的光特征與儲存在存儲器28中的作為故障標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)先確定的光特征進行比較。如果由檢測模塊44所確定的用于檢測到的發(fā)光事件的光特征與預(yù)先確定的光特征中的一個相似、相同、或接近相同，那么檢測模塊44能夠確定所檢測到的發(fā)光事件是非電弧故障發(fā)光時間。換句話說，自適應(yīng)電弧檢測系統(tǒng)20可以被教導(dǎo)成選擇性地忽略已知對應(yīng)于或近似對應(yīng)于非電弧故障發(fā)光事件的特定的光特征。
[0031]根據(jù)本公開的其他的方面，學(xué)習(xí)模塊40能夠確定一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型。例如，在學(xué)習(xí)模塊40處理來自光傳感器18的光信號的同時或之后，學(xué)習(xí)模塊40能夠確定用于一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型的常量、系數(shù)、程序、和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在這些實施方式中，例如，如果電弧檢測算法包含神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，那么學(xué)習(xí)模塊40可以采用后向傳播來調(diào)整神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
[0032]可以考慮的是，根據(jù)本公開的方面，學(xué)習(xí)模塊40僅僅能夠確定一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)習(xí)模塊40僅僅能夠確定一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型，或者學(xué)習(xí)模塊40能夠同時確定一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)和一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型。如果學(xué)習(xí)模塊40僅僅確定一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)，那么例如，一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型可以在制造的時候確定。類似地，如果學(xué)習(xí)模塊40僅僅確定一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型，那么例如，一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)可以在制造的時候確定。
[0033]可以考慮的是，根據(jù)本公開的一些方面，用戶輸入設(shè)備30可以被配置成當(dāng)電力系統(tǒng)10在啟用學(xué)習(xí)模塊40運行時允許用戶輸入識別非電弧故障發(fā)光事件的來源的信息。例如，在學(xué)習(xí)模塊40被啟用時，用戶可以激活LED燈來引起非電弧故障發(fā)光事件并且通過用戶輸入設(shè)備30指示所產(chǎn)生的光信號是指示LED燈被激活。有利的是，在檢測模塊44記錄與非電弧故障發(fā)光事件有關(guān)的時間和數(shù)據(jù)的實施方式中，檢測模塊44還可以記錄非電弧故障發(fā)光事件的來源，如果之前由學(xué)習(xí)模塊40學(xué)習(xí)過的話。
[0034]隨著時間的推移，電力系統(tǒng)10的一些部件的性能將由于正常損耗而改變。例如，馬達控制中心的空氣斷路器可能會隨著時間經(jīng)歷腐蝕。此外，在一些例子中，電力系統(tǒng)10的結(jié)構(gòu)可能發(fā)生改變。例如，可以增加或減少負載，或可以增加或減少新的控制設(shè)備。有利的是，本公開提供了通過如上面描述的啟用學(xué)習(xí)模塊40并且運行系統(tǒng)，可以被自適應(yīng)地調(diào)整以考慮變化的條件(例如，老化)和變化的結(jié)構(gòu)(例如，負載增加/減少、新的控制設(shè)備等)的電弧檢測系統(tǒng)20。因此，本公開提供了能夠延長許多電氣部件的使用壽命的靈活的系統(tǒng)。
[0035]根據(jù)一些方面，可以考慮的是電弧檢測系統(tǒng)20可以被配置成向用戶提供電力系統(tǒng)10的條件已經(jīng)發(fā)生變化并且學(xué)習(xí)模塊40應(yīng)被啟用的提示。例如，電弧檢測系統(tǒng)20能通過確定非電弧故障發(fā)光事件已經(jīng)改變被用戶指定的百分比(例如，在給定的時間段中所有非電弧故障發(fā)光事件的平均大小已經(jīng)升高了一定的百分比)來提示用戶條件已經(jīng)發(fā)生變化。
[0036]驗證模塊42負責(zé)驗證檢測算法(例如，一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、其他的數(shù)學(xué)模型、和/或一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn))由學(xué)習(xí)模塊40正確確定。在驗證模塊42被啟用時，電力系統(tǒng)10運行以引起一個或多個非電弧故障發(fā)光事件。驗證模塊42接收對應(yīng)于非電弧故障發(fā)光事件的光信號并且使用如上針對檢測模塊所述的一個或多個檢測算法來處理這些光信號。例如，驗證模塊可以確定和比較所述光信號的一個或多個特性與儲存在存儲器28中的一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)，以確定是否檢測到了電弧故障事件。如果驗證模塊42根據(jù)比較確定沒有檢測到電弧故障事件，那么驗證模塊42產(chǎn)生指示驗證過程成功的信號。然而，因為電力系統(tǒng)運行以引起非電弧故障發(fā)光事件，如果驗證模塊42確定檢測到了電弧故障事件，那么驗證模塊42可以產(chǎn)生學(xué)習(xí)模塊40在某一方面失效的錯誤信號。
[0037]根據(jù)本公開的一些方面，驗證模塊42也可以向?qū)W習(xí)模塊40提供關(guān)于使比較失效的任何光信號的信息，用于處理和調(diào)整一個或多個檢測算法。例如，驗證模塊42能夠在存儲器28中儲存關(guān)于特定的光信號的信息以用于后續(xù)的由學(xué)習(xí)模塊40進行的檢索和處理。
[0038]現(xiàn)在參考圖3，示出了用于自適應(yīng)地識別電弧故障事件的過程100的流程圖。在框110，過程100起動。在判決框112，控制器32確定學(xué)習(xí)模塊40是否已經(jīng)被用戶輸入設(shè)備30啟用。如果控制器32確定學(xué)習(xí)模塊40已經(jīng)在框112被啟用，那么在框114，電力系統(tǒng)10被運行以引起非電弧故障發(fā)光事件。例如，可以啟動用于馬達控制中心桶形電極的斷路器開關(guān)，或可以激活LED燈以引起非電弧故障發(fā)光事件。在框116，一個或多個光傳感器18檢測在框114引起的非電弧故障發(fā)光事件，產(chǎn)生指示所檢測到的非電弧故障發(fā)光事件的光信號，并將光信號傳送到控制器32。在框118，控制器32接收來自一個或多個光傳感器18的光信號，并且對光信號進行處理以確定和非電弧故障發(fā)光事件有關(guān)的信息。
[0039]在框120，利用和非電弧故障發(fā)光事件有關(guān)的信息，學(xué)習(xí)模塊40確定對由檢測模塊44所使用的一個或多個檢測算法(例如，一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)學(xué)模型、和/或一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn))的調(diào)整(如果有的話)，并將這些調(diào)整儲存在存儲器28中。例如，學(xué)習(xí)模塊40可以確定用于一個或多個算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、和/或其他的數(shù)學(xué)模型的常量、系數(shù)、程序、和/或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。另外，例如，學(xué)習(xí)模塊40可以增加閾值、減小閾值、添加閾值的范圍、去除閾值的范圍、增加閾值的范圍、減小閾值的范圍、和/或儲存與非電弧故障發(fā)光事件相關(guān)的光特征。在框120完成后，過程返回到框110。
[0040]如果控制器32在框112確定學(xué)習(xí)模塊40沒有被啟用，那么過程進行到判決框122。在判決框122，控制器32確定驗證模塊42是否已經(jīng)被用戶輸入設(shè)備30啟用。如果控制器32在框122確定驗證模塊42已經(jīng)被啟用，那么在框124電力系統(tǒng)10被運行以引起非電弧故障發(fā)光事件。在框126，一個或多個光傳感器18檢測在框124引起的非電弧故障發(fā)光事件，產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，并且將該光信號傳遞給控制器32。在判決框128，控制器32接收并處理該光信號以驗證電弧檢測系統(tǒng)20是否能確定該光信號指示非電弧故障發(fā)光事件。例如，控制器32能夠確定該光信號的一個或多個特性，并且將這一個或多個特性與儲存在存儲器28中的一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)進行比較。如果控制器32在判決框128確定檢測到了電弧故障事件，那么在框130產(chǎn)生指示驗證已失敗的錯誤信號。在框130產(chǎn)生錯誤信號之后，過程返回到框110。如果控制器32在判決框128確定沒有檢測到電弧故障事件，那么在框132產(chǎn)生指示已通過驗證的信號。在框132產(chǎn)生信號之后，過程返回到框110。
[0041]如果控制器32在判決框122確定驗證模塊42沒有被啟用，那么過程進行到框134。在框134，一個或多個光傳感器18檢測發(fā)光事件，產(chǎn)生相應(yīng)的光信號，并將該光信號傳遞給控制器32。在判決框136，控制器32確定是否已經(jīng)在電力系統(tǒng)10中檢測到電弧故障事件。例如，控制器32能夠確定和比較一個或多個特性與儲存在存儲器28中的一個或多個故障標(biāo)準(zhǔn)。如果控制器32確定已經(jīng)檢測到了電弧故障事件，那么在框138產(chǎn)生故障信號。在產(chǎn)生故障信號之后，過程返回到框110。如果控制器32在判決框136確定沒有檢測到電弧故障事件，那么過程返回到框110。
[0042]本領(lǐng)域的那些技術(shù)人員需要了解的是，用于自適應(yīng)地識別電弧故障事件100的過程的一些步驟能以不同于上面描述的順序執(zhí)行。例如，在框112確定學(xué)習(xí)模塊40是否已經(jīng)被啟用的步驟和在框122確定驗證模塊42是否已經(jīng)被啟用的步驟能夠以任意順序執(zhí)行。此夕卜，需要考慮的是，根據(jù)一些方面，可以添加另外的步驟。例如，另外的確定學(xué)習(xí)模塊40是否仍被啟用的步驟可以被添加在框118和框120之間，從而使得框120的步驟只有在確定學(xué)習(xí)模塊40不再被啟用時才執(zhí)行。
[0043]雖然已經(jīng)示出和描述了本公開的特定的實現(xiàn)和應(yīng)用，但是需要了解的是，本公開不限于在此公開的準(zhǔn)確的構(gòu)造和組成，并且根據(jù)上面的描述，在不背離由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，各種修改、變化、以及變體可以是明顯的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于電力系統(tǒng)的電弧故障保護系統(tǒng)，所述電弧故障保護系統(tǒng)包括: 光傳感器，其被配置成檢測第一發(fā)光事件并產(chǎn)生指示所檢測到的第一發(fā)光事件的第一光信號，所述第一發(fā)光事件是非電弧故障事件，所述光傳感器還被配置成檢測第二發(fā)光事件并產(chǎn)生指示所檢測到的第二發(fā)光事件的第二光信號； 控制器，其與所述光傳感器進行通信，所述控制器被配置成: 接收和處理所述第一光信號以確定電弧檢測算法， 接收和處理所述第二光信號以利用所述電弧檢測算法來確定所述第二光信號是否指示電弧故障事件，以及 響應(yīng)于所述控制器確定所述第二光信號指示電弧故障事件而產(chǎn)生電弧故障信號；及保護設(shè)備，其與所述控制器進行通信，所述保護設(shè)備被配置成響應(yīng)于所述保護設(shè)備接收到來自所述控制器的所述電弧故障信號來減輕所述電弧故障事件。
2.如權(quán)利要求1所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述電弧檢測算法包括故障標(biāo)準(zhǔn)。
3.如權(quán)利要求2所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成根據(jù)所述第一光信號確定所述故障標(biāo)準(zhǔn)。
4.如權(quán)利要求2所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成確定所述第二光信號的特性，并將所確定的 特性與所述故障標(biāo)準(zhǔn)進行比較以確定所述第二光信號是否指示電弧故障事件。
5.如權(quán)利要求4所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述特性由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)確定。
6.如權(quán)利要求5所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述控制器被配置成根據(jù)所述第一光信號確定所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
7.如權(quán)利要求4所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述特性包括多個特性，所述多個特性包含光強度的大小和光強度的大小的變化速率。
8.如權(quán)利要求2所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述故障標(biāo)準(zhǔn)包括基于所述第一光信號的第一光特征。
9.如權(quán)利要求8所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置成: 確定針對所述第二光信號的第二光特征； 將所述第二光特征與所述第一光特征進行比較；以及 基于所述比較，確定所述第二光信號是否指示電弧故障事件。
10.如權(quán)利要求1所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述控制器還被配置成驗證所述電弧檢測算法。
11.一種用于自適應(yīng)地識別電力系統(tǒng)中的電弧故障事件的方法，所述方法包括: 運行所述電力系統(tǒng)以產(chǎn)生由非電弧故障事件觸發(fā)的第一發(fā)光事件； 利用光傳感器檢測所述第一發(fā)光事件； 產(chǎn)生指示所檢測到的第一發(fā)光事件的第一光信號； 使用控制器處理所述第一光信號以確定電弧故障標(biāo)準(zhǔn)； 運行所述電力系統(tǒng)以產(chǎn)生第二發(fā)光事件； 利用所述光傳感器檢測所述第二發(fā)光事件； 產(chǎn)生指示所述第二發(fā)光事件的第二光信號； 處理所述第二光信號以確定所述第二光信號的特性；以及將所述特性與所述電弧故障標(biāo)準(zhǔn)進行比較以確定所述第二光信號是否指示電弧故障事件。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述第二光信號的特性包括以下項中的一個或多個:光強度的大小、強度的大小的變化速率、頻率、波長、持續(xù)時間、入射在所述光傳感器上的光的入射方向或入射角度。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述標(biāo)準(zhǔn)包括以下項中的一個或多個:閾值、閾值范圍、或預(yù)先確定的光特征。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括從輸入設(shè)備接收指示所述第一發(fā)光事件的來源的輸入。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括:如果所述第二光信號被確定為不是指示電弧故障事件，則將與所述第二光信號有關(guān)的信息儲存在存儲器中。
16.一種用于電力系統(tǒng)的電弧故障保護系統(tǒng)，所述電弧故障保護系統(tǒng)包括:光傳感器，其被配置成檢測第一發(fā)光事件并產(chǎn)生指示所檢測到的第一發(fā)光事件的第一光信號，所述第一發(fā)光事件是非電弧故障事件，所述光傳感器還被配置成檢測第二發(fā)光事件并產(chǎn)生指示所檢測到的第二發(fā)光事件的第二光信號；控制器，其與所述光傳感器進行通信，所述控制器包括:學(xué)習(xí)模塊，其根據(jù)所述第一 光信號確定電弧檢測算法；驗證模塊，其驗證由所述學(xué)習(xí)模塊確定的所述電弧檢測算法；以及檢測模塊，其根據(jù)所述電弧檢測算法確定所述第二光信號是否指示電弧故障事件，并且如果所述檢測模塊確定所述第二信號指示電弧故障事件，則產(chǎn)生故障信號；以及保護設(shè)備，其與所述控制器進行通信，所述保護設(shè)備被配置成響應(yīng)于所述保護設(shè)備接收到來自所述控制器的所述故障信號而減輕所述電弧故障事件。
17.如權(quán)利要求16所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述光傳感器還被配置成檢測第三發(fā)光事件并產(chǎn)生指示所述第三發(fā)光事件的第三光信號，所述第三發(fā)光事件是非電弧故障事件，并且其中所述驗證模塊被配置成對所述第三光信號應(yīng)用所述檢測算法，并且響應(yīng)于根據(jù)所述電弧檢測算法將所述第三光信號確定為指示電弧故障事件而產(chǎn)生錯誤信號。
18.如權(quán)利要求16所述的電弧故障保護系統(tǒng)，還包括輸入設(shè)備，所述輸入設(shè)備被配置成啟用所述學(xué)習(xí)模塊、所述驗證模塊、或所述檢測模塊中的一個。
19.如權(quán)利要求16所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述電弧檢測算法包括神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
20.如權(quán)利要求16所述的電弧故障保護系統(tǒng)，其中所述電弧檢測算法包括將對應(yīng)于所述第一光信號的第一光特征與對應(yīng)于所述第二光信號的第二光特征進行比較。
【文檔編號】H02H1/00GK103733457SQ201280039744
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月16日
【發(fā)明者】巴里·羅杰斯, 亨利·帕特里克 申請人:施耐德電氣美國股份有限公司