故障电弧检测技术与应用

作者: 卢其威著

出版社: 电子工业出版社

出版时间: 2020-06

版次: 1

ISBN: 9787121390524

定价: 89.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 212页

分类: 工程技术

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在交直流供电系统中，故障电弧是引起电气火灾的重要因素之一。近些年，中国、国际电工技术委员会及美国均发布了相关产品标准。故障电弧的检测技术已成为学术研究热点方向之一。本书总结了故障电弧的一些特点及故障电弧的检测方法，同时对几个主要的故障电弧检测产品标准进行了对比分析。全书共8章。第1章为绪论；第2章介绍了电弧的物理特性及电弧模型；第3章介绍了不同负载下交流故障电弧对线路电流的影响；第4章介绍了基于线路电流高频分量及随机性的故障电弧检测；第5章介绍了基于小波变换和奇异值分解的串联故障电弧检测方法；第6章在分析直流故障电弧对线路电流影响的基础上，介绍了基于线路电流和供电电压的直流串联故障电弧检测方法；第7章结合当前交直流故障电弧发展趋势，介绍了几种基于人工智能技术的典型交直流故障电弧的检测方法；第8章介绍了故障电弧检测与保护产品标准。本书适合电气专业、消防工程专业的研究生及相关工程技术人员使用和参考。卢其威（1976---），男，副教授，硕士生导师。2006年毕业于中国矿业大学（北京），获工学博士学位。2013.4-2014.4美国北卡州立大学访问学者。目前从事电力电子与电力传动方面的教学和研究工作。获北京市优秀教学成果二等奖1项，全国煤炭行业教育教学成果奖二等奖3项，校级优秀教学成果一等奖3项。以第一作者/通讯作者发表SCI、EI检索论文20多篇，获省部级科技进步二等奖2项，三等奖6项。以第一发明人获2项授权发明专利、多项实用新型专利。第1章  绪论 1
1．1  电弧的定义 1
1．2  故障电弧及其危害 2
1．3  故障电弧检测技术研究现状 6
第2章  电弧的特性及电弧模型 10
2．1  电弧的物理特性 10
2．1．1  电弧的组成 10
2．1．2  电弧的温度 13
2．1．3  电弧的直径 14
2．1．4  电弧的弧根和斑点 15
2．1．5  电弧的等离子流 16
2．1．6  电弧的能量平衡 17
2．1．7  弧隙电压的恢复 20
2．2  电弧的伏安特性 21
2．2．1  电弧的电压方程 22
2．2．2  气体放电时的伏安特性 23
2．2．3  直流电弧的伏安特性 25
2．2．4  交流电弧的伏安特性 29
2．3  电弧数学模型 31
2．4  本章小结 36
第3章  不同负载下交流故障电弧对线路电流的影响 37
3．1  交流故障电弧相关电气特性分析 37
3．2  纯阻性负载下故障电弧对线路电流及电压和电流关系的
影响分析 39
3．3  整流电路+电容滤波类负载下故障电弧对线路电流及电压
和电流关系的影响分析 41
3．4  感性负载下故障电弧对线路电流及电压和电流关系的
影响分析 44
3．5  故障电弧对几种民用负载下的电流波形影响分析 47
3．6  本章小结 55
第4章  基于线路电流高频分量及随机性的故障电弧检测 56
4．1  故障电弧检测的硬件原理 56
4．2  电弧特征的检测 58
4．2．1  线路电流高频分量及其随机性特征的检测 58
4．2．2  电流脉冲特征检测 61
4．2．3  负载切换与电弧特征的辨别 66
4．2．4  故障电弧的检测算法实现 68
4．3  基于电流信号频谱数字化处理的检测方法 70
4．4  本章小结 77
第5章  基于小波变换和奇异值分解的串联故障电弧检测方法 78
5．1  小波变换和奇异值分解 79
5．1．1  小波变换的基本原理 79
5．1．2  奇异值分解的基本理论 81
5．2  串联故障电弧的特征提取算法 82
5．2．1  数据预处理 82
5．2．2  特征矩阵的构造 83
5．2．3  特征参数的定义 83
5．3  串联故障电弧模拟实验 84
5．4  实验验证结果与分析 90
5．5  本章小结 98
第6章  基于线路电流和供电电压的直流串联故障电弧检测方法 99
6．1  直流串联故障电弧检测方法分析 99
6．2  不同电弧间隙下电弧伏安特性对线路电流影响分析 102
6．2．1  电弧的伏安特性对线路电流有效值的影响 102
6．2．2  电弧的伏安特性对线路电流动态变化的影响 108
6．3  电弧的伏安特性对电源电压交流分量的影响 109
6．3．1  DC-DC变换器 109
6．3．2  光伏电源 111
6．4  直流故障电弧检测方法 114
6．5  实验与分析 116
6．5．1  DC-DC变换器实验 117
6．5．2  恒功率负载实验 123
6．5．3  光伏电源实验 125
6．6  本章小结 130
第7章  典型交直流故障电弧的检测方法分析 131
7．1  小波变换能量与神经网络结合的串联型故障电弧检测方法 131
7．2  基于电流信号及支持向量机的负载识别和故障电弧检测方法 134
7．2．1  故障电弧电流特征提取 134
7．2．2  负载识别和故障电弧检测 137
7．3  基于供电电压波形分析的故障电弧检测方法 138
7．4  基于信息维数和零休时间的故障电弧检测方法 141
7．5  基于时域和频域特性分析及人工神经网络的故障
电弧检测方法 144
7．6  一种针对光伏系统的直流故障电弧检测方法 149
7．7  基于时域和时频域分析的小波变换直流故障电弧检测方法 154
7．8  一种基于机器学习的直流串联故障电弧诊断方案 158
7．9  本章小结 161
第8章  故障电弧检测与保护产品标准分析 162
8．1  相关标准的报警或保护时间要求 163
8．2  相关标准对故障电弧检测的主要实验方法 165
8．2．1  串联故障电弧实验 165
8．2．2  并联故障电弧实验 172
8．2．3  误报警实验 178
8．2．4  抑制性负载屏蔽实验 183
8．2．5  EMI滤波器抑制及线路阻抗抑制屏蔽实验 187
8．3  本章小结 192
参考文献 193
内容简介:
在交直流供电系统中，故障电弧是引起电气火灾的重要因素之一。近些年，中国、国际电工技术委员会及美国均发布了相关产品标准。故障电弧的检测技术已成为学术研究热点方向之一。本书总结了故障电弧的一些特点及故障电弧的检测方法，同时对几个主要的故障电弧检测产品标准进行了对比分析。全书共8章。第1章为绪论；第2章介绍了电弧的物理特性及电弧模型；第3章介绍了不同负载下交流故障电弧对线路电流的影响；第4章介绍了基于线路电流高频分量及随机性的故障电弧检测；第5章介绍了基于小波变换和奇异值分解的串联故障电弧检测方法；第6章在分析直流故障电弧对线路电流影响的基础上，介绍了基于线路电流和供电电压的直流串联故障电弧检测方法；第7章结合当前交直流故障电弧发展趋势，介绍了几种基于人工智能技术的典型交直流故障电弧的检测方法；第8章介绍了故障电弧检测与保护产品标准。本书适合电气专业、消防工程专业的研究生及相关工程技术人员使用和参考。
作者简介:
卢其威（1976---），男，副教授，硕士生导师。2006年毕业于中国矿业大学（北京），获工学博士学位。2013.4-2014.4美国北卡州立大学访问学者。目前从事电力电子与电力传动方面的教学和研究工作。获北京市优秀教学成果二等奖1项，全国煤炭行业教育教学成果奖二等奖3项，校级优秀教学成果一等奖3项。以第一作者/通讯作者发表SCI、EI检索论文20多篇，获省部级科技进步二等奖2项，三等奖6项。以第一发明人获2项授权发明专利、多项实用新型专利。
目录:
第1章  绪论 1
1．1  电弧的定义 1
1．2  故障电弧及其危害 2
1．3  故障电弧检测技术研究现状 6
第2章  电弧的特性及电弧模型 10
2．1  电弧的物理特性 10
2．1．1  电弧的组成 10
2．1．2  电弧的温度 13
2．1．3  电弧的直径 14
2．1．4  电弧的弧根和斑点 15
2．1．5  电弧的等离子流 16
2．1．6  电弧的能量平衡 17
2．1．7  弧隙电压的恢复 20
2．2  电弧的伏安特性 21
2．2．1  电弧的电压方程 22
2．2．2  气体放电时的伏安特性 23
2．2．3  直流电弧的伏安特性 25
2．2．4  交流电弧的伏安特性 29
2．3  电弧数学模型 31
2．4  本章小结 36
第3章  不同负载下交流故障电弧对线路电流的影响 37
3．1  交流故障电弧相关电气特性分析 37
3．2  纯阻性负载下故障电弧对线路电流及电压和电流关系的
影响分析 39
3．3  整流电路+电容滤波类负载下故障电弧对线路电流及电压
和电流关系的影响分析 41
3．4  感性负载下故障电弧对线路电流及电压和电流关系的
影响分析 44
3．5  故障电弧对几种民用负载下的电流波形影响分析 47
3．6  本章小结 55
第4章  基于线路电流高频分量及随机性的故障电弧检测 56
4．1  故障电弧检测的硬件原理 56
4．2  电弧特征的检测 58
4．2．1  线路电流高频分量及其随机性特征的检测 58
4．2．2  电流脉冲特征检测 61
4．2．3  负载切换与电弧特征的辨别 66
4．2．4  故障电弧的检测算法实现 68
4．3  基于电流信号频谱数字化处理的检测方法 70
4．4  本章小结 77
第5章  基于小波变换和奇异值分解的串联故障电弧检测方法 78
5．1  小波变换和奇异值分解 79
5．1．1  小波变换的基本原理 79
5．1．2  奇异值分解的基本理论 81
5．2  串联故障电弧的特征提取算法 82
5．2．1  数据预处理 82
5．2．2  特征矩阵的构造 83
5．2．3  特征参数的定义 83
5．3  串联故障电弧模拟实验 84
5．4  实验验证结果与分析 90
5．5  本章小结 98
第6章  基于线路电流和供电电压的直流串联故障电弧检测方法 99
6．1  直流串联故障电弧检测方法分析 99
6．2  不同电弧间隙下电弧伏安特性对线路电流影响分析 102
6．2．1  电弧的伏安特性对线路电流有效值的影响 102
6．2．2  电弧的伏安特性对线路电流动态变化的影响 108
6．3  电弧的伏安特性对电源电压交流分量的影响 109
6．3．1  DC-DC变换器 109
6．3．2  光伏电源 111
6．4  直流故障电弧检测方法 114
6．5  实验与分析 116
6．5．1  DC-DC变换器实验 117
6．5．2  恒功率负载实验 123
6．5．3  光伏电源实验 125
6．6  本章小结 130
第7章  典型交直流故障电弧的检测方法分析 131
7．1  小波变换能量与神经网络结合的串联型故障电弧检测方法 131
7．2  基于电流信号及支持向量机的负载识别和故障电弧检测方法 134
7．2．1  故障电弧电流特征提取 134
7．2．2  负载识别和故障电弧检测 137
7．3  基于供电电压波形分析的故障电弧检测方法 138
7．4  基于信息维数和零休时间的故障电弧检测方法 141
7．5  基于时域和频域特性分析及人工神经网络的故障
电弧检测方法 144
7．6  一种针对光伏系统的直流故障电弧检测方法 149
7．7  基于时域和时频域分析的小波变换直流故障电弧检测方法 154
7．8  一种基于机器学习的直流串联故障电弧诊断方案 158
7．9  本章小结 161
第8章  故障电弧检测与保护产品标准分析 162
8．1  相关标准的报警或保护时间要求 163
8．2  相关标准对故障电弧检测的主要实验方法 165
8．2．1  串联故障电弧实验 165
8．2．2  并联故障电弧实验 172
8．2．3  误报警实验 178
8．2．4  抑制性负载屏蔽实验 183
8．2．5  EMI滤波器抑制及线路阻抗抑制屏蔽实验 187
8．3  本章小结 192
参考文献 193

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