基于支持向量机的故障电弧检测方法

摘要

一种基于支持向量机的故障电弧检测方法，涉及电弧保护技术领域，所解决的是提高故障电弧的辨识和判定准确性的技术问题。该方法的具体步骤如下：1）采集不同负载及工况下的待测线路电流样本；2）对每个电流样本的波形进行归一化；3）根据归一化后的电流样本得到测试样本组合；4）将测试样本组合分成训练集和验证集；5）计算出预测准确率最高的核函数参数和惩罚参数；6）对验证集样本中的每个样本进行预测；7）用不同的样本集进行训练，得到权值矩阵；8）用权值矩阵对验证集样本进行验证，并根据验证结果建立检测模型；9）利用检测模型对故障电弧进行辨识和判定。本发明提供的方法，能有效避免故障电弧检测设备在干扰负载下误动作。

主权项

1.一种基于支持向量机的故障电弧检测方法，其特征在于，具体步骤如下：1）利用负载来模拟待测线路发生故障电弧的非正常工况和正常工况，并从零点起以5kHz的频率采集至少1000个在不同负载和/或不同工况下的待测线路电流样本，并记录每个电流样本采集时的电路状态，得到电流样本组合，记为；其中，j为样本采集序号，为第j个电流样本的电流矩阵，为第j个电流样本的类别，若=1则表示第j个电流样本为电弧，若=0则表示第j个电流样本为非电弧；其中，每个电流样本的采集时长为5个电流周期；2）通过将每个电流样本映射到区间[-1,1]内的方式对每个电流样本的波形进行归一化，具体映射公式为：式中，为电流幅值最大的电流样本，为电流幅值最小的电流样本，为第j个电流样本的电流矩阵，为第j个电流样本归一化后的电流矩阵；得到归一化后的样本组合为：；3）对每个电流样本归一化后的电流矩阵进行同比例放大和一阶求导，得到电流样本的测试数据为：其中，为第j个电流样本的测试数据，为第j个电流样本的同比例放大后的电流矩阵，为第j个电流样本的电流变化率矩阵；得到测试样本组合为：；4）随机选取至少800个测试样本作为训练集，剩余测试样本作为验证集；5）根据训练集样本和验证集样本，用网格交叉验证算法和遗传算法分别计算出核函数参数和惩罚参数，然后选取两种算法中预测准确率最高的核函数参数和惩罚参数作为SVM模型的核函数参数和惩罚参数；6）对验证集样本中的每个样本进行预测，其具体预测步骤如下：①准备训练样本｛，……｝，其中p为样本的训练样本的总数量；②在约束条件下求解使目标函数最大化的最优权值参数；其中，约束条件为：式中，为内积权值参数，C为惩罚参数，为第j个电流样本的类别；目标函数为：式中，为目标函数，为核函数运算，为核函数运算的第j个输入变量，为核函数运算矩阵的第i个元素；③计算最优权值式中，为最优权值参数，为第j个隐层输出向量，为最优权值向量；④计算分类判别函数式中，X为待分类模式，为分类判别函数，为偏置向量；7）SVM训练用不同的样本集，在步骤5选取出的核函数参数和惩罚参数下重复步骤6的训练，得到由每次训练所计算出的组成的权值矩阵，记为Model；8）用权值矩阵Model对验证集样本中的每个样本进行验证，选取预测准确率最佳的SVM参数作为最佳参数，并根据选取的参数建立SVM算法对故障电弧的检测模型；9）利用步骤8建立的检测模型对故障电弧进行辨识和判定。