所在单位: | 华侨大学 | 项目类型: | 信息传输、计算机服务和软件业 |
所属领域: | 新一代信息技术 | 项目年份: | 2021 |
项目状态: | 可产业化 | 技术成熟度: | 可产业化 |
联系人: | 黄诚惕 | 联系人电话: | 暂无 |
项目投资经费: | 0 | 合作方式: | 技术转让,合作开发,其它 |
鉴于电弧信号的非平稳性,本项目研究经验模态分解(EMD)方法、经验小波分析(EWT)方法在电弧故障检测技术中的应用及实现。项目主要研究运用EMD/EWT实现电弧信号故障特征提取算法和相应的故障电弧分类识别算法,及在此基础上进行相应的故障电弧检测器/断路器(AFCI)的设计与实现;项目将借助MATLAB等软件以及FPGA等硬件设计平台搭建仿真分析与测试验证平台,研发出新的电弧故障断路器/检测器产品。
研究开发内容及主要创新点:
1.引入经验模态分解方法和经验小波分析方法等新的现代信号处理方法对各类电弧信号进行分析与处理,提取出与各类电弧相对应的故障特征。
2.在进行电弧特征提取的基础上,研究故障电弧的分类识别算法,尤其是不同故障电弧的分类,以及不同负载或是多个负载下的故障电弧的识别算法研究。
3.搭建硬件测试平台进行验证前面研究的信号分析结果,通过FPGA等手段实现基于经验模态分解或是经验小波分析的信号处理模块,进而实现故障电弧探测装置的电路设计,完成原型产品的设计与测试
4.研究与智能家居相配套的通信与控制模块,实现各电气保护装置间的通信与配合。
重点解决的关键技术有:
1.对电弧信号的分析与特征提取算法的实现。实际情况中,电弧有故障电弧与正常电弧之分,也有串联类型与并联类型的故障电弧之分,还有感性负载、阻性负载等类型的故障电弧之分,以及单负载及多负载情况下的故障电弧之分。而这些电弧信号都是非平稳、非线性的信号,要提取相应的故障特征,需要用到经验模态分解或是经验小波这类具有良好时频分析能力的方法来对信号进行分析与处理,方可取得较好的效果。
2.基于电弧特征的故障电弧检测与识别算法的实现。实现故障电弧与正常电弧的识别,研究不同类型、不同负载的故障电弧的正确识别。
3.具体故障电弧探测装置的电路设计研究与实现
项目的特色或创新的之处:
1.鉴于电弧信号的非平稳非线性特性,采用适于处理该类信号的经验模态分解方法及经验小波分析对故障电弧信号进行分析与特征提取,以期实现性能更好的故障电弧检测和不同类型故障电弧的识别能力。此类方法尚未用于电弧故障分析中,但已经广泛用于多领域的信号分析处理,由于具有良好的时频局部化特性,尤其适用于非平稳非线性信号的分析,这也是它们优于传统信号处理的表现之一。
2.现有的电弧故障探测装置大多是单类型或单负载的情况,而本设计拟通过提取各类故障电弧及不同负载下的故障电弧对应的特征来进行更为细致的电弧分类,防止漏报以及误报的出现。
3.通过FPGA等方法来实现基于经验模态分解或是经验小波分析的信号处理模块硬件设计研究,提升故障电弧断路器的检测性能。
主要的技术指标:
1.准确的电弧检测。此项功能要求所研究的新算法能在短时间内检测出电弧的产生。
2.快速的电弧特性分析。此项功能要求实现高效而准确的算法,提取各类电弧的特征,准确识别产生的电弧属于正常或异常,识别率准确率应高于国家标准。
3.可靠的断路保护性能。当系统识别发生故障电弧时,需迅速有效地断开电路,防止火灾的发生,且误报和漏报率应能保持在较低水平。
4.具备相应的通信与控制模块,预留应对未来需求的可升级接口。
5.在项目研究基础上发表的论文应该大多数在中文核心或EI检索及以上水平。
其它常规参数如额定电压、额定电流等参数应该能满足相关国家标准。
产业化前景及经济社会效益:
美国国家消防协会(NFPA)在2003年对安装AFCI的经济情况做出了结论:AFCI可以防范大约75%~80%的电气线路火灾,NFPA估算全美住家装设AFCI包含20年的老房子(每住家平均用175美元成本),所花费的成本与未装设时预估会发生火灾的伤亡和财产损失相比较,总计整个社会(全美约二百万家庭)在AFCI寿命期(20~30年)内可以节省几乎双倍投入成本的好处,也就是可以给国家节省双倍的资金,而且还会带来巨大的社会效益。美国在2014年已经要求在各个房间线路出口都安装有故障电弧断路器,这样整个市场规模将更加庞大。而我国也日益注重火灾防范措施,制定了多版火灾防范国家标准,其中就有专门的故障电弧探测器内容,预期也将规范要求每个住宅必须配备符合标准的故障电弧断路器,以减小人民生命和财产的损失。因此,故障电弧检测技术也将在这些需求的推动下得到快速发展,AFCI产品的前景将非常广阔,其市场规模也将会是极其庞大的,因此,本项目的研究具有重要经济意义和广阔的产业化前景,会对我市的经济和社会的可持续发展及我市相关产业竞争力的提升作出应有的贡献。