【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于多处理器电缆故障检测技术，具体涉及一种电缆早期故障智能检测系统，结合fpga与国产d2000 cpu的混合架构，实现了高效的数据处理与早期故障辨识。
技术介绍
1、在电缆分配系统中，事件通常分为正常事件和异常事件两大类。正常事件无需干预，而异常事件则需触发一系列保护决策与行动，以确保系统运行的可靠性。瞬态与异常事件可根据其严重程度进行分类，其中，因负载变化间歇产生的瞬态事件被归类为低水平瞬态。
2、早期故障通常被检测为一种故障现象，其故障电流小且持续时间短，通常介于1/4周期至4个周期之间。这类故障因时间短暂和电流幅度相对较小，难以被传统保护方案有效检测。然而，早期故障的及时发现至关重要，因为它不仅是电缆绝缘体缺陷的预兆，还反映了绝缘材料因热、电、机械及环境等因素导致的老化现象。其中，电应力是导致电缆缺陷的主要因素，而局部放电则是典型的缺陷机制，尤其在有机绝缘体如交联聚乙烯(xlpe)电缆中更为常见。
3、针对电缆早期故障的检测，现有方法涵盖了多种技术，如基于knn、svm等机器学习算法，以及小波变换和卡尔曼滤波等多尺度检测技术。这些方法在检测早期故障方面具有一定的效果，但仍存在局限性。
技术实现思路
1、为克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种电缆早期故障智能检测系统，使用fpga进行电缆电流信号的采集和基于累计求和的瞬态检测，当验证了瞬态的发生及其单相类型时，完成瞬态发生的检测；使用d2000的cpu进行基于adaline的谐波
2、为实现上述目的，本专利技术提供一种技术方案。
3、一种电缆早期故障智能检测系统，其特点在于，包括：
4、fpga单元，用于从前端电流信号感应器采集到电缆电流后，对电流信号进行基于累计求和的瞬态检测，当验证了瞬态的发生及其单相类型时，完成瞬态发生的检测，并进行数据组帧和缓存后发送给国产cpu-d2000，当组帧数据时，组帧格式为包头位、数据位和校验和位，包头为包括单相位、采样率位、数据长度位、瞬态指令位等。
5、cpu-d2000单元，用于对检测到的瞬态信号进行基于adaline的谐波特征提取和双阈值判断，完成早期故障的辨识的任务。
6、优选的，所述的fpga单元包括：
7、i2c接口模块，通过选取特定的地址位实现多相并行电流数据转为串行接口数据进行采集，按照多主控协议采集数据。
8、时钟模块，用于生成控制的采样时钟来控制前端电流信号感应器的采样时钟。
9、瞬态检测模块，将接收的串行多相数据进行解串，解析出单相电流信号，基于累计求和法对电流信号进行瞬态检测并验证是否为单相瞬态信号。
10、数据组帧模块，将检测到的单相瞬态信号数据组帧成的数据包。
11、数据缓存模块，对组帧的数据包进行缓存，通过pci-e接口模块发送至cpu-d2000。
12、pci-e接口模块，用于fpga与cpu-d2000之间交互数据的传输。
13、优选的，所述的fpga单元还包括：
14、控制指令模块，用于解析来自于cpu-d2000的指令帧，所述指令帧为fpga的工作状态指令、前端电流信号感应器和fpga的始终参数和采集参数等。
15、优选的，所述的组帧成的数据包中，包头位的位宽长度为64位，数据位的位宽长度为8*1024位，校验和位的位宽长度为32位。
16、优选的，所述的cpu-d2000单元包括：
17、组帧数据包接收、校验与解帧模块：用于接收组帧的数据包，并对数据包进行校验和并进行解包并将数据传输至谐波特征提取模块。
18、谐波特征提取模块，用于将检测的瞬态电流数据进行基于adaline的谐波特征提取，并将提取结果传输至双阈值判断模块。
19、双阈值判断模块，用于对谐波特征提取结果进行判断。
20、控制命令及配置命令下发模块，用于下发fpga运行的控制命令及前端电流信号感应器及fpga的配置命令。
21、上传模块，用于上传提取和判断前后的电流数据、特征提取和辨识结果。
22、控制和配置命令数据格式中，包头位的位宽长度为48位，命令数据位的位宽长度为64位。
23、优选的，所述的瞬态检测模块中，累加求和法具体工作内容为。
24、定义s(k)为kth时刻的电流数据样本，根据下公式计算得到第一检测参数：
25、q1(k)＝max(q1(k-1)+s1(k)-p)
26、其中，p是继电器的最大调节电流。如果q1(k)对六个连续样本都大于阈值b，则会检测到瞬态电流信号。
27、设置阈值为50，将每一相对应的第一检测参数与阈值进行比较，区分出故障相，在区分结果为单相时，将数据样本传输给数据组帧模块。
28、优选的，所述的谐波特征提取模块，具体包括。
29、所述的谐波特征提取模块包含三部分内容：定义瞬态电流信号模型、构建基于adaline的谐波特征提取模型、基于adaline的谐波特征提取模型的训练、基于adaline的谐波特征提取模型的谐波特征提取。
30、1)定义瞬态电流信号模型为：
31、
32、其中，adc(1-βkts)表示瞬态信号中的直流分量的泰勒展开的前两项，ts为2π/ωns，ns为采样周期，t(k)是第k个的采样点时间，am和bm均表示谐波分量幅度以及相位信息。
33、2)构建基于adaline的谐波特征提取模型：
34、
35、其中，θ(k)是adaline权重向量，x(k)是adaline的谐波特征提取模型输入向量，n为谐波系数。
36、3)基于adaline的谐波特征提取模型的训练过程如下：
37、定义输出误差函数为。
38、
39、其中，和f(k)分别为第k个时刻的基于adaline的谐波特征提取模型的期望输出和实际输出。
40、定义权重更新矢量为。
41、
42、其中，α为学习率。
43、4)基于adaline的谐波特征提取模型的谐波特征提取。
44、根据下式计算第k个瞬态电流数据样本的谐波指数hi。
45、
46、其中，θ1和θ2为基于adaline的谐波特征提取模型在第k个数据样本的权重因子。
47、优选的，所述的双阈值判断模块，具体包括。
48、如果hi(k)大于阈值600，且最长持续时间为0.25个功率周期，则瞬态信号被识别为亚周期早期故障。
49、如果hi(k)大于阈值600，且持续时间超过0.25个功率周期且少于4个周期，则瞬态信号被识别为多周期早期故障。
50、如果hi(k)大于阈值600，且持续时间超过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的FPGA单元包括：
3.根据权利要求2所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的FPGA单元还包括：
4.根据权利要求2所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，当组帧数据时，组帧格式为包头位、数据位和校验和位，包头为包括单相位、采样率位、数据长度位、瞬态指令位。
5.根据权利要求4所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的组帧成的数据包中，包头位的位宽长度为64位，数据位的位宽长度为8*1024位，校验和位的位宽长度为32位。
6.根据权利要求1所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的CPU-D2000单元包括：
7.根据权利要求6所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述控制和配置命令数据格式中，包头位的位宽长度为48位，命令数据位的位宽长度为64位。
8.根据权利要求6所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的瞬态检测模块的累加求
9.根据权利要求2所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的谐波特征提取模块，包括：
10.根据权利要求2所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述双阈值判断模块，接收谐波特征提取模块输出的谐波指数HI，并根据设定的双阈值进行判断，具体包括：
...【技术特征摘要】
1.一种电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的fpga单元包括：
3.根据权利要求2所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的fpga单元还包括：
4.根据权利要求2所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，当组帧数据时，组帧格式为包头位、数据位和校验和位，包头为包括单相位、采样率位、数据长度位、瞬态指令位。
5.根据权利要求4所述的电缆早期故障智能检测系统，其特征在于，所述的组帧成的数据包中，包头位的位宽长度为64位，数据位的位宽长度为8*1024位，校验和位的位宽长度为32位。
6.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：于志鹏，许永鹏，孙炜昊，付志扬，李卓潇，陈天，臧奕茗，严英杰，刘亚东，江秀臣，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。