[发明专利]基于电流方差的电弧检测

说明书

描述了电弧故障检测装置和方法。周期性地测量源与负载之间的电流。推导出该周期性测量的电流值的方差，并且可基于该推导出的方差来检测电弧故障。可基于增加至高于阈值水平的该推导出的方差来使方差间隔信号递增，并且低通滤波器被布置成基于该递增的方差间隔信号来检测电弧。

相关申请

本申请要求2017年10月11日提交的标题为“Arc Detection Based on Varianceof Current Flow”的美国临时申请序列62/570,959的权益，该专利申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及检测电流电弧，并且具体地涉及检测电路中的电流电弧。

背景技术

配电系统存在于许多环境中。例如，住宅建筑、商业建筑、工业环境、汽车、飞机、轮船、火车等通常都具有某种类型的配电系统。配电系统中的各种故障可导致电弧放电的发生，这会给系统带来起火和/或热损坏的风险。

许多汽车目前使用12伏特配电系统。在该电压下，电弧放电的风险较低。因此，现在许多汽车不包括电弧检测和/或电弧保护装置。然而，现代汽车配电系统中的电压正在增加。例如，一些现代汽车被设计成具有48伏特的配电系统。此外，电动汽车和混合动力汽车通常具有远大于通用12伏汽车配电系统的电压的配电系统。在这些较高的电压下，用于电弧放电的可能性及其相关联的风险增加。因此，汽车中需要电弧检测。

附图说明

图1示出了包括电流方差电弧故障检测器的配电系统的第一示例；

图2示出了包括电流方差电弧故障检测器的配电系统的第二示例；

图3示出了电流方差电弧故障检测器的第一示例；

图4示出了电流方差电弧故障检测器的第二示例；

图5示出了基于电流方差来检测电弧故障的逻辑流程；

图6A至图6D示出了与基于电流方差检测电弧故障相关联的所测量的和/或所推导出的参数的示例性时间曲线；

图7示出了用于从电流方差中检测电弧故障的示例性机器学习模型；并且

图8示出了根据示例性实施方案的存储介质。

具体实施方式

本发明提供了电流电弧检测器和检测电流电弧的方法。本文中详述的实施方案在汽车配电系统的背景下进行描述。然而，这一点是为了方便和清晰的展示，而不是限制性的。本文详述的电流方差电弧检测器以及相关联的方法可被提供用于检测在汽车之外的其他领域(例如，航空电子领域、航空航天领域、住宅、商业领域或需要在配电系统中进行电弧检测的其他环境)中实现的配电系统中的电弧。

一般来讲，配电系统可发生串联或并联电弧。串联电弧放电，主电流继续流经被供电的电负载，并且因此不会增加到超过预期的标称电流值，这使得串联电弧故障的检测难以实现。并联电弧放电时，形成与所连接的负载并联的新的电流通路。根据新的电流通路的阻抗，电弧放电电流可达到短路电流值并被常规电路保护系统检测到。然而，如果所测量的电流未达到所限定的阈值，则并联电弧放电可继续被忽略。因此，在电弧放电电流低于阈值和/或不能与正常工作状态电流区分时，许多常规装置无法检测高阻抗系统中的电弧放电。

电弧放电通常伴随产生宽频谱的干扰和电磁辐射。与这些干扰相关的电弧特征用于检测电弧。然而，使汽车系统中的电弧检测复杂化的事实是，汽车配电系统中的许多电负载的操作条件导致各种不同的时间-电流曲线。许多负载以不同的瞬时行为开启和关闭。脉冲调制的受控负载或开关变换器在配电系统中产生许多干扰。所有这些因素使得电弧检测复杂化，因为难以确定清晰和一致的电弧特征。

与常规电弧检测系统相比，另一个复杂情况是，不能如在交流(AC)电路内通常用于电弧检测的方法那样基于电压和电流的周期性来检测直流(DC)电路内的电弧放电。