论文题目：建筑配电故障电弧探测器设计
摘要：电力应用越来越广泛的同时,也带来了更大的安全风险,其中威胁最大的当属火灾。相关研究数据表明,建筑电气火灾已成为目前社会危害性最大、人员伤亡最高、财产损失最严重的火灾事故,而电弧故障又是电气火灾的第一大成因,由此可见对电弧故障的研究势在必行。从技术层面分析,建筑配电系统中常见的接地、并联和串联三种交流电弧故障中,对于前两种类型的电弧故障现有的电气保护手段可有效阻断;但就串联电弧故障来说,则缺少能够较为准确对其进行探测的装置,这对建筑配电安全而言是极大的隐患。本文以建筑配电系统中的串联型交流故障电弧为研究对象,提出了一种基于长短时记忆（LSTM）网络的独立式单相串联故障电弧探测器的设计方案。在本方案中,首先通过自主搭建实验平台模拟建筑配电线路中不同条件下的串联交流故障电弧,并通过该平台分别采集线路正常工作和产生串联故障电弧这两种工况下的2～31次电流谐波含量,建立数据集,为串联故障电弧LSTM模型构建提供基础数据。其次,对LSTM识别模型进行构建和对比优化,获取识别性能最佳的识别模型。而后,从软、硬件两方面对故障电弧探测器展开设计。该探测器主要包括数据采集模块,内置LSTM识别模型的核心控制模块及看门狗、显示、警报和通信响应等模块。最后,通过实验验证该设计方案能够有效识别串联交流故障电弧。本设计为建筑配电系统中的串联故障电弧探测提供了新思路,同时也为我国大数据时代下智能消防的构建与实现提供了一定的实验经验。
关键词：建筑配电;串联交流故障电弧;探测器;LSTM;火灾
学科专业：建筑与土木工程（专业学位）
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 研究现状
1.2.1 国外研究现状
1.2.2 国内研究现状
1.2.3 现阶段所存在的问题
1.3 研究内容
2 串联故障电弧实验平台搭建及数据集的建立
2.1 搭建串联故障电弧实验平台
2.1.1 平台总体设计思路
2.1.2 电弧发生装置设计
2.1.3 线路保护单元设计
2.1.4 负载单元设计
2.1.5 数据采集单元设计
2.1.6 上位机设计
2.2 建立数据集
2.2.1 实验准备
2.2.2 实验过程及现象
2.2.3 实验数据整理
2.3 存在问题及对策
2.4 本章小结
3 串联故障电弧LSTM识别模型构建
3.1 LSTM模型架构分析
3.1.1 LSTM模型特点及结构
3.1.2 LSTM模型工作原理分析
3.2 构建识别模型
3.2.1 构造LSTM识别模型
3.2.2 优化LSTM识别模型
3.2.3 模型对比
3.2.4 模型导出
3.3 本章小结
4 建筑配电故障电弧探测器设计
4.1 故障电弧探测器相关技术指标
4.2 故障电弧探测器硬件设计
4.2.1 硬件总体结构设计
4.2.2 信号采集模块设计
4.2.3 主控制模块设计
4.2.4 外围模块设计
4.3 故障电弧探测器软件设计
4.3.1 信号采集程序设计
4.3.2 主程序设计
4.3.3 独立看门狗程序设计
4.3.4 外围模块程序设计
4.4 故障电弧探测器电磁兼容设计
4.5 本章小结
5 故障电弧探测器可靠性验证
5.1 实验中接入串联故障电弧的实验
5.2 串联故障电弧与负载同时接入电路的实验
5.3 上电同时接入串联电弧故障的实验
5.4 验证实验结果分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢