[發明專利]基于Matlab/Simulink的交流故障電弧仿真方法

有效

• 申請號: 201310377074.2
• 申請日: 2013-08-26
• 公開（公告）號: CN103400019A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 劉鵬;張峰;張士文
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

技術領域

本發明涉及一種交流故障電弧仿真方法，尤其是涉及一種基于Matlab/Simulink的交流故障電弧仿真方法。

背景技術

隨著社會經濟的不斷發展，火災事故的數量也伴隨城市建設與社會發展而同比上升，住宅內部或家用電器內部線路由于長時間運行和受外力影響，會造成線路絕緣老化、脫落甚至斷裂。這樣會導致串、并聯電弧的產生，電弧燃燒時會產生局部高溫極易引燃周圍的可燃物造成火災。因此，完善低壓電弧的動態模型有助于我們更好地認識電弧的燃燒過程，也為低壓電弧的檢測提供更多的途徑。

電弧動態模型是長期以來很多科學工作者集中研究的對象，其中包括兩種研究方法。一種方法是研究其物理-數學模型，即是研究電弧燃燒時的物理過程，根據能量守恒定律和弧柱等離子體特征寫出微分方程組，求解出電弧的數學表達式，以克西(Cassie)模型和麥也爾(Mayr)模型為代表。另一種方法是研究電弧純粹的數學模型，即為黑盒模型。它將電弧當做為一個兩端的元件，僅描述電弧燃燒時的外部特性，以Beland模型和Matthews模型為代表。然而現有的Mayr模型不能準確的描述電弧燃燒時的物理過程，因此和實際的電弧實驗數據有所差別；Matthews模型將電弧燃燒時電弧兩端的電壓作為常數，而電弧實際在燃燒時，電弧兩端的電壓不是一成不變的，是通過線路的電流值的函數，因此Matthews模型也不能準確的模擬交流電弧燃弧時，電弧兩端電壓和電流的變化。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種仿真精度高、精確分析電弧動態特性、通用性強的基于Matlab/Simulink的交流故障電弧仿真方法。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于Matlab/Simulink的交流故障電弧仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)基于直流電弧的數學模型，根據電弧靜特性和動特性的關系，對電弧的動態伏安特性的數學模型提出假設，從而建立阻性系統和阻感性系統中的低電壓串聯交流故障電弧動態數學模型；

2)通過對交流故障電弧動態數學模型的分析，確定交流故障電弧的燃燒過程；

3)根據交流故障電弧的燃燒過程和動態數學模型，通過Matlab/Simulink軟件建立交流故障電弧的仿真模型；

4)在阻性系統和阻感性系統中運行交流故障電弧的仿真模型，并輸出仿真模型的仿真結果。

所述的步驟1)具體為：

11)直流電弧的數學模型可由Ayrton的經驗公式來表達如下：

Ua=A+BIa]]>

式中U_a為直流電弧兩端電壓，I_a為直流電弧電流，A、B為常數；

12)根據電弧靜特性和動特性的關系和靜特性的Ayrton經驗公式，對電弧的動態伏安特性的數學模型提出假設公式為：

ua=a+bia+c]]>

式中u_a為交流電弧兩端電壓，i_a為交流電弧電流，a、b、c為常數；

13)當系統為阻性系統時，設負載電阻為R；

設輸入的交流電壓源為u_s(t)，且

u_s(t)=U_msinωt，其中U_m為交流電最大值、ω為交流電頻率

阻性系統中的低電壓串聯交流故障電弧動態數學模型如下：