[發明專利]一種阻抗電弧模型及其仿真方法有效
| 申請號： | 202010991703.0 | 申請日： | 2020-09-21 |
| 公開（公告）號： | CN112131735B | 公開（公告）日： | 2022-07-12 |
| 發明（設計）人： | 鮑光海;高小慶 | 申請（專利權）人： | 福州大學 |
| 主分類號： | G06F30/20 | 分類號： | G06F30/20 |
| 代理公司： | 福州元創專利商標代理有限公司 35100 | 代理人： | 錢莉;蔡學俊 |
| 地址： | 350108 福建省福州市*** | 國省代碼： | 福建;35 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 一種 阻抗 電弧 模型 及其 仿真 方法 | ||
1.一種阻抗電弧模型，其特征在于：包括交流電源、電源側等效線路參數Z1、負載ZL、負載側等效線路參數Z2、理想開關K、等效電弧參數Za；所述交流電源與所述電源側等效線路參數Z1連接，所述電源側等效線路參數Z1與所述理想開關K連接，所述理想開關K還與所述負載側等效線路參數Z2連接，所述負載側等效線路參數Z2還與所述負載ZL連接；
所述阻抗電弧模型還包括理想開關K1、理想開關K2和理想開關K3；所述電源側等效線路參數Z1等效為電阻R1、電感L1和電容C1，所述電阻R1與電感L1串聯后與電容C1并聯；所述負載ZL采用電阻RL或電感LL；所述負載側等效線路參數Z2等效為電阻R2、電感L2和電容C2，所述電阻R2與電感L2串聯后與電容C2并聯；所述等效電弧參數Za等效為等效電弧電阻Ra、弧柱電感La和弧隙電容Ca，所述等效電弧電阻Ra與弧柱電感La串聯后和弧隙電容Ca并聯；所述交流電源的一端與所述電阻R1的一端連接，所述電阻R1的另一端與所述電感L1的一端連接，所述電感L1的另一端分別與理想開關K一端和電容C1的一端連接；所述理想開關K的另一端與所述電阻R2的一端連接，所述電阻R2的另一端與所述電感L2的一端連接，所述電感L2的另一端分別與所述電容C2的一端和負載ZL的一端連接，所述負載ZL的另一端、所述電容C2的另一端、所述電容C1的另一端均與所述交流電源的另一端連接；若所述電感L1的另一端與所述理想開關K2的一端連接，所述理想開關K2的另一端與所述等效電弧電阻Ra的一端連接，所述等效電弧電阻Ra的另一端和弧柱電感La的一端連接，所述弧柱電感La的另一端與所述電阻R2的一端連接，則組成電弧阻抗支路低頻通路；若所述電感L1的另一端與所述理想開關K3的一端連接，所述理想開關K3的另一端與所述弧隙電容Ca的一端連接，所述弧隙電容Ca的另一端與所述電阻R2的一端連接，則組成電弧阻抗支路高頻通路。
2.根據權利要求1所述的一種阻抗電弧模型，其特征在于：在出現故障時電弧呈現周期性熄滅和重燃；電弧熄滅時，等效電弧電阻Ra很大，弧柱電感La忽略不計，此時所述電感L1的另一端與所述理想開關K1的一端連接，所述理想開關K1的另一端與所述等效電弧電阻Ra的一端連接，所述等效電弧電阻Ra的另一端與所述電阻R2的一端連接，則組成電弧阻抗支路低頻通路；電弧熄滅時，相當于斷開理想開關K和K2，僅閉合理想開關K1；電弧燃燒時，等效電弧電阻Ra很小，弧柱電感La計入，相當于斷開理想開關K和K1，僅閉合理想開關K2；無論是電弧熄滅還是重燃狀態，由于弧隙電容Ca的存在，高頻通路始終是存在的；電弧電流高頻分量呈現為高頻脈沖，其對應的理想開關K3以很高的頻率分斷和閉合。
3.根據權利要求1所述的一種阻抗電弧模型的仿真方法，其特征在于：包括以下內容：在仿真軟件中搭載信號發生系統，所述信號發生系統包括低頻通路、高頻通路、故障電弧觸發源模塊、第一邏輯非模塊、理想開關K、邏輯信號疊加模塊、高斯白噪聲信號發生模塊、電流信號存儲模塊和顯示模塊；
所述故障電弧觸發源模塊通過所述第一邏輯非模塊與所述理想開關K連接，所述理想開關K分別與所述低頻通路和所述高頻通路連接，用以控制低頻通路和高頻通路的通斷；所述高斯白噪聲信號發生模塊用于模擬實際電流互感器在真實環境中信號采集時所具有的未知噪聲，所述邏輯信號疊加模塊用于低頻電流與高頻電流的信號疊加，以構成完整的電流信號；所述電流信號存儲模塊用于將完整的電流信號存儲在MATLAB的工作區，并存儲為.mat格式的電弧數據文件；所述顯示模塊用于顯示仿真過程產生電流波形隨時間的變化情況；
所述低頻通路中電容C1和電容C2忽略不計，所述低頻通路包括常數模塊、閾值開關、第二邏輯非模塊、第一理想開關K1、第二理想開關K2、等效電弧電阻Ra、弧柱電感La、電阻R2、電感L2、電壓互感器、絕對值模塊、電源模塊、電阻R1、電感L1、第一電流互感器和阻性負載；對于低頻通路，電弧支路是高電阻還是低電阻，取決于燃弧狀態，即取決于電源電壓是否超過燃弧電壓；經過所述電壓互感器采集瞬時電壓，所述絕對值模塊將電壓信號轉換為非負實數值，用于與閾值開關設定的閾值相比較，當電源電壓絕對值超過設定的閾值時，所述閾值開關連通常數模塊中的常數1即邏輯1信號，一方面該邏輯1信號經第二邏輯非模塊轉化為邏輯0信號，控制理想開關K1斷開，關斷高電弧電阻支路；另一方面該邏輯1信號控制理想開關K2閉合，導通低電弧電阻支路；當電源電壓絕對值未超過設定的閾值時，所述閾值開關連通常數模塊中的常數0即邏輯0信號，一方面該邏輯0信號經第二邏輯非模塊轉化為邏輯1信號，控制理想開關K1閉合，導通高電弧電阻支路；另一方面該邏輯0信號控制理想開關K2斷開，關斷低電弧電阻支路，最終得到低頻電流；
所述高頻通路包括高頻伯努利信號發生器、第三理想開關K3、第四理想開關K4、電阻R1、電感L1、電容C1、電源模塊、弧隙電容Ca、電阻R2、電感L2、第二電流互感器、電容C2和阻性負載；對于高頻通路，其對應理想開關K3是高速分合的，并具有隨機性，在仿真中使用高頻伯努利信號發生器產生滿足伯努利分布的0和1信號序列，用以控制理想開關K3的分合；由于設定的是高頻伯努利信號發生器生成0和1的概率，而非指定具體的序列，所以能使高頻通路的分合具有隨機性；所述故障電弧觸發源模塊中的觸發源在達到指定的觸發時刻之前，輸出邏輯0信號，一方面直接控制理想開關K4斷開，斷開高頻通路，另一方面經邏輯非模塊轉換成邏輯1信號，控制理想開關K閉合，將低頻通路短路，最終得到高頻電流；將得到的低頻電流與高頻電流通過所述邏輯信號疊加模塊進行信號疊加，以構成完整的電流信號。
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