一种改进阻抗电弧模型的建立方法、装置、设备及其介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种改进阻抗电弧模型的建立方法、装置、设备及其介质,包括在Cass i e模型基础上，建立电弧模型等效电路；等效电路工频条件下，将其表达为以10ms周期阻抗函数，稳定燃烧时等效为时变电导，熄灭和重新起弧时等效为含有LC与RC振荡时变阻抗；对Cass i e模型方程微分求解得电弧电阻动态表达式；电弧电流接近自然过零时，根据动态表达式，忽略瞬时电流，得到电弧电导初值；电弧稳定燃烧时，电弧电阻等效为时变电导，根据负载总阻抗，得到电弧最大电导值；根据电导初值和最大电导值，得电弧阻抗Z_a表达式，生成改进阻抗电弧模型。传统Cass i e和Mayr模型不考虑近极区效应、电晕放电等现象，将电弧等效为单一时变电阻，实际情况下，无法准确描述故障电弧具有特征。无法准确描述故障电弧具有特征。无法准确描述故障电弧具有特征。

【技术实现步骤摘要】
一种改进阻抗电弧模型的建立方法、装置、设备及其介质


[0001]本专利技术涉及故障电弧领域，具体涉及一种改进阻抗电弧模型的建立方法、装置、设备及其介质。

技术介绍

[0002]随着国民经济的发展和人民生活水平的不断提高，各类电器的使用越来越广泛，且用电量呈现逐年上升的趋势，使得对用电安全、负载设备稳定性及用电线路可靠性的要求也越来越苛刻。根据中国公安部消防局公布的数据，从2010年到2019年全国电气火灾共发生78.62万起，占历年总火灾起数的32.4％，位居各类已知火灾原因之首。低压配电线路产生的故障电弧，能够产生高温、电弧、电火花以及非故障性释放的能量，是引起电气火灾的最主要原因。在低压配电系统的某些情况下，电器的正常工作电流与电弧故障电流波形非常相似，难以区分；因此，对故障电弧的特征进行准确分析具有重要意义。
[0003]早期对故障电弧的研究主要依赖于实验，但实验现象和结果难以准确提取，使得故障电弧模型仿真成为研究其特性的重要方法。电弧模型是指在能量平衡的基础上将电弧当做一个圆柱形的气体通道，其电导随能量而变化，20世纪初，国外学者基于能量平衡理论分别从对流散热和传导散热出发提出了Mayr和Cassie模型，均属于经典的电弧数学模型。这些模型中都包含电弧时间常数和电弧散热功率这两个参数，需要在不同工作状况下进行大量的试验来确定。其中，Mayr模型主要体现电弧电流过零后的故障特征，而Cassie模型主要体现电弧电流过零前的故障特征，为避免故障电弧的危害，过零前的故障特征对电弧故障早期预测起着关键作用，因此，对Cassie模型进行改进是有必要的；而现有的电弧模型主要基于Mayr模型进行改进，能够模拟阻性负载和阻感性负载下电弧电流波形，但在电弧电流零休时间、过零前后电流变化率以及高频和低频振荡的故障特征具有一定局限性；且传统Cassie和Mayr模型不考虑近极区效应、电晕放电等现象，将电弧等效为单一时变电阻，而在实际情况下，仅用单一时变电阻等效是无法准确描述故障电弧具有的特征。
[0004]有鉴于此，提出本申请。

技术实现思路

[0005]本专利技术公开了一种改进阻抗电弧模型的建立方法、装置、设备及其介质，旨在解决现有的电弧模型主要基于Mayr模型进行改进，能够模拟阻性负载和阻感性负载下电弧电流波形，但在电弧电流零休时间、过零前后电流变化率以及高频和低频振荡的故障特征具有一定局限性；且传统Cassie和Mayr模型不考虑近极区效应、电晕放电等现象，将电弧等效为单一时变电阻，而在实际情况下，仅用单一时变电阻等效是无法准确描述故障电弧具有的特征的问题。
[0006]本专利技术第一实施例提供了一种改进阻抗电弧模型的建立方法，包括：
[0007]在Cassie模型的基础上，建立电弧模型的等效电路；其中，在所述等效电路中，在工频条件下，将其表达为以10ms周期的阻抗函数，电弧在稳定燃烧期间等效为一个时变电
导，在电弧熄灭和重新起弧期间等效为含有LC振荡与RC振荡的时变阻抗；
[0008]对于Cassie电弧模型方程进行微分并求解得到电弧电阻的动态表达式；
[0009]当电弧电流接近自然过零时，根据所述动态表达式，忽略电弧瞬时电流，得到电弧电导初值；
[0010]在电弧稳定燃烧时，电弧电阻等效为一个时变电导，根据负载的总阻抗，得到电弧熄灭和重燃区间的电弧最大电导值；
[0011]根据所述电弧电导初值和所述电弧最大电导值，获得电弧阻抗Z_a的表达式，以生成改进阻抗电弧模型。
[0012]优选地，所述电弧模型的等效电路包括电流源、时变电导等效电路、时变阻抗等效电路以及理想开关，其中，所述电流源与所述时变电导等效电路串联，所述时变电导等效电路通过所述理想开关与所述时变阻抗等效电路并联。
[0013]优选地，所述时变电导等效电路包括阻感负载、第一电容、以及电弧电阻，其中，所述阻感负载与所述第一电容并联后与所述电弧电阻串联，所述电流源的一端与所述阻感负载的一端电气连接，所述阻感负载的另一端分别与所述电弧电阻的一端、所述理想开关的一端、所述第一电容的一端电气连接，所述理想开关的另一端、所述电弧电阻的另一端均与所述时变阻抗等效电路电气连接，所述电弧电阻的另一端、所述第一电容的另一端均与所述电流源的另一端电气连接。
[0014]优选地，所述时变阻抗等效电路包括电阻、第二电容、电感、以及第三电容，所述电阻与所述第二电容串联，所述电感与所述第三电容串联，所述电阻和所述第二电容与所述电感和所述第三电容并联，所述理想开关的另一端与所述电阻的一端、所述电感的一端电气连接，所述电阻的另一端与所述第二电容的一端电气连接，所述电感的另一端与所述第三电容的一端电气连接，所述第二电容的另一端、所述第三电容的另一端均与所述电弧电阻的另一端电气连接。
[0015]优选地，所述电弧阻抗Z_a的表达式如下：
[0016][0017]式中，G
a
为电弧熄灭和重燃区间的电弧最大电导值，G0为电弧电导初值，C
a
为第一电容，L
a
为阻感负载，R
RC
为电阻，C
RC
为第二电容，L
LC
电感，C
LC
为第三电容，C1为所述时变阻抗等效电路中的RC振荡值，C2为所述时变阻抗等效电路中的LC振荡值，θ为电弧时间常数，区间(t
A
,t
B
)和区间(t
D
,t
E
)为电弧稳定燃烧区间，区间(t
B
,t
C
)为电弧熄灭区间，区间(t
C
,t
D
)为电弧重燃区间。
[0018]优选地，在根据所述电弧电导初值和所述电弧最大电导值，获得电弧阻抗Z_a的表达式，以生成改进阻抗电弧模型之后，还包括：
[0019]通过Matlab搭建与电弧阻抗Z_a的表达式相应的改进阻抗电弧等效电路仿真模型；
[0020]利用改进阻抗电弧等效电路仿真模型对改进阻抗电弧模型进行分析验证。
[0021]优选地，利用改进阻抗电弧等效电路仿真模型对改进阻抗电弧模型进行精度验证，具体为：
[0022]获取Matlab中所述改进阻抗电弧等效电路仿真模型将输入经过仿真得到仿真输出电压；
[0023]将仿真输出电流和传统Cassie模型的输出电流进行对比，从而对所述改进阻抗电弧模型进行分析验证。
[0024]本专利技术第二实施例提供了一种改进阻抗电弧模型的建立装置，包括：
[0025]等效电路建立单元，用于在Cassie模型的基础上，建立电弧模型的等效电路；其中，在所述等效电路中，在工频条件下，将其表达为以10ms周期的阻抗函数，电弧在稳定燃烧期间等效为一个时变电导，在电弧熄灭和重新起弧期间等效为含有LC振荡与RC振荡的时变阻抗；
[0026]动态表达式获取单元，用于对于Cassie电弧模型方程进行微分并求解得到电弧电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改进阻抗电弧模型的建立方法,其特征在于，包括：在Cassie模型的基础上，建立电弧模型的等效电路；其中，在所述等效电路中，在工频条件下，将其表达为以10ms周期的阻抗函数，电弧在稳定燃烧期间等效为一个时变电导，在电弧熄灭和重新起弧期间等效为含有LC振荡与RC振荡的时变阻抗；对于Cassie电弧模型方程进行微分并求解得到电弧电阻的动态表达式；当电弧电流接近自然过零时，根据所述动态表达式，忽略电弧瞬时电流，得到电弧电导初值；在电弧稳定燃烧时，电弧电阻等效为一个时变电导，根据负载的总阻抗，得到电弧熄灭和重燃区间的电弧最大电导值；根据所述电弧电导初值和所述电弧最大电导值，获得电弧阻抗Z_a的表达式，以生成改进阻抗电弧模型。2.根据权利要求1所述的改进阻抗电弧模型的建立方法,其特征在于，所述电弧模型的等效电路包括电流源、时变电导等效电路、时变阻抗等效电路以及理想开关，其中，所述电流源与所述时变电导等效电路串联，所述时变电导等效电路通过所述理想开关与所述时变阻抗等效电路并联。3.根据权利要求2所述的改进阻抗电弧模型的建立方法,其特征在于，所述时变电导等效电路包括阻感负载、第一电容、以及电弧电阻，其中，所述阻感负载与所述第一电容并联后与所述电弧电阻串联，所述电流源的一端与所述阻感负载的一端电气连接，所述阻感负载的另一端分别与所述电弧电阻的一端、所述理想开关的一端、所述第一电容的一端电气连接，所述理想开关的另一端、所述电弧电阻的另一端均与所述时变阻抗等效电路电气连接，所述电弧电阻的另一端、所述第一电容的另一端均与所述电流源的另一端电气连接。4.根据权利要求3所述的改进阻抗电弧模型的建立方法，其特征在于，所述时变阻抗等效电路包括电阻、第二电容、电感、以及第三电容，所述电阻与所述第二电容串联，所述电感与所述第三电容串联，所述电阻和所述第二电容与所述电感和所述第三电容并联，所述理想开关的另一端与所述电阻的一端、所述电感的一端电气连接，所述电阻的另一端与所述第二电容的一端电气连接，所述电感的另一端与所述第三电容的一端电气连接，所述第二电容的另一端、所述第三电容的另一端均与所述电弧电阻的另一端电气连接。5.根据权利要求4所述的改进阻抗电弧模型的建立方法，其特征在于，所述电弧阻抗Z_a的表达式如下：式中，G
a
为电弧熄灭和重燃区间的电弧最大电导值，G0为电弧电导初值，C
a
为第一电容，L
a
为阻感负载，R
RC
为电阻，C
RC
为第二电容，L
LC
电感，C
LC
为第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：江永鑫，陈丽安，
申请(专利权)人：厦门理工学院，
类型：发明
国别省市：