一种电弧宏微观参数关联模型构建方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种电弧宏微观参数关联模型构建方法及装置，其中，方法包括：步骤S1，建立故障电弧的宏观特征模型，得到电弧电流时域和频域计算结果，并对其有效性进行分析；步骤S2，建立故障电弧微观多元模型，得到电弧电流多元微观模型计算结果，并对其有效值进行分析；步骤S3，根据故障电弧的宏观特征模型和故障电弧微观多元模型的计算结果，基于贝叶斯网络、因果森林构建电弧宏微观参数的关联模型。本发明专利技术利用贝叶斯网络方法分析电弧宏微观参数的相关性强弱，并采用因果森林方法得到明确的关联关系，解决模型所得结果数据数量庞大从而处理时容易产生误差，并且更有条理、高效的比对了微观宏观下的数据，从而得出准确的结论。从而得出准确的结论。从而得出准确的结论。

【技术实现步骤摘要】
一种电弧宏微观参数关联模型构建方法及装置


[0001]本专利技术涉及电力系统
，具体涉及一种电弧宏微观参数关联模型构建方法及装置。

技术介绍

[0002]在光伏产品大规模应用之前，应用最为广泛的是交流电。针对交流故障电弧的防治，已有相应的法规、标准测试方法及相应的工业产品——交流故障电弧断路器(AC AFCI)。复杂多样的负荷接入电网对故障电弧特征具有屏蔽性，使其难以被现有保护装置有效感知，故障电弧的发生会造成十分严重的后果，其在燃烧过程中温度能达数千摄氏度，极易引起火灾甚至爆炸事故，严重威胁着电力系统安全运行。这种故障使用常见的断路器等电路保护装置无法保护的。除此之外，产生故障电弧时，线路中的电压会产生波动，电流也会发生突变，这容易造成用电设备故障。由于对故障电弧的研究不够深入透彻，故障电弧的检测和排除变得更加困难，这也对电力设施的安全和可靠性运行带来了严峻的挑战。
[0003]要了解直流故障电弧，首先要分析其物理参数，基于设计的电弧模型方案，可以在直流电网或者光伏系统上建立相关的宏观模型通过仿真得到时频域上电弧的相关数据，对电弧时频多维特征模型进行仿真，并得到了Paukert模型和Paukert模型叠加粉红噪声模型的电流波形图，并对叠加了粉红噪声模型的Paukert模型电流波形图进行了小波分析，分析了他们在频域上的影响；同时通过建立电弧的微观模型分析电弧燃弧后一些重要的物理参数随时间变化的数据。在分析的过程中，宏观模型利用光伏电池、MPPT、boost电路、逆变电路构成系统，进行电弧仿真；微观模型建立一个电弧等离子体，通过一系列非线性偏微分方程来描述各物理场域，从而建立电弧的MHD数学模型。最后得出数据之后，分析直流故障电弧物理参数对时频特征的影响规律分析。
[0004]电弧的数值模拟可以从微观和宏观的两个角度来展开，这两者不是割裂开来的，而是相辅相成的。电弧最直观的表现是它的宏观物理量，例如压力、速度、电位等等。如果发生电弧时，同时又有足够的测量手段，那么这些宏观事物都是我们能够看到、测到和感受到的。但为了从数值计算的角度来获得宏观量，又不得不去研究电弧微观粒子的行为。要达到一个从微观进入宏观的效果，微观的物理特征作为输入量研究他们对宏观参数值之间的影响。
[0005]目前，电弧微观参数的计算现有一些已有基础，但绝大部分研究和文献都是针对真空电弧、空气电弧，电弧的特征计算也有一定的成果，绝大部分是针对故障电弧模拟的，但故障电弧的模拟层次仅仅停留在特征提取这一层面，没有对故障电弧的微观参数计算进行同步的调查研究，所以，当一些微观参数：如温度、压力、电位变化时，导致电弧特征产生变化从而引起事故，但却无法挖掘到原因，从而对检测造成一定的困难。所以，电弧微观参数和特征参数之间的关联性仍需深究。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种电弧宏微观参数关联模型构建方法及装置，以更有条理、高效地比对微观宏观下的数据，从而得出准确的结论。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种电弧宏微观参数关联模型构建方法，包括：
[0008]步骤S1，建立故障电弧的宏观特征模型，得到电弧电流时域和频域计算结果，并对其有效性进行分析；
[0009]步骤S2，建立故障电弧微观多元模型，得到电弧电流多元微观模型计算结果，并对其有效值进行分析；
[0010]步骤S3，根据故障电弧的宏观特征模型和故障电弧微观多元模型的计算结果，基于贝叶斯网络、因果森林构建电弧宏微观参数的关联模型。
[0011]进一步地，所述步骤S1以Matlab为仿真平台开始搭建电弧特征模型，得到电弧电流时域计算结果如下：
[0012][0013]其中，I0是输出电流，U
d
是二极管两端产生的电压，k为波尔兹曼常数，q为电子电量，T为热力学温度；
[0014]I＝I
ph
‑
I
d
‑
I
h
[0015]其中，I是输出电流，I
ph
是光伏产生的电流，I
d
是二极管中的电流，I
h
是电阻电流；
[0016]U＝U
d
‑
R
s
I
[0017]其中，U为输出电压，R
s
为等效电阻。
[0018]进一步地，所述步骤S1获得电弧电流频域计算结果的方式是：对粉红噪声模型+Paukert模型所得到的电流信号进行小波分解，选用
’
Rbio3.1
’
作为小波基，将电流信号进行6层小波树分解。
[0019]进一步地，所述步骤S2建立故障电弧微观多元模型的具体方式是：建立一个电弧等离子体，通过一系列非线性偏微分方程来描述各物理场域，从而建立电弧的MHD数学模型，作为所述故障电弧微观多元模型。
[0020]进一步地，所述步骤S3具体包括：
[0021]应用因果森林方法将故障电弧的宏观特征模型计算得到的电压电流以及故障电弧微观多元模型计算得到的压力、电位、速度的事故因果关系链综合在一起，得到新的致因链；
[0022]将故障电弧的宏观特征模型的波形图导出变成数据结果，设置1e
‑
6s的时间为一个步长，取1000个数据；故障电弧的微观多元模型取同样的步长和数据量，将Fluent生成的cas和dat文件导入到Tecplot中，最终导出压力、速度、电位数据，并使用贝叶斯网络对微观特征进行相应的重要性排序，从而得到微观参数和宏观电压电流特征之间的关系。
[0023]本专利技术还提供一种电弧宏微观参数关联模型构建装置，包括：
[0024]第一构建模块，用于建立故障电弧的宏观特征模型，得到电弧电流时域和频域计算结果，并对其有效性进行分析；
[0025]第二构建模块，用于建立故障电弧微观多元模型，得到电弧电流多元微观模型计
算结果，并对其有效值进行分析；
[0026]第三构建模块，用于根据故障电弧的宏观特征模型和故障电弧微观多元模型的计算结果，基于贝叶斯网络、因果森林构建电弧宏微观参数的关联模型。
[0027]进一步地，所述第一构建模块以Matlab为仿真平台开始搭建电弧特征模型，得到电弧电流时域计算结果如下：
[0028][0029]其中，I0是输出电流，U
d
是二极管两端产生的电压，k为波尔兹曼常数，q为电子电量，T为热力学温度；
[0030]I＝I
ph
‑
I
d
‑
I
h
[0031]其中，I是输出电流，I
ph
是光伏产生的电流，I
d
是二极管中的电流，I
h
是电阻电流；
[0032]U＝U
d
‑
R
s
I
[0033]其中，U为输出电压，R
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧宏微观参数关联模型构建方法，其特征在于，包括：步骤S1，建立故障电弧的宏观特征模型，得到电弧电流时域和频域计算结果，并对其有效性进行分析；步骤S2，建立故障电弧微观多元模型，得到电弧电流多元微观模型计算结果，并对其有效值进行分析；步骤S3，根据故障电弧的宏观特征模型和故障电弧微观多元模型的计算结果，基于贝叶斯网络、因果森林构建电弧宏微观参数的关联模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1以Matlab为仿真平台开始搭建电弧特征模型，得到电弧电流时域计算结果如下：其中，I0是输出电流，U
d
是二极管两端产生的电压，k为波尔兹曼常数，q为电子电量，T为热力学温度；I＝I
ph
‑
I
d
‑
I
h
其中，I是输出电流，I
ph
是光伏产生的电流，I
d
是二极管中的电流，I
h
是电阻电流；U＝U
d
‑
R
s
I其中，U为输出电压，R
s
为等效电阻。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1获得电弧电流频域计算结果的方式是：对粉红噪声模型+Paukert模型所得到的电流信号进行小波分解，选用
’
Rbio3.1
’
作为小波基，将电流信号进行6层小波树分解。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2建立故障电弧微观多元模型的具体方式是：建立一个电弧等离子体，通过一系列非线性偏微分方程来描述各物理场域，从而建立电弧的MHD数学模型，作为所述故障电弧微观多元模型。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：应用因果森林方法将故障电弧的宏观特征模型计算得到的电压电流以及故障电弧微观多元模型计算得到的压力、电位、速度的事故因果关系链综合在一起，得到新的致因链；将故障电弧的宏观特征模型的波形图导出变成数据结果，设置1e
‑
6s的时间为一个步长，取1000个数据；故障电弧的微观多元模型取同样的步长和数据量，将Fluent生成的cas和dat文件导入到Tecplot中，最终导出压力、速度、电位数据，并使用贝叶斯网络对微观特征进行相应的重要性排序，从而得到微观参数和宏观电压电流特征之间的关系。6.一种电弧宏微观参数关联模型构建...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，王静，李颖杰，张宇森，何沂琛，
申请(专利权)人：深圳供电局有限公司，
类型：发明
国别省市：