基于MATLAB的电弧故障模型仿真研究.docx

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1、基于MATLAB的电弧故障模型仿真研究目前:对串联故障电弧的模拟，多为搭建专门的AFCI实验环境。但创造一个实验环境来模拟故障电弧花费昂贵，在一个实际的电力系统上模拟故障电弧，不但代价昂贵，而且操作起来也比较困难。因此，寻求故障电弧的数字仿真模型显得尤为重要。本文是运用弧隙能量平衡微分方程，构建串联故障电弧模型，故障电弧数学模型的选择对故障电弧进行的研究，需搭建专门的实验环境来分别模拟串联故障电弧、并联故障电弧和接地故障电弧，这样不仅费用高昂，而且实际操作起来也比较困难。因此，找到比较好的故障电弧仿真模型则具有重要意义。荷兰代尔夫特理工大学的电弧研究者们曾使用Mathworks公司的Matla

2、b6.x软件开发出了包含7种电弧模型的电弧模型库(AMB)。这7种电弧模型分别是Kema模型、Habedank模型、Schavemaker模型、Mayr模型、Schwarz模型、Cassie模型以及ModifiedMayr模型。采用Cassie模型和Mayr电弧模型经常用于低压配电线路运行中，能为实际故障电弧的研究提供参考。经前人研究探索表明(41Mayr模型比较适合于高电阻负载状态的电路，比较正确地反映了电流过零后电弧电阻继续增长的实际情况。而Cassie模型比较适合于低电阻电弧的数学模型，它较正确地反映了电弧中电流过零前的过程，这样得出的电弧电压为常数，与前人的结论相符。下面以Cassie

3、电弧模型为例进行介绍：Cassie认为，电弧具有圆柱形气体通道的形状，其截面有均匀分布的温度。该通道有相当明确的界限即直径，在直径以外其电导是相当小的。假定通过这个电弧通道的电流发生变化，则其直径也同时变化但温度不变，即认为电弧的温度在空间和时间上都是不变的。在工频电流波的大部分上，电弧电压梯度保持常数。因此，能量和能量散出的速度与双柱横截面的变化成正比。能量的放出是由于气流或与气流有关的弧柱变形过程所造成的。Cassie在考虑电弧模型时假定：(1)弧是具有圆柱形的气体通道，其截面有均匀分布的温度；(2)弧通道具有相当明确的界限，即直径，在直径以外气体电导率很小；(3)假如通过电弧通道的电流变

4、化，则其直径也同时变化，但是温度没有变化：认为电弧的温度在空间和时间上都保持不变；(4)电弧等离子体的能量和能量散出速度与弧柱横截面的变化成正比，能量散出是因为气流或与气流有关的弧柱变化过程所造成，不考虑从电极散出的能量。因此，Cassie电弧模型经推导可表示为：(2-2)1 ding”-。：其中，g为电弧电导；为电弧电压；7为Cassie方程中定义的电弧时间常数；为电弧电压常数。2-3-1 MATLAB电弧模型仿真介绍基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿

5、真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2Fig. 2-1 arc simulation model in MATLAB在MATLAB/Simulink环境下，建立用于检验电弧有效性的简单仿真电路模型，见图2-2

6、。电弧数学模型的仿真参数为：电源电压 =220V,频率/=50Hz,电弧长度，仿真时间到0.1s结束。电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型

7、子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simuli

8、nk环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，

9、运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，

10、提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simul

11、ink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真

12、模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制

13、电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1

14、(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型基于Simulink故障电弧仿真电路模型的搭建MATLAB/Simulink是对动态系统进行建模、仿真的软件包，提供了功能强大的数据和图形处理功能，而且可以在较长的时间范围内仿真。随着电力系统模块库的逐渐完善，运用MATLAB/Simulink建立整个电弧仿真模型变得简单而有效。在MATLAB/Simulink环境下，利用Power System模块库搭建电弧的仿真模型见图1 (a),其中的电弧仿真模型子系统见图1(b)。图1(b)中的DEE模块为微分方程编辑器，用于实现文中电弧模型的微分方程，阶跃模块用于控制电弧的起弧时间，定值检测模块用于检测电弧电流的过零点。连接点1连接点1 连接点2 连接点2电弧仿真模型(a)电弧仿真模型(b)电弧仿真模型子系统图2-1 MATLAB中的电弧仿真模型