[发明专利]基于Matlab/Simulink的交流故障电弧仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种交流故障电弧仿真方法，尤其是涉及一种基于Matlab/Simulink的交流故障电弧仿真方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，火灾事故的数量也伴随城市建设与社会发展而同比上升，住宅内部或家用电器内部线路由于长时间运行和受外力影响，会造成线路绝缘老化、脱落甚至断裂。这样会导致串、并联电弧的产生，电弧燃烧时会产生局部高温极易引燃周围的可燃物造成火灾。因此，完善低压电弧的动态模型有助于我们更好地认识电弧的燃烧过程，也为低压电弧的检测提供更多的途径。

电弧动态模型是长期以来很多科学工作者集中研究的对象，其中包括两种研究方法。一种方法是研究其物理-数学模型，即是研究电弧燃烧时的物理过程，根据能量守恒定律和弧柱等离子体特征写出微分方程组，求解出电弧的数学表达式，以克西(Cassie)模型和麦也尔(Mayr)模型为代表。另一种方法是研究电弧纯粹的数学模型，即为黑盒模型。它将电弧当做为一个两端的元件，仅描述电弧燃烧时的外部特性，以Beland模型和Matthews模型为代表。然而现有的Mayr模型不能准确的描述电弧燃烧时的物理过程，因此和实际的电弧实验数据有所差别；Matthews模型将电弧燃烧时电弧两端的电压作为常数，而电弧实际在燃烧时，电弧两端的电压不是一成不变的，是通过线路的电流值的函数，因此Matthews模型也不能准确的模拟交流电弧燃弧时，电弧两端电压和电流的变化。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种仿真精度高、精确分析电弧动态特性、通用性强的基于Matlab/Simulink的交流故障电弧仿真方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于Matlab/Simulink的交流故障电弧仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基于直流电弧的数学模型，根据电弧静特性和动特性的关系，对电弧的动态伏安特性的数学模型提出假设，从而建立阻性系统和阻感性系统中的低电压串联交流故障电弧动态数学模型；

2)通过对交流故障电弧动态数学模型的分析，确定交流故障电弧的燃烧过程；

3)根据交流故障电弧的燃烧过程和动态数学模型，通过Matlab/Simulink软件建立交流故障电弧的仿真模型；

4)在阻性系统和阻感性系统中运行交流故障电弧的仿真模型，并输出仿真模型的仿真结果。

所述的步骤1)具体为：

11)直流电弧的数学模型可由Ayrton的经验公式来表达如下：

Ua=A+BIa]]>

式中U_a为直流电弧两端电压，I_a为直流电弧电流，A、B为常数；

12)根据电弧静特性和动特性的关系和静特性的Ayrton经验公式，对电弧的动态伏安特性的数学模型提出假设公式为：

ua=a+bia+c]]>

式中u_a为交流电弧两端电压，i_a为交流电弧电流，a、b、c为常数；

13)当系统为阻性系统时，设负载电阻为R；

设输入的交流电压源为u_s(t)，且

u_s(t)=U_msinωt，其中U_m为交流电最大值、ω为交流电频率

阻性系统中的低电压串联交流故障电弧动态数学模型如下：