[发明专利]一种电力电缆间接热阶跃实验系统及其实验方法

权利要求书

1.一种电力电缆间接热阶跃实验系统，其特征在于：其包括一用于对流入电力电缆的电流期望值U_gi和电流实际值U_fi进行算术运算的算术运算模块，一用于使流入电力电缆的电力电流逼近或达到期望值U_gi的电力电流调节模块ACR，一用于为与其输出端连接的功放及电流型逆变回路模块的电力电子器件提供相应的控制信号U_pwmi的PWM控制回路模块；所述算术运算模块、所述电力电流调节模块ACR依次与所述PWM控制回路模块、所述功放及电流型逆变回路模块串联并通过一开关依次连接一电力电缆系统和一负载；所述功放及电流型逆变回路模块与所述电力电缆系统之间的电路上设置一电流感知元器件，所述电流感知元器件的输出端通过一电流反馈回路模块与所述算术运算模块连接；所述电力电缆系统通过一温度感知元器件与一调理电路模块连接，所述调理电路模块连接一个人计算机，所述个人计算机与电缆系统模型温度转换器双向通信。

2.如权利要求1所述的电力电缆间接热阶跃实验系统，其特征在于：所述电缆系统模型温度转换器基于所述电力电缆系统的n阶热模型，所述n阶热模型包括n阶串联的RC网络，n阶串联的所述RC网络涉及流入所述电力电缆系统的热功率p(t)、所述电力电缆系统外周围空气的温度θ_a、第i阶RC网络的温度θ_i、第i阶RC网络的热阻R_i、第i阶RC网络的热容C_i、流入第i阶RC网络热容中的热功率p_i,1、流经第i阶RC网络热阻并流入下一阶RC网络中的热阻p_i,2，其中1≤i≤n。

3.如权利要求2所述的电力电缆间接热阶跃实验系统，其特征在于：所述电缆系统模型温度转换器遵循如下热传递规律：

$p_{i,1}=C_i\frac{{\mathrm{d\θ}}_i\left(t\right)}{dt}$

$p_{i,2}=\frac{{\mathrm{\θ}}_i\left(t\right)-{\mathrm{\θ}}_{i+1}\left(t\right)}{R_i}$

式中，θ_i(t)为电缆第i阶RC网络的温度；θ_i+1(t)为电缆第i+1阶RC网络的温度。

4.一种如权利要求1到3任一项所述的电力电缆间接热阶跃实验系统的实验方法，包括以下步骤：

1)加热阶段，温度感知元器件采集电力电缆系统的温度信号，并通过调理电路模块将温度信号存放在个人计算机的硬盘上，个人计算机的显示器实时监测电力电缆系统的热状态，当监测到电力电缆系统达到热平衡状态S₀时，合上开关，电流感知元器件感知到的达到热平衡状态S_p的电力电流实际值U_fi经电流反馈回路模块传输至算术运算模块，算术运算模块将U_fi和流入电力电缆的电流期望值U_gi进行算术运算，算术运算结果通过所述电力电流调节模块ACR的调节后，让PWM控制回路模块、功放及电流型逆变回路模块共同作用，利用公用电力产生出恒电流电力，恒电流流入电力电缆系统，进入加热阶段；从电力电缆系统中释放出的热功率升至p而不再变化，电力电缆系统进入热平衡状态S_p，加热阶段结束；

2)自由释放热能阶段，电力电缆系统进入S_p状态后，断开开关，电力电缆系统将存储在其内的热能自由释放；电力电缆系统释放完其中的热能后，其温度将不再发生变化，它又回初始的S₀状态，通过个人计算机采集此阶段的电力电缆系统的温度响应曲线θ_CABL(t)；

3)分析温度阶段，将个人计算机采集的温度响应曲线θ_CABL(t)通过串口送入电缆系统模型温度转换器，电缆系统模型温度转换器利用θ_CABL(t)分析出电缆系统热功率为p的热阶跃温度响应曲线θ(t)，然后，通过串口将θ(t)送回个人计算机，实验结束。