[发明专利]一种低压交流电弧微观状态的宏观表征方法

说明书

本发明提出一种低压交流电弧微观状态的宏观表征方法，所述方法对电弧产生到熄灭的过程进行表征，包括以下步骤：步骤S1、通过电系统测量模块获取电弧电压数据，同时通过光系统测量模块获得电弧等离子体在时域上的连续电弧谱线数据；步骤S2、通过对电弧电压数据进行小波能量谱变换得到电弧电压波形特征值及电压小波能量谱波形；步骤S3、对电弧谱线的Stark计算得到弧隙间电弧电子密度；步骤S4、选取与电子密度变化趋势具有一致性的电压小波能量谱波形，并根据所选取的电压小波能量谱波形来选取对应的电弧电压波形特征值来表征电弧的燃弧状态和趋势；本发明能利用量化的宏观特征参数来定量反馈电弧的状态与趋势。

技术领域

本发明涉及电学技术领域，尤其是一种低压交流电弧微观状态的宏观表征方法。

背景技术

对低压交流电弧的研究并降低其危害一直是低压开关设备的重要研究方向。随着智能化技术的发展，基于智能控制的电弧抑制技术已成为低压开关设备智能控制的重要研究内容，对电弧状态进行在线监测并实现熄弧过程的自适应控制已经成为智能化控制的目标，但是在实际研究中存在的主要难题为：1、电弧实时状态缺乏有效的检测方法；2、电弧抑制的效果无法进行有效的对比和评判，限制了智能控制性能的提高。电弧状态的宏观表征与实时反馈是目前智能化开关设备零电流分断控制过程的关键问题。

目前，在低压交流电弧动态特性方面的研究取得了很多成果，电弧仿真技术为灭弧系统的设计提供了重要的指导意义，但是依然无法解决如何直观判断电弧燃烧特征的难题，也无法将电弧燃烧的三种状态过程统一起来分析，要具象化地给出一个定量的燃弧特征参量依然是一个技术瓶颈。低压交流电弧在操作过程中可直接观测到的宏观特性是其电路特性和图像特性，这些特性更容易通过先进的测量技术来获得并反映电弧的燃弧过程和燃弧特征。国内外学者在仿真研究的基础上，通过实验和测试手段对电弧的电路特性进行了深入的研究，并分析了电弧温度，电弧能量以及恢复电压等参数对电弧运动的影响。但这些研究均只能对电弧的电路特性或图像特性实现离线分析，如采用高速摄像机等获得的电弧亮度、尺寸等量化的特性参数无法提供实时在线分析和处理，研究结果由于缺乏有效的电弧状态表征参数而无法与低压电器的智能控制过程相结合。

本发明通过研究电弧电压波形的特征及其在时域上的分布轨迹与电弧状态微观机理的关系，利用量化的宏观特征参数来定量反馈电弧的状态与趋势，利用电弧识别模型识别和提取稳定有效的电弧状态特征参数，并通过等离子体谱线测量及其电子密度计算，从机理上对其进行阐释，从而为电弧状态宏观表征的实现奠定理论基础。

发明内容

本发明提出一种低压交流电弧微观状态的宏观表征方法，能利用量化的宏观特征参数来定量反馈电弧的状态与趋势。

本发明采用以下技术方案。

一种低压交流电弧微观状态的宏观表征方法，所述方法对电弧产生到熄灭的过程进行表征，包括以下步骤：

步骤S1、通过电系统测量模块（1）获取电弧电压数据，同时通过光系统测量模块（2）获得电弧等离子体在时域上的连续电弧谱线数据；

步骤S2、通过对电弧电压数据进行小波能量谱变换得到电弧电压波形特征值及电压小波能量谱波形；

步骤S3、对电弧谱线的Stark计算得到弧隙间电弧电子密度；

步骤S4、选取与电子密度变化趋势具有一致性的电压小波能量谱波形，并根据所选取的电压小波能量谱波形来选取对应的电弧电压波形特征值来表征电弧的燃弧状态和趋势。

所述步骤S4中，当弧隙间电弧电子密度保持在预设数量级时；所述电弧电压波形特征值为对处于稳定燃弧状态的电弧进行表征的电弧电压波形特征值，电压小波能量谱特征值稳定在由采样率和电压等级决定的稳定燃弧阈值；此时的电弧电子密度处于稳定燃弧数量级。