[发明专利]全动态弓网电弧模型及其构建方法

说明书

本发明提供了提供一种全动态弓网电弧模型及其构建方法。上述全动态弓网电弧模型构建方法，包括如下步骤：建立电弧等效电路模块及熄弧重燃等效电路模块；获取弓网离线距离，并将弓网离线距离引入电弧等效电路模块及熄弧重燃等效电路模块中，熄弧重燃等效电路模块用于切换电弧等效电路模块的熄弧及燃弧状态。上述全动态弓网电弧模型构建方法只需要获取弓网离线轨迹，即可自动仿真出从电弧产生、电弧熄灭、电弧重燃的完整离线过程，从而完整地反映弓网离线动态特性。

技术领域

本发明属于弓网电弧仿真研究技术领域，更具体地说，是涉及一种全动态弓网电弧模型及其构建方法。

背景技术

弓网离线放电作为动车组传导干扰与辐射干扰的一个来源，是动车组电磁兼容问题最重要的研究热点之一，在搭建模型时通常以Mayr模型、Cassie模型、Habedank等经典黑盒稳态电弧模型为基础，对模型参数进行优化来反映弓网离线电弧的动态过程，并体现出离线距离等外部参数对电弧电气特性的影响。

但弓网离线不仅产生弓网电弧，还伴随着电弧的熄灭与重燃过程，具体而言，一次弓网离线过程可以包含若干次的熄灭与重燃过程，每次电弧发生重燃和熄灭的瞬间都可能产生暂态过电压。电弧发生熄灭瞬间，电弧阻抗在10-50ns时间内从稳定燃烧时的数十欧姆迅速上升至数百量级，其过程与断路器的断闸类似，高压系统在外部电源作用下产生零状态响应，在主回路上呈现高频振荡过渡过程，并传递到车体和控制电路。电弧发生重燃瞬间，弓网间隙被高电压击穿，弓网间等效阻抗迅速下降到稳定燃烧时的数十欧姆，牵引供电系统向高压线缆电容充电，产生高频振荡与暂态过电压。因此，模拟升降弓完整动态过程不仅需要稳定燃烧状态下的电弧建模，还需要模拟电弧熄灭、重燃过程，才能体现离线放电的完整过程。

但目前国内外对于弓网离线问题的研究模型中普遍只关注电弧存在时的状态，而忽略了电弧熄灭及电弧重燃的瞬态过程，缺乏对弓网离线电弧动态过程的深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全动态弓网电弧模型及其构建方法，旨在解决目前国内外对于弓网离线问题的研究模型中普遍只关注电弧存在时的状态，而忽略了电弧熄灭及电弧重燃的瞬态过程，缺乏对弓网离线电弧动态过程的深入研究的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种全动态弓网电弧模型构建方法，包括如下步骤：

建立电弧等效电路模块及熄弧重燃等效电路模块；

获取弓网离线距离，并将弓网离线距离引入电弧等效电路模块及

熄弧重燃等效电路模块中，熄弧重燃等效电路模块用于切换电弧等效电路模块的熄弧及燃弧状态。

在其中一个实施例中，电弧等效电路模块根据Habedank模型建立，且数学模型为：

式中，gc和θc分别为Cassie电弧模型的电导常数和时间常数，uc为电弧电压常数，gM和θM分别为Mayr电弧模型的电导常数和时间常数，P0为电弧耗散功率。

在其中一个实施例中，其中：

uc设置为15L，P0设置为kg-βL，L为弓网离线距离，g为电弧电导，k取3000，β取-1。

在其中一个实施例中，熄弧重燃等效电路模块通过计算电弧熄灭临界长度及重燃击穿电压后分别与弓网离线距离及电弧电压比较，以切换电弧等效电路模块的熄弧或燃弧状态，其中临界长度计算公式为：

式中，为临界长度，Iam为潜供峰值电流，Uam为恢复峰值电压；

击穿电压计算公式为：

式中，Ub为击穿电压，L为弓网离线距离；