基于神经元网络的大功率等离子体电弧加热器建模

针对等离子体电弧加热器的电气特性进行研究,建立了一种基于电弧电流、电弧电压和气流量的等离子体电弧神经网络模型。该模型主要考虑了电弧电流以及气流量对电弧电压的作用。利用MATLAB软件的Simulink模块建立大功率等离子体电弧模型,并与搭建的大功率晶闸管整流电源电路进行联合仿真。仿真得到的数据与实验数据进行对比分析,仿真结果表明:该模型可以准确模拟等离子体电弧的伏安特性,能够为后续等离子体电弧电源系统控制系统的参数优化,改善动态特性,实现电弧加热器实验系统参数匹配优化等,提供重要支撑。     

弓网电弧温度场研究综述

从弓网电弧的电弧模型、电弧能量、电弧的辐射特性等角度,笔者综述了国内外弓网电弧和弓网电弧温度场的研究进展。介绍了电弧模型及其特性的研究现状,论述了弓网电弧能量对弓网系统的影响及其辐射特性,最后指出了弓网电弧温度场研究面临的诸多问题,如电弧处于多场耦合的复杂环境、建立新的电弧模型、流体计算难等。     

非有效接地电网单相电弧接地故障的建模及仿真

单相电弧接地故障是中压配电网中的主要故障形式,建立准确的接地电弧模型对于故障分析是十分必要的。文中比较了现有的几种电弧模型的优缺点,在基于弧隙能量平衡理论的动态电弧模型的基础上建立了接地电弧模型,在PSCAD平台上构建了10 kV配电网模型及接地电弧模型。通过与实际实验波形的比较,表明接地电弧模型能有效地反映接地电弧的性质。然后将此模型用于仿真2种不同的间歇性电弧接地故障,其过电压倍数符合实际情况,从而间接证明了接地电弧模型的正确性。     

小电流直流电弧的动态模拟及其稳态特性研究

直流电弧故障一旦发生,由于无过零点阶段,电弧不易熄灭,将严重危害直流供配电系统的安全运行,因此有必要研究小电流直流故障电弧的电气特性与温度场分布。电弧发展过程较为复杂,涉及电场、磁场、流体场与热力场等多个物理场的变化,建立了直流电弧的磁流体动力学模型,通过有限元分析方法模拟了电弧的发展过程,得到了直流电弧不同发展阶段的电弧电压、温度分布变化特点。同时,建立了电弧等效电阻的数值拟合模型,通过该模型获得的电弧电阻特性变化规律与实验数据基本吻合,电弧电阻与电弧电流呈反比例特性。分析了直流电弧稳态特性的影响因素,证明了电弧电流、电极间距是决定电弧特性的主要因素。以上研究结果为小电流直流电弧特性研究提供了新思路,为直流电弧的检测及保护装置的研究提供理论支持。     

基于ATP-EMTP的电弧接地故障的建模及仿真

对配网频发的单相电弧接地故障,建立能够正确反映其特征的数学模型是十分必要的。运用弧隙能量平衡理论在ATP-EMTP上建立接地电弧模型,进一步研究了电弧模型中主要参数对电弧特性的影响规律,达到了反映电弧故障物理特性的目的;最后,将此模型应用于某10 k V配网间歇性电弧接地故障,其过电压倍数符合实际情况,验证了模型正确性。     

计及风影响的潜供电弧自熄特性计算研究

风是影响潜供电弧自熄特性的重要因素,从电弧运动的角度出发,研究了计及风影响的潜供电弧自熄特性。利用链式电弧模型,分析电弧受到的电动力、空气阻力和风载荷,获得电弧运动速度控制方程,建立考虑风载荷的潜供电弧运动模型。利用电弧自熄的长度判据,提出了计算电弧自熄特性的仿真流程。通过比较电弧受到的风载荷与电动力,分析了在不同电流下风对电弧运动所起的作用,进一步探讨了风向和风速对燃弧时间及分散性的影响。最后对潜供电弧自熄时间进行了仿真计算,并与试验结果进行了比较分析,结果表明文中建立的电弧运动模型能有效计及风对潜供电弧的运动和自熄特性的影响,燃弧时间计算值与实测时间基本相符,具有实用价值。     

光伏系统直流故障电弧时频域特性及其复合模型研究北大核心CSCD

故障电弧严重威胁着光伏系统的安全稳定运行,研究其物理特性及保护装置具有重要的意义。文中为了探究光伏系统内直流故障电弧的时频域特性,构建更适合系统级仿真的电弧模型,以MATLAB软件作为仿真平台,分别研究了3种不同类型的电弧模型。通过对仿真所得的故障电弧电流信号进行时频分析,得到了不同电弧模型的时频特征,并与实验波形及其时频特征进行对比,得到了不同模型在故障电弧时频特性仿真方面的优缺点。单一使用电弧噪声模型和U-I模型无法完整地描述故障电弧特性,将二者适当组合得到的复合模型仿真效果良好,最终对复合模型和黑盒模型在光伏系统故障电弧仿真的范围进行了讨论。提出的复合电弧模型为光伏系统故障电弧特征的研究及诊断方法的性能验证提供了有效的仿真手段。     

基于MATLAB的电弧建模仿真及故障分析

单相电弧接地故障是中压配电网中的主要故障形式,建立准确的接地电弧模型对于故障分析是十分必要的。文中在MATLAB平台上构建了基于弧隙能量平衡理论的接地电弧模型,通过与实测波形相比较,证明该电弧模型能有效地反映实际接地电弧的特性,并利用小波变换,提取电弧电压、电流的暂态信息,对故障信号的奇异点进行分析,确定故障时刻。     

配电网单相接地电弧建模及仿真分析研究

为选择有效的配电网接地消弧措施及选线方法,有必要进行电弧建模及仿真研究。给出Cassie、Mayr、Schwarz、控制论等四种电弧模型的数学方程,其中Mayr、Schwarz、控制论等三种电弧模型适合描述接地电流较小的电弧的故障特征。建立Schwarz和控制论电弧仿真模型,并利用电弧特性测试电路对这两种模型做仿真对比分析。控制论模型因能直接设置弧长,直观地反映配电线路故障拉弧情况,更适用于谐振接地系统单相弧光接地故障仿真研究。采用ATP-EMTP软件建立谐振接地系统模型和控制论电弧模型,分析了不同电弧长度对电弧阻抗、接地电弧稳态和暂态特性的影响。仿真结果表明,利用控制论电弧模型可较直观且准确地仿真谐振接地系统弧光接地故障。     

基于新型故障电弧模型的电弧能量特性分析

建筑物低压配电系统中频繁发生的电气火灾现象主要由故障电弧引起。电气火灾发生的频率和严重程度与故障电弧释放能量的大小密切相关。为此,分析了故障电弧引起的电路特征变化,根据该特征建立了能描述发生故障时电弧电路动态变化特征的新型故障电弧时变电阻模型,利用该模型计算了不同负载情况下故障电弧的电压、电流。在此基础上,分析了不同负载条件下故障电弧能量特性,并讨论了故障电弧的能量与负载有功功率、功率因数的关系。研究结果表明,负载有功功率越大、功率因数越小,故障电弧释放的能量越大,越容易引发电气火灾,需要重点进行故障电弧检测与防治。     

10kV系统弧光接地过电压的分析与仿真

在中性点不接地系统中,随着电容电流的不断增加,容易产生弧光接地过电压和相间故障,给供电设备造成极大的危害.分析了一起接地刀闸损坏的原因,建立了系统的数学模型.通过理论分析计算得出故障的初步原因,在Matlab/Simulink上的仿真结果验证了理论分析的正确性.最后,给出了抑制措施.     

消弧及过电压保护装置的研制

针对中性点不接地系统中弧光接地的危害,分析了消弧及过电压保护装置工作原理,给出了一次系统图和控制器结构图,并设计了控制器的主程序。通过将弧光接地转化为金属接地,能有效消除弧光接地过电压,避免弧光接地引起的电气设备损坏事故,提高供电可靠性,该装置已在水泥、钢铁、氧化铝等生产企业应用,效果良好。     

关联维数在故障电弧早期探测和保护中的应用

故障电弧在燃弧阶段会对开关柜造成严重的破坏.一系列实验研究表明,故障电弧的弧声产生可分成两个阶段:第1阶段有弧声产生,但没有燃弧现象;第2阶段既有弧声产生,又有燃弧现象.关联维数能有效量化表怔湮没在背景噪声中微弱弧声时间序列的变化情况,设定关联维数阈值,以第1阶段的弧声为早期表征信息,建立故障电弧早期预警系统;以第2阶段的弧声和弧光为综合判据建立故障电弧报警系统.通过试验验证,该保护系统能对避免故障电弧的产生起双重保护作用.     

10 kV变/配电所消弧保护方式的改进

雷电或弧光接地过电压往往造成高压配电柜内元器件损坏、甚至爆炸,是变/配电所设备损坏的主要原因,一旦故障发生,会造成大面积和长时间停电。通过故障消弧柜的故障原因查找和消弧保护原理分析,对现有消弧保护方式和避雷措施进行改进。在变/配电所进线电缆处安装零序电流互感器,发生单相弧光接地时,根据零序电流方向判断弧光接地发生在所外还是所内,对所内弧光接地过电压采取消弧控制,所外弧光接地过电压时仅报警,从而减少不必要的消弧控制和因消弧控制而导致系统金属性接地的次数。     

航空交流故障电弧特性的研究

分别选取了断路器试验、接线端松动试验进行并行和串行交流故障电弧模拟试验,获取了115 V/400 Hz供电条件下的故障电弧电流波形,与正常的电流波形进行了分析对比,总结了故障电弧电流的时域和频域特性,为飞机电气系统交流故障电弧检测和保护技术的研究奠定理论基础。     

用于电压波动研究的交流电弧炉电弧模型

电弧炉对供电系统造成的电能质量问题主要是引起供电系统电压波动。建立了用于电压波动研究的电弧模型,新模型是将确定性电弧模型与弧长变化规则相结合来模拟电弧炉负荷的非线性和随机性。其中确定性电弧模型以能量守恒定律为基础,用非线性微分方程描述电弧电导、电流和弧长之间的函数关系;电弧弧长变化规则是在理想弧长基础上叠加带通白噪声。在Simulink环境下,将新的电弧数学模型作为一个等效电压源接入电弧炉供电系统进行仿真。通过与现场实测数据进行对比,证明新模型可用于仿真研究电弧炉引起的供电系统电压波动问题。     

基于小波分析的故障电弧伴生弧声特征提取

在故障电弧伴生早期弧声频谱特性研究的基础上,提出基于小波包分解的早期弧声频带局部能量特征参数的快速提取方法。早期弧声的功率谱分析表明,故障电弧发生之前,在可听波段产生5kHz-10kHz的电弧声,其带宽和中心频率与电极形状、放电距离、放电电压等试验条件有关。利用小波包多分辨率技术对弧声信号进行三层分解,对各子频带进行能量统计,根据不同子频带能量的分布特征建立起“能量一信号”的映射关系。实验研究表明,弧声出现前后第二子频带S31和第三子频带S32能量变化明显,可以作为识别早期弧声的特征参数。通过在线监测信号这两个特征子频带能量的变化即可判断早期故障弧声是否存在,从而实现故障电弧的早期预测预警。     

低压交流电线故障电弧模型研究

研究低压交流电线故障电弧模型,对检测低压交流电线故障电弧很必要。文中对Schavemaker模型进行理论分析并进行简化。利用MATLAB软件构建电弧模型,对简化的Schavemaker模型和Mayr模型进行仿真比较,分析简化的Schavemaker模型仿真得出的电弧电流具有更明显的电弧电流零休区,较高di/dt和奇次谐波幅值。最后进行串行和并行电弧实验,实测波形和仿真波形进行比较,验证了仿真结论。结果证明简化的Schavemaker模型适用于低压交流电线故障电弧模型研究。     

基于高斯过程分类的串联直流电弧故障检测

随着可再生能源和电力电子技术的飞速发展,直流系统在各个领域都得到了广泛应用。但由绝缘损坏、接头松动等原因引起的直流电弧故障是威胁直流系统正常运行的主要因素。为了解决直流电弧故障由于不存在过零点和平肩现象而难以检测的问题,文中将高斯过程模型引入电弧故障研究,进行不同负载下串联直流电弧故障试验。通过提取电流差均值、谐波能量和组成特征向量,利用高斯过程分类进行电弧故障训练、预测分类。试验结果表明,该检测方法能够准确识别电弧故障。