[发明专利]一种直流串联故障电弧模型仿真方法

说明书

本发明涉及一种直流串联故障电弧模型仿真方法，属于电气工程技术领域。该方法包含如下步骤：S1：搭建直流串联故障电弧测试平台，并进行试验，测量记录电源电压、电弧间距和电弧电压、电弧电流；S2：根据测量记录的电弧电压和电弧电流计算电弧电阻，分析电弧电阻和电源电压、电弧间距的关系，进行公式拟合；S3：根据拟合获得的公式，通过Matlab/Simulink建立直流故障电弧的仿真模型；S4：设置仿真参数，运行仿真模型，输出仿真结果，并与实测的结果进行对比。本发明仿真方法依据真实试验数据，综合考虑了电源电压、电弧间距对电弧的影响，仿真精度高、通用性强。

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，涉及一种直流串联故障电弧模型仿真方法。

背景技术

随着社会经济的不断发展，大功率电力电子器件得到了广泛的应用。随之而来的是直流系统在航天领域、太阳能发电领域、大型电网储能领域等的迅速普及。在直流系统中，金属连接头松动、动物抓咬、输电线路等绝缘层破损等原因都有可能导致发生直流电弧。由于直流故障电弧和交流电弧区别很大，不能被现有的熔断器、断路器等保护装置所检测，而直流故障电弧产生的高温极易烧毁器件并点燃周围的易燃易爆品，最终导致火灾。因此，完善直流故障电弧模型有利于我们更加全面地认识电弧的燃烧过程，为直流故障电弧的检测及保护提供更多依据。

目前工程上应用的比较多的电弧模型主要是Cassie模型和Mayr模型，但是Cassie模型只适用于电流过零前低电阻状态的电弧，Mayr模型只适用于高电阻状态下的电弧，因此两者的通用性不高，并且模型的参数设定比较困难，使用者使用不方便。另外，传统的静态电阻模型和时变电阻模型在建模过程中考虑因素较少，仿真结果难以与实际相结合。并且，上述几种电弧模型都未同时考虑电源电压和电弧间距对电弧的影响。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种直流串联故障电弧模型仿真方法，获得一种仿真精度高、通用性强，综合考虑电源电压和电弧间距的直流串联故障电弧模型。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种直流串联故障电弧模型仿真方法，该方法包含如下步骤：

S1：搭建直流串联故障电弧测试平台，并进行试验，测量记录电源电压、电弧间距和电弧电压、电弧电流；

S2：根据测量记录的电弧电压和电弧电流计算电弧电阻，分析电弧电阻和电源电压、电弧间距的关系，进行公式拟合；

S3：根据拟合获得的公式，通过Matlab/Simulink建立直流故障电弧的仿真模型；

S4：设置仿真参数，运行仿真模型，输出仿真结果，并与实测的结果进行对比。

进一步，步骤S1中所述直流串联故障电弧测试平台包含电弧发生装置，所述电弧发生装置包含两个绝缘夹具，其中一个绝缘夹具的一端固定在固定底座上，另一端夹住静止电极，另一个绝缘夹具的一端固定在滑动块上，另一端夹住活动电极，所述固定底座上设置有刻度，所述滑动块通过侧面调节器实现滑动块在固定底座上滑动调节，所述电弧发生装置连接至直流稳压电源；

步骤S1具体包含如下步骤：

S11：设置直流稳压电源的输出电压，调节侧面调节器，使得静止电极与活动电极完全接触，让整个试验回路闭合，开始试验；

S12：通过示波器记录正常情况下电弧发生装置两端的电压电流波形；

S13：缓慢调节侧面调节器使活动电极与静止电极之间的距离，直至距离刚好使得电弧自然熄灭，记录下此时的输出电压与最大燃弧距离；

S14：改变直流稳压电源的输出电压，重复步骤S13记录下不同电压下的最大燃弧距离；

S15：分断试验电路，重置直流稳压电源的输出电压，并调节侧面调节器，使得静止电极与活动电极完全接触，让整个试验回路闭合，开始试验；