基于simulink的局部放电在电缆中的传播模型课程设计报告

1、电力系统计算机仿真课程设计报告专业课：电气工程和自动化2017第2级学号：学生姓名：打哈欠指导教师：业绩：西安理工大学电气工程电力系统计算机仿真课程设计报告电力系统计算机仿真课程设计报告电缆中局部放电信号的传播模型第一，课程设计目标，时间，团队成员。课程设计目的：学习利用Simulink分析电力系统问题，利用Simulink构建高压电力电缆模型，掌握局部放电信号双指数模型的构成原理，掌握Simulink中子模块的封装，构建模型，并分析电缆中局部放电信号的传播。要求电缆中局部放电信号的传播模型1设计基于Simulink的局部放电信号发生电路并封装子模块2基于Simulink的高压电力电缆模型构建

2、3讨论了局部放电信号仅输入右侧线时的传播结果及影响因素4讨论左右电源线的长度对信号传播的影响5讨论不同参数电缆局部放电信号传播分析。表1构建模型的基本要求时间：18周组长：郭振岩赵元：统、百度、王诗、肖英格、柳梦二、实验设备实验中使用的软件版本是Matlab2019a(请参见图1)图1软件版本信息实验中使用的设备是具有以下配置的笔记本电脑(请参见图2)图2计算机配置处理器：Intel(r)core(TM)i5-7300 HQ CPU 2.50 GHz 2.25 GHz记忆体(RAM):8.00GBWindows操作系统：Windows 10 professional三、课程设计的原则1.局部放

3、电的双指数模型：局部放电信号：由于高压设备的绝缘内部存在一些水分、气泡、杂志和污垢等缺陷，这些异物的电导率和介电常数与绝缘体不同，由于外部应用电压的作用，这些异物附近存在高于周围的电场强度，在外部应用电压上升到一定程度时，这些部分的场强会超过该物质的电离电场强度，从而产生电离放电，这称为部分放电。局部放电一般发生在高压电力电缆等高压设备上，具有一定的衰减规律，具有陡峭上升和极窄脉冲宽度的一个信号，信号不强，脉冲信号相对弱。根据局部放电脉冲信号的特性，可以描述为由双指数函数组成的波形。局部放电信号脉冲的表示如下：F=A(e-mT-e-nT) (1)其中，此双指数模型的参数为A=1.25、m=4*

4、107和n=6*108t=在TP中，f表示最大值，即(2)Fmax=A(e-mTp-e-nTp) (3)局部放电信号的脉冲波形如下图所示。图3局部放电信号脉冲波形根据局部放电信号的双指数模型，建立了Simulink的双指数模型，产生了局部放电信号。根据局部放电的双指数模型，图4描述了Simulink中的双指数模型图4 Simulink的双指数衰减函数模型双指数衰减函数波形：图5 Simulink生成的双指数衰减函数波形电源线等效电路：电源线有两个等效电路(串行等效电路、并行等效电路等)，本实验设计使用以下分布式参数模型来使用并行等效电路图6电力电缆并行等效电路分布参数模型其中，每个参数的物理含

5、义如下：R-单位长度电力电缆分布电阻；L-单位长度电力电缆分布电感；电源线的参数选择为r=0.45/km、L=0.00022h/km、C=1.21510-6F/km。求出速度V=1.98105km/s，z0=l0c0=0.2210-41.2510-6=4.4。根据电源线等效电路型号，在Simulink上构建电源线等效电路图7图7 Simulink电源线并行等效电路分布参数模型四、课程设计内容1.采用Simulink的局部放电信号发生电路、部分信号发生电路是双指数模型，在Simulink上构建双指数模型，并检测示波器波形是否符合要求。1)利用局部放电信号的双指数模型，可以在Simulink上轻松

6、构建仿真模型，并验证模型是否满足要求。模型构建如下：图8基于Simulink的局部放电双指数信号发生电路由该双指数模型生成的信号是局部放电信号，因此，要将数学信号转换为电压模拟信号，可以使用该信号通过控制电压源从控制电压源控制模拟电压信号。将数学信号转换为电压模拟信号。即，通过受控电压源实现，如图9所示。图9将局部放电数学信号通过受控电压源转换为电压信号可用波形图10图10局部放电电压信号波形2)如图11所示，封装可通过create Subsystem封装到子模块中的局部放电信号发生电路图11局部放电信号发生电路封装模块示意图创建子系统有两种方法：通过子系统模块Subsystem建立已经压缩模

7、块建立2.构建了基于Simulink的高压电力电缆模型，并参考高压电力电缆的并行等效电路和分布参数，构建和配置了电力电缆模型。根据实验原理，高压电力电缆模型采用并行等效模型，将局部放电信号添加到高压电力电缆模型中，将模拟局部放电信号传播到电缆中：构建模型需要模块：1)局部放电双指数模型封装模块Subsystem2)两个分布式参数线(Distributed Parameters Line)模块：用于创建电缆线的参数r、l、c；每个模块分别表示电缆线路a和b。3)powergui模块4)两个Voltage Measurement模块：分别用于a、b线路电压测量，显示为示波器。图12中的系统型号合计

8、：图12局部放电信号从电缆传输模型3.变更左右电力电缆的长度，设置实验对照组进行多项模拟实验，然后运行相应波形比较分析波形。4.在仅输入基于Simulink的局部放电信号时，构建传播模型，去除左线路，创建模型，使信号仅在右线路传播，运行模拟，分析波形，进行分析。局部放电信号仅传播到右侧线，如图13所示。图13局部放电信号仅输入右侧线时的传播模型5.考虑到线路老化的作用，更改与线路老化相关的参数等，为了模拟实验，更改线路的其他参数，设置多个组的实验和对照组，进行模拟分析。五、实验阶段和实验数据1.基于Simulink构建和包装局部放电信号发生电路基于Simulink构建高压电力电缆模型3.将局部

9、放电信号输入高压电源线模型4.改变左右a，b电源线长度进行比较测试实验组线路A/Km行B/Km10.150.1520.150.330.150.4540.150.650.151.260.151.8模拟波形包括：群组1:图14不同传播距离PD信号波形(La=0.15Km，Lb=0.15Km)13第2组：图15不同传播距离PD信号波形(La=0.15Km，Lb=0.3Km)第3组：图16不同传播距离PD信号波形(La=0.15Km，Lb=0.45Km)第4组：图17不同传播距离PD信号波形(La=0.15Km，Lb=0.6Km)第5组：图18不同传播距离PD信号波形(La=0.15Km，Lb=1.2

10、Km)第6组：图19不同传播距离PD信号波形(La=0.15Km，Lb=1.8Km)5局部放电信号仅向右输入时的模拟波形R=0.45/km，l=0.00022h/km，C=1.21510-6f/km，R2=1R=4.5/km，l=0.00022h/km，C=1.21510-6f/km，R2=1R=0.45/km，l=0.00022h/km，C=1.21510-6f/km，R2=1R=0.45/km，l=0.00022h/km，C=1.21510-5f/km，R2=1图20更改其他参数时b电缆中局部放电信号的传播波形图六、实验结论和经验结论1:电源线长度不同，对信号传播有一定影响；集成图14、1

11、5、16、17、18、19中的局部放电信号具有不同电缆长度的传播波形。可以分析出，随着电缆长度的增加，局部放电信号的振幅和波形发生了很大变化，振幅值随着传播距离的增加而出现衰减，局部放电信号产生的脉冲也相应减少。传播距离越长，波形衰减就越明显。可见传播距离的长度对局部放电信号波形的传播有一定的影响。结论2:如果局部放电信号仅输入到右侧线，则电波波形受电力电缆线单位长度分布电阻r、单位长度分布电感l、电容等因素的影响。图20显示了随着单位电阻r的增加，传播波形出现反向脉冲的趋势。随着单位电感l的增加，波形传播在一定程度上受到抑制。随着电容c的增加，电力电缆路出现了一定的反向脉冲趋势，波形的传播受

12、到了抑制。结论3:不同参数电缆局部放电信号传播受参数影响，波形传播可能存在差异。通常，增加单位电阻r会增加传播过程中波形信号的衰减，增加单位电感l会稍微抑制波形信号传播，增加延迟时间t，使波形传播具有一定的延迟时间。经验：通过此次课程设计实验，我有机会对电力系统中电力电缆的信号传播有更系统的认识，并利用刚刚学到的知识得出设计模拟结果。这次实验让我对部分放电有了更深的认识，理解部分放电可以用双指数模型来表示，从而加强了我在电缆线路中受信号传播影响的因素的掌握和发现。用实际的手动作制作模型，对问题进行分析和思考，更好地锻炼我的手和脑能力，加强思考能力，增强分析解决问题的能力。此次实验使用MATLA

13、B的Simulink创建和模拟了实验模型，因此，通过实验，我们更好地掌握了Simulink的使用方法和技巧，为未来解决问题铺平了道路。同时，这次实验中还发现有很多需要修改的地方，理论知识储备不足，不能全面掌握Simulink的性能和特性，软件使用比较生疏，在查找资料上有些疏忽等问题。我相信，通过以后的学习，不弥补这些不足，通过进一步锻炼能力的提高，可以达到新的水平；在此次课程设计中，部分放电信号发生电路上花费了大量时间，原因是Simulink的使用和掌握不足，通过问题分析，比较了双指数模型和Simulink数学模块的使用和特性，思考了事故后问题的解决方案，得出了预期的结果。构建双指数衰减模型后，需要将此数学信号转换为电压模拟信号，在此，可以使用在高压技术测试中所学的控制电压源来控制控制电压源，以获得适当的电压模拟信号。应用于展示很多知识，给了很多成就感。同时，感谢指导老师的帮助和团队的合作，使课程设计快速高效地完成。七、考试问题用双指数衰减信号替换高压技术过程实验中的三角波(信号源)，并成功工作。图21替换高压技术课程实验的双指数衰减信号运行结果波形：图22输