电力系统计算机仿真课程设计报告-局部放电信号在电缆中的传播模型

1、电力系统计算机仿真课程设计报告专业班：电气工程及其自动化2017级2班学位：学生姓名：哈哈指导教师：成绩：西安工程大学电气工程专业电力系统计算机模拟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一、课程设计目的、时间、组长成员。课程设计目的：用simulink进行电力系统问题分析，用simulink建立高压电力电缆模型，掌握局部放电信号的双指数模型结构原理，掌握simulink中子模块封装，建立模型，分析局部放电信号在电缆中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，并对子模块进行封装2建立基于Simulink的高压电力电缆模

2、型3探讨局部放电信号仅输入右侧线路时的传播结果和影响因素4研究左右两侧电力电缆长度的差异对信号传播的影响5研究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：第十八周组长：成员：二、实验设备实验使用的软件版本是Matlab2019a (参见图1 )。图1软件版本信息实验使用的设备是笔记本电脑，配置如下(参照图2 )。图2计算机结构处理器：英特尔酷睿i5-7300 HQ CPU 2.50 GHz 2.25 GHz内存(RAM):8.00GBwindowsos:windows 10专业版三、课程设计原理1 .局部放电的双指数模型：局部放电信号：在高压设备的绝缘内部有不可避免的水分、气泡

3、、杂志、污垢等缺陷，由于这些异物的电导率和介电常数与绝缘物不同，根据施加的电压，在这些异物附近有比周围高的电场强度，施加电压在一定程度上变高时，这些部位的电场强度局部放电发生在高压电力电缆等高压设备中，是上升沿陡峭、脉冲宽度非常窄的信号，有一定的衰减规律，信号不强，脉冲信号可以说相对微弱。 根据局部放电脉冲信号的特性，可以记述为由双指数函数构成的波形。局部放电信号脉冲的公式如下所示f=A(e-mT-e-nT) (1)此双指数模型的参数为A=1.25、m=4*107和n=6*108在T=TP时，f为最大值，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

4、局部放电信号脉冲波形根据局部放电信号的双指数模型，可以用simulink构建双指数模型来生成局部放电信号。根据局部放电的双指数模型，用simulink记述该双指数模型时如图4所示图4 simulink中的双指数衰减函数模型双指数衰减函数波形：图5 simulink中生成的双指数衰减函数波形2 .电力电缆等效电路：电力电缆有串联等效电路和并联等效电路两种等效电路，本实验设计采用并联等效电路，其分布参数模型如下图6电力电缆并联等效电路分布参数模型其中，各参数的物理意义如下R-每单位长度的电力电缆的分布电阻L-每单位长度的电力电缆的分布电感电力电缆的参数为R=0.45/km、L=0.000022H/

5、km、C=1.21510-6F/km。 由此，能够求出速度V=1.98105km/s、Z0=L0C0=0.2210-41.2510-6=4.4.根据电力电缆等效电路模型，在simulink中，电力电缆等效电路如图7所示图7 simulink电力电缆并联等效电路分布参数模型四、课程设计的内容1 .用Simulink构建局部放电信号发生电路，局部信号发生电路采用双指数模型，用Simulink构建双指数模型，用示波器检查波形是否满足要求。1 )利用局部放电信号的双指数模型，用simulink简单地建立了仿真模型，验证该模型是否满足要求。模型由以下部分组成：基于图simulink的局部放电双指数信号发

6、生电路由于该双指数模型产生的信号是数学信号，而局部放电信号是电压信号，所以为了将该数学信号转换为电压模拟信号，可以将该信号通过控制电压源，并利用该双指数衰减信号来控制控制电压源产生模拟的电压信号。将数学信号变换为电压模拟信号，即，如图9所示，用被控制的电压源来实现图9通过控制电压源将局部放电的数学信号转换为电压信号所获得的波形如图10所示图10局部放电电压信号波形2 )可以将该局部放电信号发生电路封装在一起，并在create Subsystem中将该模块封装在子模块中，该封装效果如图11中所示图11局部放电信号产生电路的封装图建立子系统有两种方法：通过子系统模块Subsystem构筑通过压缩现

7、有模块来建立建立一个基于simulink的高压电力电缆模型，参照高压电力电缆的并联等效电路及其分布参数，建立和构造电力电缆模型。根据实验原理，高压电力电缆模型采用并联等效模型，将局部放电信号加到高压电力电缆模型上，模拟了局部放电信号在电缆上的传播模型构筑需要模块：1)局部放电双指数模型封装模块Subsystem2 )分布式参数线(分布式参数线)模块2 :用于建立电缆布线的参数r、l、c； 每个模块分别表示电缆线路a和b。3 )电源GUI模块4 )电压测量模块2个：测量a、b线的电压，用示波器显示。系统整体的模型如图12所示图12局部放电信号的电缆传输模型3 .改变左右电源线的长度，设置实验对照

8、组，进行多组模拟实验，运行得到相应的波形，对波形进行了比较分析。构建基于simulink的局部放电信号仅输入右侧线路时的传播模型，去除左侧线路，仅向右侧线路传播信号，构建模型，执行模拟，获得波形并进行分析。局部放电信号仅传播到右侧线路的模型如图13所示图13的局部放电信号仅输入右线时的传播模型5、变更线路其他参数进行模拟实验，如考虑线路老化的作用，变更线路老化相关参数，设置多组实验和对照组进行模拟分析。五、实验程序和实验数据基于simulink构建局部放电信号发生电路，并进行封装基于Simulink构建高压电力电缆模型3 .将局部放电信号输入高压电力电缆模型4 .改变左右a、b电力电缆的长度，

9、进行比较试验考试小组线路A/Km线路B/Km10.150.1520.150.330.150.4540.150.650.151.260.151.8模拟波形如下小组1:图14不同传播距离的局部放电信号波形(La=0.15Km、Lb=0.15Km )13第2组：图15不同传播距离的局部放电信号波形(La=0.15Km、Lb=0.3Km )第三组：图16不同传播距离的局部放电信号波形(La=0.15Km、Lb=0.45Km )第四组：图17不同传播距离的局部放电信号波形(La=0.15Km、Lb=0.6Km )第五组：图18不同传播距离的局部放电信号波形(La=0.15Km、Lb=1.2Km )第六组

10、：图19不同传播距离的局部放电信号波形(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=0.000022H/KmC=1.21510-6F/km，R2=1R=4.5/Km，L=0.000022H/KmC=1.21510-6F/km，R2=1R=0.45/Km，L=0.00022H/KmC=1.21510-6F/km，R2=1R=0.45/Km，L=0.00022H/KmC=1.21510-5F/km，R2=1图20是变更了不同参数时的b电缆上的局部放电信号的传播波形图六、实验的结论和体会结论1 :综合电力电缆长度不同，对信号传播有一定影响的图1

11、4、15、16、17、18、19的局部放电信号的电缆长度不同时的传播波形。 可以分析出，随着电缆的长度的增加，局部放电信号的振幅和波形发生很大变化，振幅随着传播距离的增加而衰减，局部放电信号的脉冲也相应地减少。 可知传播距离越长波形衰减越显着的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。结论局部放电信号仅输入右线路时，传播波形受电力电缆线路单位长度分布电阻r、单位长度分布电感l、电容等因素的影响。 根据图20，随着单位电阻r的增加，伴随出现在传播波形中反脉冲的倾向的单位电感l的增加，波形传播被一定程度抑制，电容器c的增大抑制了在电力电缆中一定的反脉冲的倾向和波形的传播。结论3 :不同参

12、数电缆的局部放电信号传播受参数的影响，波形的传播产生差异，一般来说，如果增大单位电阻r，则波形信号的传播过程中的衰减变大，如果增大单位电感l，则波形信号传播得到一定程度的抑制，延迟时间t变大，波形传播中心得：通过这次课程设计实验，我更系统地认识电力系统中电力电缆的信号传播，利用刚学习的知识进行设计仿真，得到了结果。 这次实验获得了对局部放电更深的认识，理解了局部放电可以用双指数模型来表现，这加强了对我的理论认知和影响信号在电缆线路上传播的因素的把握和发现。 实际操作手，做模型，分析问题思考，更好地锻炼我的手和脑的能力，强化思考，增强了解决问题的能力。 此次实验利用MATLAB的simulink

13、进行了实验模型的构建和模拟，通过实验，更好地掌握了simulink的使用方法和技术，为今后的问题解决开辟了道路。同时，在这次实验中，我认识到自己还存在很多缺点，暴露了一些问题。 例如，理论知识的储备不足，无法全面掌握simulink的性能和特征，软件的使用比较疏远，通过对资料的检索有一些疏忽的今后的学习，无需弥补这些不足，就可以进一步锻炼能力的提高， 在这次的课程设计中，相信能达到新的水平，局部放电信号发生电路消耗了很多时间，是因为我们对simulink的使用和掌握不充分，分析了问题，比较了双指数模型和simulink数学模块的使用和特征，思考了问题的解决方法建立双指数衰减模型后，需要将此数学信号转换为电压模拟信号，在此用于高电压技术试验学到的控制电压源的使用，正好用这个数学信号控制控制电压源来得到相应的电压模拟信号。 很多知识被应用于表现，给了我很多成就感。同时，要感谢指导老师的帮助和团队合作，使我们能够迅速有效地完成课程设计。七、思考问题将高电压技术课程实验中的三角波(信号源)替换为双指数衰减信号，取得了成功。图21双指数衰减信号置换高电压技术课程的实验