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1、 电力系统计算机仿真课程设计报告专业班级： 电气工程及其自动化2017级2班 学 号： 学生姓名: 打哈哈 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仿真课程设计报告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一、 课程设计目的、时间、组长组员。课程设计目的：学会使用simulink进行电力系统问题的分析，用simulink搭建高压电力电缆模型，掌握局部放电信号的双指数模型构造原理，掌握simulink中子模块的封装，搭建模型并分析局部放电信号在电缆中的传播。要求局部放电信号在电缆中的传播模型1设计基于Simulink的局部放电信号发生电路，并封装子模块2建立
2、基于Simulink的高压电力电缆模型3讨论局部放电信号仅向右边线路输入时的传播结果和影响因素4讨论左右两边电力电缆长度不同对信号传播的影响5讨论不同参数电缆局部放电信号传播分析表1 模型搭建基本要求时间：第18周组长： 组员： 二、 实验设备实验所用软件版本为Matlab2019a（见图1）图1 软件版本信息实验所用设备为笔记本电脑，配置如下（见图2）图2 计算机配置处理器：Intel（R）Core（TM）i5-7300HQ CPU 2.50GHz 2.25GHz内存（RAM）：8.00GBWindows操作系统：Windows 10专业版三、 课程设计的原理1.局部放电的双指数模型：局部放
3、电信号：在高压设备绝缘内部不可避免的存在一些水分、气泡、杂志和污秽等缺陷，由于这些异物的电导和介电常数不同于绝缘物，在外施电压作用下，这些异物附近将会有比周围更高的场强，在外施电压升高到一定程度时，这些部位的场强超过了该处物质的电离场强，产生电离放电，称为局部放电。局部放电一般发生在高压电力电缆等高压设备上，它一个上升沿很陡峭，脉冲宽度非常窄的一个信号，具有一定的衰减规律，且信号不是很强，可以说脉冲信号相对很微弱。根据局部放电脉冲信号的特性，可以将其描述为双指数函数构成的波形。局部放电信号脉冲的表达式为：f=A(e-mT-e-nT) （1）其中此双指数模型的参数为：A=1.25，m=4*107
4、,n=6*108 在T=TP时，f存在最大值，即 （2） fmax=A(e-mTp-e-nTp) （3）局部放电信号的脉冲波形如下图：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，可在simulink中搭建双指数模型产生局部放电信号。根据局部放电的双指数模型，在simulink中描述该双指数模型如图4图4 simulink中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:电力电缆有两种等效电路，一种是串联等效电路，一种是并联等效电路，在本实验设计中，将采用并联等效电路，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
5、其中，各参数的物理意义为：R-单位长度电力电缆的分布电阻；L-单位长度电力电缆的分布电感；电力电缆的参数选取了R=0.45/km，L=0.000022H/km，C=1.21510-6F/km。从而可以求出速度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，搭建电力电缆等效电路如图7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搭建局部放电信号发生电路，局部信号发生电路为双指数模型，在simulink中将双指数模型搭建出来，并用示波器检测波形是否满足要求。1）利
6、用局部放电信号的双指数模型，可以很容易在simulink中搭建起仿真模型，并校验模型是否符合要求。模型搭建如下：图8 基于simulink的局部放电双指数信号发生电路该双指数模型产生的信号是数学信号，因为局部放电信号是一个电压信号，所以要将该数学信号转换成电压模拟信号，可以将该信号通过受控电压源，利用该双指数衰减信号控制受控电压源产生模拟的电压信号。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：图9 通过受控电压源将局部放电数学信号转换为电压信号 可得波形如图10图10 局部放电电压信号波形2）将该局部放电信号发生电路进行封装，通过create Subsystem 可将该模块封装
7、成子模块，封装效果如图11图11 局部放电信号发生电路封装模块图子系统的创建包含以下两种方法： 通过子系统模块Subsystem建立 通过压缩已有模块建立2.建立基于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，将电力电缆模型进行搭建与构造。根据实验原理，高压电力电缆模型采用并联等效模型，在高压电力电缆模型上加入局部放电信号，进行仿真局部放电信号在电缆中传播：模型搭建需要用到模块：1）局部放电双指数模型封装模块Subsystem 2）Distributed Parameters Line（分布式参数行）模块2个：用以建立电缆线路的参数R、L、C；每个模块分别代
8、表电缆线路A和B。 3）powergui模块 4）Voltage Measurement（电压测量）模块2个：分别用于测量A、B线路电压，用示波器进行显示。系统总模型如图12：图12 局部放电信号在电缆中传输模型3.更改左右两边电力电缆的长度，设置实验对照组，进行多组仿真实验，运行得出相应波形，并对波形进行对照分析。 4.搭建基于simulink的局部放电信号仅向右边线路输入时的传播模型，将左边线路去除，只让信号在右边线路传播，搭建模型，运行仿真，得出波形进行分析。局部放电信号仅向右边线路传播的模型如图13：图13 局部放电信号仅向右边线路输入时的传播模型5.更改线路其他参数进行仿真实验，例如
9、考虑到线路老化的作用，改变线路老化的相关参数，多组实验并设置对照组，进行仿真分析。五、 实验步骤及实验数据1.基于simulink搭建局部放电信号发生电路，并进行封装2.基于Simulink搭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电力电缆长度，进行对比试验试验组别线路A/Km线路B/Km10.150.1520.150.330.150.4540.150.650.151.260.151.8仿真波形如下：组别1:图14 不同传播距离局放信号波形（La=0.15Km,Lb=0.15Km）13组别2：图15 不同传播距离局放信号波形（La=0.15Km,Lb=0.3K
10、m）组别3：图16 不同传播距离局放信号波形（La=0.15Km,Lb=0.45Km）组别4：图17 不同传播距离局放信号波形（La=0.15Km,Lb=0.6Km）组别5：图18 不同传播距离局放信号波形（La=0.15Km,Lb=1.2Km）组别6：图19 不同传播距离局放信号波形（La=0.15Km,Lb=1.8Km） 5局部放电信号仅向右边输入时的仿真波形R=0.45/Km,L=0.000022H/Km,C=1.21510-6F/km,R2=1R=4.5/Km,L=0.000022H/Km,C=1.21510-6F/km,R2=1R=0.45/Km,L=0.00022H/Km,C=1.
11、21510-6F/km,R2=1R=0.45/Km,L=0.00022H/Km,C=1.21510-5F/km,R2=1图20 改变不同参数时局部放电信号在B电缆中的传播波形图六、 实验结论及体会结论1：电力电缆长度不同，对信号传播会有一定的影响；综合图14、15、16、17、18、19的局部放电信号在电缆长度不同时的传播波形。可以分析出随着电缆长度的增加，局部放电信号的幅值和波形都有较大的变化，幅值随着传播距离的增加显现出衰减，由局部放电信号引起的脉冲也相应减少。传播距离越长，波形衰减越明显;可见，传播距离的长短对局部放电信号波形的传播具有一定的影响。结论2：局部放电信号仅向右边线路输入时，
12、传播波形受电力电缆线路的单位长度分布电阻R、单位长度分布电感L、电容等因素的影响 。根据图20，可以看到随着单位电阻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，波形传播会受到一定程度的抑制；电容C的增大，也会使得电力电缆线路上出现一定的反向脉冲趋势和抑制波形的传播。结论3：不同参数电缆局部放电信号传播受到参数影响，会使得波形的传播出现差异性变化，一般增大单位电阻R会增大波形信号在传播过程中的衰减，增大单位电感L会使得波形信号传播受到一定程度的抑制，增大了延迟时间t,使得波形传播具有一定的滞后性。心得体会：通过本次课程设计实验，让我有了一次对电力系统中电力电缆的信号传播更加系统的
13、认知，同时有机会利用刚学习的知识进行设计仿真得出结果。此次实验，让我对局部放电有了更加深刻的认知，了解到局部放电可以用双指数模型表示，这加强了我对理论的认知和对信号在电缆线路中的传播受到影响的因素的掌握与发现。通过实际动手操作，搭建模型，对问题进行分析与思考，更好的锻炼了我的动手与动脑能力，强化了思维，增强了分析解决问题的能力。由于该次实验是用MATLAB中simulink进行实验模型搭建与仿真，通过实验，我更好的掌握了对于simulink的使用方法与技巧，这为今后解决问题开拓了道路。同时，在此次实验中，我也认识到自己还有许多不足之处有待改正，暴露了一些问题，如：理论知识储备不足，对simul
14、ink的性能和特点不能有一个全面的把握，软件使用相对生疏，对资料查找存在一些疏忽；相信通过今后的学习能够不弥补这些不足，更加锻炼能力的提升，从而达到一个新的层次；此次课程设计中，在局部放电信号发生电路中消耗了大量的时间，这是由于我们对simulink的使用与掌握存在不足造成的，好在通过分析问题，对照双指数模型和simulink数学模块的使用与特点，经过思考，想出了问题的解决办法，得出了想要的结果。在搭建好双指数衰减模型后，需要将该数学信号转换为电压模拟信号，这里用到了在高电压技术试验中学到的受控电压源的使用，恰好用该数学信号控制受控电压源获得相应的电压模拟信号。许多知识得以应用于展现，给了我很多成就感。与此同时，也要感谢
