CN111025099A - 一种局部放电检测的仿真模型及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开一种局部放电检测的仿真模型及方法，所述仿真模型通过Matlab/Simulink软件建立，所述仿真模型包括：用于供电的电源单元，用于仿真局部放电的试品单元，用于仿真电源侧干扰信号的电源侧干扰单元，用于仿真地网侧干扰信号的地网侧干扰单元，用于滤波的滤波单元，以及，用于检测局部放电信号的检测单元；所述电源单元分别与所述电源侧干扰单元、所述地网侧干扰单元、所述滤波单元和所述检测单元电连接，所述试品单元分别与所述滤波单元和所述检测单元电连接，所述检测单元还与所述滤波单元电连接。本发明实施例实现了局部放电检测的精确仿真，通用性和适用性强。

Description

一种局部放电检测的仿真模型及方法

技术领域

本发明涉及局部放电技术领域，尤其涉及一种局部放电检测的仿真模型及方法。

背景技术

为保证电气设备的安全、可靠运行，需要对其进行耐压及局部放电试验，以检验设备绝缘性能是否满足要求。然而往往由于试验现场环境复杂，各类干扰信号引入的背景局部放电量超标，其中又以来自电源侧和地网侧的干扰较难排除，导致试验无法进行。对该类干扰进行识别及排除成为耐压及局部放电试验的重点及难点所在。目前国内外对由电源侧和地网侧带来的干扰信号，对其传播途径，传播过程研究较少。采用现场尝试的方式调整相关滤波元件参数来抑制干扰信号对检测结果的影响，时间、经济、人力成本较高。而现有技术采用仿真手段进行局部放电检测的试验的通用性差。

发明内容

本发明实施例提供一种局部放电检测的仿真模型及方法，以解决现有技术进行局部放电检测的仿真模型的通用性差的问题。

第一方面，提供一种局部放电检测的仿真模型，所述仿真模型通过Matlab/Simulink软件建立，所述仿真模型包括：用于供电的电源单元，用于仿真局部放电的试品单元，用于仿真电源侧干扰信号的电源侧干扰单元，用于仿真地网侧干扰信号的地网侧干扰单元，用于滤波的滤波单元，以及，用于检测局部放电信号的检测单元；所述电源单元分别与所述电源侧干扰单元、所述地网侧干扰单元、所述滤波单元和所述检测单元电连接，所述试品单元分别与所述滤波单元和所述检测单元电连接，所述检测单元还与所述滤波单元电连接；

其中，所述检测单元包括：第一端子、第二端子、第三端子、耦合电容、第一阻抗组件、第二阻抗组件、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关和所述第三开关闭合时，所述第二开关和所述第四开关断开；或，所述第二开关和所述第四开关闭合时，所述第一开关和所述第三开关断开；

所述第一端子用于电连接所述滤波单元，所述第二端子用于电连接所述试品单元，所述第三端子用于电连接所述地网侧干扰单元；

所述耦合电容的一极板与所述第一端子电连接，所述耦合电容的另一极板分别与所述第一开关和所述第二开关的一端电连接，所述第一开关的另一端与所述第一阻抗组件的一端电连接，所述第二开关的另一端与所述第三端子电连接；

所述第三开关和所述第四开关的一端分别与所述第二端子电连接，所述第三开关的另一端与所述第三端子电连接，所述第四开关的另一端与所述第二阻抗组件的一端电连接；

所述第三端子还分别与所述第一阻抗组件的另一端和所述第二阻抗组件的另一端电连接。

第二方面，提供一种局部放电检测的仿真方法，包括：

通过Matlab/Simulink软件建立前述的局部放电检测的仿真模型；

设置所述局部放电检测的仿真模型的参数；

采用所述局部放电检测的仿真模型进行局部放电信号的检测的仿真。

这样，本发明实施例，通用性和适用性强，为局部放电检测回路电源侧/地网侧干扰信号传播的研究提供了一个实验仿真平台，实现了由气隙缺陷引发的局部放电信号在电路中传播特性的精确仿真，以及，在加入电源侧和地网侧干扰信号后，局部放电信号在电路中的传播特性的精确仿真，可以根据实际情况选择检测单元的阻抗和试品单元的串联或并联关系，选择阻抗的类型，且可根据实际需求设置各元件参数，并实时输出仿真模型的仿真波形，利用仿真结果可以进一步研究局部放电检测回路电源侧/地网侧干扰信号传播的具体特征及抑制措施。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的电路结构示意图；

图2是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的检测单元的电路结构示意图；

图3是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的滤波单元的电路结构示意图；

图4是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的电源单元的电路结构示意图；

图5是本发明实施例的局部放电检测的仿真方法的流程图；

图6是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的检测单元的电流路径示意图一；

图7是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的检测单元的电流路径示意图二；

图8是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的检测单元的电流路径示意图三；

图9是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型的检测单元的电流路径示意图四；

图10是本发明实施例的电源侧干扰单元加入高斯噪声信号后，电源单元输出的电压的波形示意图；

图11是本发明实施例的电源侧干扰单元加入高斯噪声信号后，电源单元输出的电压的波形经傅里叶变换后的示意图；

图12是本发明实施例仿真得到的第三电容的电压和放电脉冲波形的示意图；

图13是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型不具有滤波单元时，检测单元的连入电路的阻抗两端的电压的波形示意图；

图14是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型不具有滤波单元时，检测单元的连入电路的阻抗两端的电压的波形经傅里叶变换后的示意图；

图15是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型具有R＝500Ω，L＝1×10^-3H的滤波单元时，检测单元的连入电路的阻抗两端的电压的波形示意图；

图16是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型具有R＝500Ω，L＝1×10^-3的滤波单元时，检测单元的连入电路的阻抗两端的电压的波形经傅里叶变换后的示意图；

图17是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型具有R＝2000Ω，L＝0.1H的滤波单元时，检测单元的连入电路的阻抗两端的电压的波形示意图；

图18是本发明实施例的局部放电检测的仿真模型具有R＝2000Ω，L＝0.1H的滤波单元时，检测单元的连入电路的阻抗两端的电压的波形经傅里叶变换后的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开一种局部放电检测的仿真模型。该仿真模型通过Matlab/Simulink软件建立。如图1所示，该仿真模型包括：用于供电的电源单元1，用于仿真局部放电的试品单元2，用于仿真电源侧干扰信号的电源侧干扰单元3，用于仿真地网侧干扰信号的地网侧干扰单元4，用于滤波的滤波单元5，以及，用于检测局部放电信号的检测单元6。

具体的，电源单元1分别与电源侧干扰单元3、地网侧干扰单元4、滤波单元5和检测单元6电连接。试品单元2分别与滤波单元5和检测单元6电连接。检测单元6还与滤波单元5电连接。

其中，如图2所示，检测单元6包括：第一端子F1、第二端子O、第三端子G、耦合电容Ck、第一阻抗组件、第二阻抗组件、第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4。

第一端子F1用于电连接滤波单元5。第二端子O用于电连接试品单元2。第三端子G用于电连接地网侧干扰单元4。耦合电容Ck的一极板与第一端子F1电连接。耦合电容Ck的另一极板分别与第一开关K1和第二开关K2的一端电连接。第一开关K1的另一端与第一阻抗组件的一端电连接。第二开关K2的另一端与第三端子G电连接。第三开关K3和第四开关K4的一端分别与第二端子O电连接。第三开关K3的另一端与第三端子G电连接。第四开关K4的另一端与第二阻抗组件的一端电连接。第三端子G还分别与第一阻抗组件的另一端和第二阻抗组件的另一端电连接。

通过建立上述的仿真模型的检测单元，对于第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4，可实现如下两种情况的开关状态：

(1)第一开关K1和第三开关K3闭合时，第二开关K2和第四开关K4断开。

该种情况下，可实现阻抗与耦合电容Ck串联，然后阻抗和耦合电容Ck整体与试品单元2并联，可以仿真试品单元2的一端接地时的局部放电信号的检测过程。

(2)第二开关K2和第四开关K4闭合时，第一开关K1和第三开关K3断开。

该种情况下，可实现阻抗与试品单元2串联，然后阻抗和试品单元2整体与耦合电容Ck并联，可以仿真试品单元2的两端均不接地时的局部放电信号的检测过程。

具体的，为了便于实现上述的开关状态，可以设置第一非门N1和第二非门N2。第一非门N1的输出端与第一开关K1的一端电连接。第二非门N2的输出端与第三开关K3的一端电连接。第一非门N1的输入端和第二非门N2的输入端可通过Matlab/Simulink软件主界面输入SP_sel信号。这样，在Matlab/Simulink软件中，通过Constant元件只需要给定一个开关信号SP_sel，第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4通过From元件接收该信号，即可同时控制第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4。例如，SP_sel＝1表示控制开关闭合，SP_sel＝0表示控制开关断开。那么，当通过Matlab/Simulink软件的主界面同时向第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4输入SP_sel＝1的控制信号时，第一非门N1和第二非门N2将控制信号转换为SP_sel＝0输出，则第二开关K2和第四开关K4闭合，第一开关K1和第三开关K3断开，仿真试品单元2的两端均不接地时的局部放电检测过程；当通过软件的主界面同时在第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4输入SP_sel＝0的控制信号时，第一非门N1和第二非门N2将控制信号转换为SP_sel＝1输出，则第一开关K1和第三开关K3闭合，第二开关K2和第四开关K4断开，仿真试品单元2的一端接地时的局部放电检测过程。

因此，通过上述的局部放电检测的仿真模型，可仿真产生局部放电信号和干扰信号，以及，仿真检测局部放电信号的过程，且可仿真试品单元2的一端接地或两端均不接地时的局部放电信号的检测过程，使得该局部放电检测的仿真模型的通用性好，适用性强。

优选的，第一阻抗组件包括：第五开关K5、第六开关K6、第一阻抗Z1和第二阻抗Z2。第二阻抗组件包括：第七开关K7、第八开关K8、第三阻抗Z3和第四阻抗Z4。第一阻抗Z1和第三阻抗Z3的类型相同，例如，可以是RLC阻抗。第二阻抗Z2和第四阻抗Z4的类型相同，例如，可以是RC阻抗。应当理解的是，本发明的阻抗类型并不以此为限，还可以根据实际需求选择其他类型的阻抗。第一开关K1的另一端分别与第五开关K5和第六开关K6的一端电连接。第四开关K4的另一端分别与第七开关K7和第八开关K8的一端电连接。第一阻抗Z1的一端与第五开关K5的另一端电连接，第一阻抗Z1的另一端与第三端子G电连接。第二阻抗Z2的一端与第六开关K6的另一端电连接，第二阻抗Z2的另一端与第三端子G电连接。第三阻抗Z3的一端与第七开关K7的另一端电连接，第三阻抗Z3的另一端与第三端子G电连接。第四阻抗Z4的一端与第八开关K8的另一端电连接，第四阻抗Z3的另一端与第三端子G电连接。

通过建立上述的仿真模型的第一阻抗组件和第二阻抗组件，对于第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7和第八开关K8，可实现如下两种情况的开关状态：

(1)第五开关K5和第七开关闭K7合时，第六开关K6和第八开关K8断开。

该种情况下，检测单元6连入第一阻抗Z1和第三阻抗Z3。

(2)第六开关K6和第八开关K8闭合时，第五开关K5和第七开关K7断开。

该种情况下，检测单元6连入第二阻抗Z2和第四阻抗Z4。

具体的，为了便于实现上述的开关状态，可以设置第三非门N3和第四非门N4。第三非门N3的输出端与第五开关K5电连接，第四非门N4的输出端与第七开关K7电连接。第三非门N3的输入端和第四非门N4的输入端可通过Matlab/Simulink软件主界面输入Z_sel信号。这样，在Matlab/Simulink软件中，通过Constant元件只需要给定一个Z_sel，第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7和第八开关K8通过From元件接收该信号，即可同时控制第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7和第八开关K8。同理，Z_sel＝1表示控制开关闭合，Z_sel＝0表示控制开关断开。那么，当通过软件的主界面同时在第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7和第八开关K8输入Z_sel＝1的控制信号时，第三非门N3和第四非门N4将控制信号转换为Z_sel＝0输出，则第六开关K6和第八开关K8闭合，第五开关K5和第七开关K7断开，可接入第二阻抗Z2和第四阻抗Z4；当通过软件的主界面同时在第五开关K5、第六开关K6、第七开关K7和第八开关K8输入Z_sel＝0的控制信号时，第三非门N3和第四非门N4将控制信号转换为Z_sel＝1输出，则第五开关K5和第七开关K7闭合，第六开关K6和第八开关K8断开，可接入第一阻抗Z1和第三阻抗Z3。应当理解的是，由于第一开关K1、第二开关K2、第三开关K3和第四开关K4的闭合状态，第五开关K5和第七开关K7闭合时，第一阻抗Z1和第三阻抗Z3中实际上只有一个接入电路，同样的，第六开关K6和第八开关K8闭合时，第二阻抗Z2和第四阻抗Z4中实际上只有一个接入电路。

因此，该局部放电检测的仿真模型，通过接入不同的阻抗，使得灵敏度和频带等特性参数有区别，从而可以仿真不同条件下的局部放电检测的过程，进一步增强该局部放电检测的仿真模型的通用性和适用性。

此外，为了便于采集检测过程中的相关电压信号，可在第一阻抗组件和第二阻抗组件的两端各并联一电压测量元件M1和M2，以采集第一阻抗组件和第二阻抗组件两端的电压信号U1和U2，并经Matlab/Simulink软件主界面的求和元件Add求和后输出到Goto元件。

本发明实施例可仿真产生由气隙缺陷引发的局部放电信号。具体的，为了产生该局部放电信号，如图3所示，试品单元包括：第四端子F2、第五端子T、第一电容Cm1、第二电容Cm2、第三电容Cm3、电阻Rg、逻辑判断组件和第九开关K9。第四端子F2用于与滤波单元5电连接。第五端子T用于与检测单元6电连接。一般的，第一电容Cm1的电容值比第二电容Cm2和第三电容Cm3的电容值大，且至少大一个数量级以上。通过调节第一电容Cm1、第二电容Cm2和第三电容Cm3之间的电容的大小差距，可以模拟不同气隙大小的情况。例如，第一电容Cm1比第二电容Cm2和第三电容Cm3的电容越大，则模拟的气隙沿垂直于电场方向所占的面积比例越小；若第二电容Cm2比第三电容Cm3的电容越大，则模拟的气隙沿电场方向的厚度比例越小。第一电容Cm1的一极板分别与第四端子F2和第二电容Cm2的一极板电连接。第一电容Cm1的另一极板分别与第五端子T和第三电容Cm3的一极板电连接。第二电容Cm2的另一极板和第三电容Cm3的另一极板电连接。电阻Rg的阻值相对较小。例如，电阻Rg的阻值约为10⁶Ω。电阻Rg的一端与第三电容Cm3的一极板电连接。电阻Rg的另一端与第九开关K9的一端电连接。第九开关K9的另一端与第三电容Cm3的另一极板电连接。逻辑判断组件的一端与第三电容Cm3的另一极板电连接。逻辑判断组件的另一端与第九开关K9的信号输入端电连接。逻辑判断组件用于根据第三电容Cm3两端的电压的绝对值与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制第九开关K9闭合或断开。该第九开关K9是理想开关。第一阈值为气隙起始放电电压。第二阈值为熄灭电压。

通过上述的结构设计，第一电容Cm1、第二电容Cm2和第三电容Cm3可一起仿真存在气隙的绝缘结构。其中，第三电容Cm3仿真绝缘结构中气隙，第二电容Cm2仿真与气隙串联的绝缘介质，第一电容Cm1仿真其他部位的绝缘介质。当第九开关K9闭合时，相当于第三电容Cm3经电阻Rg放电，从而可仿真气隙放电过程；当第九开关K9断开时，可仿真气隙放电熄灭的过程。

具体的，逻辑判断组件包括：电压测量元件M3、绝对值元件Abs和继电器元件Relay。电压测量元件M3的输入端与第三电容Cm3的另一极板电连接。电压测量元件M3的输出端与绝对值元件Abs的输入端电连接。绝对值元件Abs的输出端与继电器元件Relay的输入端电连接，继电器元件Relay的输出端与第九开关K9的信号输入端电连接。

电压测量元件M3用于采集第三电容Cm3两端的电压，且将采集的电压输入到绝对值元件Abs。绝对值元件Abs用于将接收到的电压取绝对值后输入到继电器元件Relay。继电器元件Relay用于比较接收到的电压的绝对值与第一阈值和第二阈值的大小。若电压的绝对值由小到大达到第一阈值，则输出闭合第九开关K9的信号到第九开关K9。若电压的绝对值由大到小达到第二阈值，则输出断开第九开关K9的信号到第九开关K9。具体的，继电器元件Relay输出信号为1表示闭合第九开关K9，输出信号为0表示断开第九开关K9。

此外，为了便于采集放电过程中的电压和电流信号，电压测量元件M3可将采集的电压信号U3输入到Matlab/Simulink软件主界面的Goto元件以便采集电压。在第一电容Cm1和第二电容Cm2之间的串联电路上串联一电流测量元件M4，采集放电过程中的脉冲电流信号I，并将采集的脉冲电流信号I直接输入到Matlab/Simulink软件主界面的Goto元件或者通过串接的一信号增益元件K增益该脉冲电流信号后输入到Matlab/Simulink软件主界面的Goto元件。

具体的，如图4所示，电源单元1包括：第六端子F3、第七端子SG、第八端子MG、交流电源AC、调压器T1和试验变压器T2。交流电源AC可以是220kV或380kV的交流电源。第六端子F3用于与滤波单元5电连接。第七端子SG用于与电源侧干扰单元3电连接。第八端子MG用于与地网侧干扰单元4电连接。交流电源AC的低压侧与第七端子SG电连接。交流电源AC的高压侧与调压器T1的低压输入侧电连接。调压器T1的高压输出侧与试验变压器T2的低压输入侧电连接。试验变压器T2的高压输出侧与第六端子F3电连接。调压器T1和试验变压器T2的接地侧均与第八端子MG电连接。

具体的，电源侧干扰单元3包括：第一信号发生器G1和第一受控电压电源VS1。第一信号发生器G1的输出端与第一受控电压电源VS1的输入端电连接。第一受控电压电源VS1的输出端与第七端子SG电连接。第一受控电压电源VS1接地。例如，该第一信号发生器G1可以是高斯噪声信号发生器。

通过上述的结构设计，可以根据所需的干扰波形或数学表达式，通过调整第一信号发生器G1和第一受控电压电源VS1的参数，构成特定的干扰信号源。

具体的，地网侧干扰单元4包括：第二信号发生器G2和第二受控电压电源VS2。第二信号发生器G2的输出端与第二受控电压电源VS2的输入端电连接。第二受控电压电源VS2的输出端分别与第三端子G和第八端子MG电连接。第二受控电压电源VS2接地。例如，该第二信号发生器G2可以是高斯噪声信号发生器。

通过上述的结构设计，可以根据所需的干扰波形或数学表达式，通过调整第二信号发生器G2和第二受控电压电源VS2的参数，构成特定的干扰信号源。

具体的，滤波单元5可根据需求搭建合适的电路。例如，滤波单元5为RLC电路结构或者RL电路结构。

无论是试品单元2还是检测单元6，采集的电压和电流都可以通过Matlab/Simulink软件主界面的Scope示波器元件进行显示。

综上，本发明实施例的局部放电检测的仿真模型，通用性和适用性强，为局部放电检测回路电源侧/地网侧干扰信号传播的研究提供了一个实验仿真平台，实现了由气隙缺陷引发的局部放电信号在电路中传播特性的精确仿真，以及，在加入电源侧和地网侧干扰信号后，局部放电信号在电路中的传播特性的精确仿真，可以根据实际情况选择检测单元的阻抗和试品单元的串联或并联关系，选择阻抗的类型，且可根据实际需求设置各元件参数，并实时输出仿真模型的仿真波形，利用仿真结果可以进一步研究局部放电检测回路电源侧/地网侧干扰信号传播的具体特征及抑制措施。

本发明实施例还公开了一种局部放电检测的仿真方法。如图5所示，该仿真方法包括如下的步骤：

步骤S501：通过Matlab/Simulink软件建立局部放电检测的仿真模型。

该局部放电检测的仿真模型为上述实施例的仿真模型，在此不再赘述。

步骤S502：设置局部放电检测的仿真模型的参数。

具体的，根据试验拟采用的实际设备，分别设置电源单元的交流电源、调压器和试验变压器的相关参数；设置检测单元中阻抗的相关参数；设置试品单元中各电容的相关参数以及继电器元件的第一阈值、第二阈值等参数；在软件主界面设置SP_sel和Z_sel的取值。根据可能存在的干扰信号的波形或数学表达式，设置电源侧干扰单元的第一信号发生器和第一受控电压电源的参数，以及，第二信号发生器和第二受控电压电源的参数。根据干扰信号等信号的特点，设置软件的求解器类型、求解步长和仿真时间等参数。

例如，对于电源单元，设交流电源的电压为380V，试验变压器的变比为250kV/250V，局部放电检测所需施加在试品单元上的电压为50kV，需要调压器的变比为50/380。

步骤S503：采用局部放电检测的仿真模型进行局部放电信号的检测的仿真。

具体的，该步骤包括如下的过程：

(1)控制电源单元供电，电源侧干扰单元和地网侧干扰单元产生干扰信号。

图10示出了电源模块输出的对地电压波形。图11示出了该对地电压波形经过傅里叶变换(FFT)得到各次谐波情况。

(2)控制试品单元的第九开关的通断，进行气隙放电过程或放电熄灭过程的仿真。

例如，假设加载在试品单元的电压为50KV，那么根据已有公式计算，该试品单元的起始放电电压为23.8KV，即第一阈值为23.8KV，放电熄灭电压为18.28KV，即第二阈值为18.28KV。当加在第三电容上的电压通过绝对值元件取绝对值后和设定的第一阈值相比较，当超过第一阈值后，继电器元件将会输出一个信号“1”，使得第九开关闭合，第九开关闭合以后，第三电容将和电阻并联，气隙上的阻抗将会减小，进而气隙上的电压将会减小，当减小到第二阈值时，继电器元件将会输出一个信号“0”，使得第九开关断开，气隙上的阻抗将会增大，进而气隙上的电压将会增大。图12示出了本发明中仿真得到的第三电容的电压(气隙电压)和放电脉冲波形，其中A为气隙电压波形，B为放电脉冲波形。

(3)控制检测单元的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关的通断，进行试品单元的一端接地时或试品单元的两端接地时的局部放电信号的检测的仿真。

在发生局部放电以后，局部放电信号将会流入检测单元，该检测单元一共分为两个系统，一个是阻抗和试品单元的串联，一个是阻抗和试品单元的并联，通过主界面中的SP_sel信号进线切换。而每个系统中的阻抗又分为两种类型，例如，本发明一优选的实施例分别是RLC型和RC型，通过主界面中的Z_sel信号进行切换，可以根据不同的使用场景，进行相应的搭配，且阻抗的参数也可相应的调节。

具体的，上述开关的通断有以下四种情况：

①控制第一开关、第三开关和第五开关闭合，使第一阻抗与耦合电容形成第一串联电路，试品单元并联在第一串联电路的两端，进行试品单元的一端接地时的局部放电信号的检测的仿真。

具体的，可通过SP_sel＝0和Z_sel＝0实现。电流路径如图6所示的加粗的线条。

②控制第一开关、第三开关和第六开关闭合，使第二阻抗与耦合电容形成第二串联电路，试品单元并联在第二串联电路的两端，进行试品单元的一端接地时的局部放电信号的检测的仿真。

具体的，可通过SP_sel＝0和Z_sel＝1实现。电流路径如图7所示的加粗的线条。

③控制第二开关、第四开关和第七开关闭合，使第三阻抗与试品单元形成第三串联电路，耦合电容并联在第三串联电路的两端，进行试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真。

具体的，可通过SP_sel＝1和Z_sel＝0实现。电流路径如图8所示的加粗的线条。

④控制第二开关、第四开关和第八开关闭合，使第四阻抗与试品单元形成第四串联电路，耦合电容并联在第四串联电路的两端，进行试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真。

具体的，可通过SP_sel＝1和Z_sel＝1实现。电流路径如图9所示的加粗的线条。

通过上述的过程，电源侧干扰单元输出干扰信号到电源单元使电源单元实现含有干扰信号的电源输出，电源输出的信号经过滤波单元，进入试品单元，通过该试品单元仿真由气隙缺陷引发的局部放电，局部放电信号再流入含有地网侧干扰单元的干扰信号的阻抗中，通过示波器实时输出波形，实现了在加入电源侧和地网侧干扰信号后局部放电检测的仿真过程，可输出仿真过程中采集的试品单元的第三电容两端的电压信号、脉冲电流信号，以及来自检测单元的阻抗的电压信号。通过分析这些信号的波形，可研究干扰信号的传播特性；还可通过调节滤波单元的参数等手段，得到干扰信号和局部放电信号的幅值，从而可选择相对于局部放电信号的幅值较小的干扰信号的幅值对应的滤波单元的参数，指导实际的设备的组建。

例如，当不采用滤波单元时，通过Matlab/Simulink软件得到的检测单元的连入电路的阻抗两端的电压波形如图13所示，对应的FFT分析结果如图14所示。对比图11和图14可以看出，谐波干扰到达连入电路的阻抗之后，20kHz以内的低频段分量明显减少。此时连入电路的阻抗上的干扰信号的幅值约为局部放电信号的幅值的1/2，谐波失真(TotalHarmonic Distortion，THD)也高达251.93％。

当采用R＝500Ω，L＝1×10^-3H的滤波单元时，连入电路的阻抗上的电压波形及相应的FFT分析结果如图15和图16所示，可以看出，此时信号中干扰成分的幅值明显减小，降低至局部放电信号的幅值的1/3以下，THD也下降至169.26％。

当采用R＝2000Ω，L＝0.1H的滤波单元时，连入电路的阻抗上的电压波形及相应的FFT分析结果如图17和图18所示。此时信号中干扰成分的幅值进一步减小，降低至局部放电信号的幅值的1/4以下，THD也下降至85.21％。

对比上述三种方案可以看出，第三种方案可以明显降低连入电路的阻抗中的干扰成分，提高局部放电信号的检测结果的识别率，尤其是对于局部放电信号较弱的情况，有助于更准确的识别出试品单元中的局部放电信号。

综上，本发明实施例的局部放电检测的仿真方法，采用前述实施例的通用性和适用性强的局部放电检测的仿真模型，实现了由气隙缺陷引发的局部放电信号在电路中传播特性的精确仿真，以及，在加入电源侧和地网侧干扰信号后，局部放电信号在电路中的传播特性的精确仿真，可以根据实际情况选择检测单元的阻抗和试品单元的串联或并联关系，选择阻抗的类型，且可根据实际需求设置各元件参数，并实时输出仿真模型的仿真波形，利用仿真结果可以进一步研究局部放电检测回路电源侧/地网侧干扰信号传播的具体特征及抑制措施。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种局部放电检测的仿真模型，其特征在于，所述仿真模型通过Matlab/Simulink软件建立，所述仿真模型包括：用于供电的电源单元，用于仿真局部放电的试品单元，用于仿真电源侧干扰信号的电源侧干扰单元，用于仿真地网侧干扰信号的地网侧干扰单元，用于滤波的滤波单元，以及，用于检测局部放电信号的检测单元；所述电源单元分别与所述电源侧干扰单元、所述地网侧干扰单元、所述滤波单元和所述检测单元电连接，所述试品单元分别与所述滤波单元和所述检测单元电连接，所述检测单元还与所述滤波单元电连接；

其中，所述检测单元包括：第一端子、第二端子、第三端子、耦合电容、第一阻抗组件、第二阻抗组件、第一开关、第二开关、第三开关和第四开关，所述第一开关和所述第三开关闭合时，所述第二开关和所述第四开关断开；或，所述第二开关和所述第四开关闭合时，所述第一开关和所述第三开关断开；

所述第一端子用于电连接所述滤波单元，所述第二端子用于电连接所述试品单元，所述第三端子用于电连接所述地网侧干扰单元；

所述耦合电容的一极板与所述第一端子电连接，所述耦合电容的另一极板分别与所述第一开关和所述第二开关的一端电连接，所述第一开关的另一端与所述第一阻抗组件的一端电连接，所述第二开关的另一端与所述第三端子电连接；

所述第三开关和所述第四开关的一端分别与所述第二端子电连接，所述第三开关的另一端与所述第三端子电连接，所述第四开关的另一端与所述第二阻抗组件的一端电连接；

所述第三端子还分别与所述第一阻抗组件的另一端和所述第二阻抗组件的另一端电连接。

2.根据权利要求1所述的仿真模型，其特征在于，所述第一阻抗组件包括：第五开关、第六开关、第一阻抗和第二阻抗；所述第二阻抗组件包括：第七开关、第八开关、第三阻抗和第四阻抗；所述第一阻抗和所述第三阻抗的类型相同，所述第二阻抗和所述第四阻抗的类型相同；所述第五开关和所述第七开关闭合时，所述第六开关和所述第八开关断开；或，所述第六开关和所述第八开关闭合时，所述第五开关和所述第七开关断开；

所述第一开关的另一端分别与所述第五开关和所述第六开关的一端电连接；

所述第四开关的另一端分别与所述第七开关和所述第八开关的一端电连接；

所述第一阻抗的一端与所述第五开关的另一端电连接，所述第一阻抗的另一端与所述第三端子电连接；

所述第二阻抗的一端与所述第六开关的另一端电连接，所述第二阻抗的另一端与所述第三端子电连接；

所述第三阻抗的一端与所述第七开关的另一端电连接，所述第三阻抗的另一端与所述第三端子电连接；

所述第四阻抗的一端与所述第八开关的另一端电连接，所述第四阻抗的另一端与所述第三端子电连接。

3.根据权利要求1所述的仿真模型，其特征在于，所述试品单元包括：第四端子、第五端子、第一电容、第二电容、第三电容、电阻、逻辑判断组件和第九开关；

所述第四端子用于与所述滤波单元电连接，所述第五端子用于与所述检测单元电连接；

所述第一电容的一极板分别与所述第四端子和所述第二电容的一极板电连接，所述第一电容的另一极板分别与所述第五端子和所述第三电容的一极板电连接；

所述第二电容的另一极板和所述第三电容的另一极板电连接；

所述电阻的一端与所述第三电容的一极板电连接，所述电阻的另一端与所述第九开关的一端电连接，所述第九开关的另一端与所述第三电容的另一极板电连接；

所述逻辑判断组件的一端与所述第三电容的另一极板电连接，所述逻辑判断组件的另一端与所述第九开关的信号输入端电连接，所述逻辑判断组件用于根据所述第三电容两端的电压的绝对值与第一阈值和第二阈值的大小关系，控制所述第九开关闭合或断开。

4.根据权利要求3所述的仿真模型，其特征在于，所述逻辑判断组件包括：电压测量元件、绝对值元件和继电器元件；所述电压测量元件的输入端与所述第三电容的另一极板电连接，所述电压测量元件的输出端与所述绝对值元件的输入端电连接，所述绝对值元件的输出端与所述继电器元件的输入端电连接，所述继电器元件的输出端与所述第九开关的信号输入端电连接；

所述电压测量元件用于采集所述第三电容两端的电压，且将采集的所述电压输入到所述绝对值元件，所述绝对值元件用于将接收到的所述电压取绝对值后输入到所述继电器元件，所述继电器元件用于比较接收到的所述电压的绝对值与所述第一阈值和所述第二阈值的大小，若所述电压的绝对值由小到大达到所述第一阈值，则输出闭合所述第九开关的信号到所述第九开关，若所述电压的绝对值由大到小达到所述第二阈值，则输出断开所述第九开关的信号到所述第九开关。

5.一种局部放电检测的仿真方法，其特征在于，包括：

通过Matlab/Simulink软件建立如权利要求1～4任一项所述的局部放电检测的仿真模型；

设置所述局部放电检测的仿真模型的参数；

采用所述局部放电检测的仿真模型进行局部放电信号的检测的仿真。

6.根据权利要求5所述的仿真方法，其特征在于，所述采用所述局部放电检测的仿真模型进行局部放电信号的检测的仿真的步骤，包括：

控制所述电源单元供电，所述电源侧干扰单元和所述地网侧干扰单元产生干扰信号；

控制所述试品单元的第九开关的通断，进行气隙放电过程或放电熄灭过程的仿真；

控制所述检测单元的第一开关、第二开关、第三开关、第四开关、第五开关、第六开关、第七开关和第八开关的通断，进行所述试品单元的一端接地时或所述试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真。

7.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述进行所述试品单元的一端接地时或所述试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真的步骤，包括：

控制所述第一开关、所述第三开关和所述第五开关闭合，使所述第一阻抗与所述耦合电容形成第一串联电路，所述试品单元并联在所述第一串联电路的两端，进行所述试品单元的一端接地时的局部放电信号的检测的仿真。

8.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述进行所述试品单元的一端接地时或所述试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真的步骤，包括：

控制所述第一开关、所述第三开关和所述第六开关闭合，使所述第二阻抗与所述耦合电容形成第二串联电路，所述试品单元并联在所述第二串联电路的两端，进行所述试品单元的一端接地时的局部放电信号的检测的仿真。

9.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述进行所述试品单元的一端接地时或所述试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真的步骤，包括：

控制所述第二开关、所述第四开关和所述第七开关闭合，使所述第三阻抗与所述试品单元形成第三串联电路，所述耦合电容并联在所述第三串联电路的两端，进行所述试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真。

10.根据权利要求6所述的仿真方法，其特征在于，所述进行所述试品单元的一端接地时或所述试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真的步骤，包括：

控制所述第二开关、所述第四开关和所述第八开关闭合，使所述第四阻抗与所述试品单元形成第四串联电路，所述耦合电容并联在所述第四串联电路的两端，进行所述试品单元的两端均不接地时的局部放电信号的检测的仿真。

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