雷电波发生器的MATLAB仿真及参数选取sc
利用MATLAB计算冲击电压发生器的参数
利用MATLAB计算冲击电压发生器的参数
张春红;郑永康;颜怀梁
【期刊名称】《西华大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(022)002
【摘要】分析了冲击电压发生器二次回路在任意波形下的参数选择法,提出了一种采用MATLAB的数学计算功能进行冲击电压发生器在任意波形参数下的参数计算方法.并以1.2/50 μs标准波(按试验要求0.3 Um～0.9 Um直线为视在波头的标准波)下的二次放电回路为例,进行了理论分析与计算.
【总页数】4页(P41-43,46)
【作者】张春红;郑永康;颜怀梁
【作者单位】西华大学电子信息与电气工程系,四川,成都,610039;西华大学电子信息与电气工程系,四川,成都,610039;西华大学电子信息与电气工程系,四川,成
都,610039
【正文语种】中文
【中图分类】TM832
【相关文献】
1.冲击电压发生器波形和参数的计算模型与仿真 [J], 王国枝;田俊梅
2.GIS现场冲击耐压试验用冲击电压发生器电路参数分析和设计 [J], 吴旭涛;郭飞;马波;马云龙;安敬然;谭润泽;冯敬华;李军浩
3.冲击电压发生器计算机测控系统的开发 [J], 刘荣;刘洪林
4.冲击电压发生器计算机控制系统的研究 [J], 胡志忠;朱旭东;陈文针
5.3600kV冲击电压发生器的计算机测控系统 [J], 罗振侯;徐涛;陆伟群;罗建平因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
电力电子技术MatLab仿真
本文前言MATLAB的简介MATLAB是一种适用于工程应用的各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Mathworks公司于1984年正式推出，1988年退出3.X（DOS）版本，19992年推出4.X（Windows）版本；19997年腿5.1（Windows）版本，2000年下半年，Mathworks公司推出了他们的最新产品MATLAB6.0（R12）试用版，并于2001年初推出了正式版。
随着版本的升级，内容不断扩充，功能更加强大。
近几年来，Mathworks公司将推出MATLAB语言运用于系统仿真和实时运行等方面，取得了很多成绩，更扩大了它的应用前景。
MATLAB已成为美国和其他发达国家大学教学和科学研究中最常见而且必不可少的工具。
MATLAB是“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）的缩写，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图的需要。
在MATLAB中，每个变量代表一个矩阵，可以有n*m个元素，每个元素都被看做复数摸索有的运算都对矩阵和复数有效，输入算式立即可得结果，无需编译。
MATLAB强大而简易的做图功能，能根据输入数据自动确定坐标绘图，能自定义多种坐标系（极坐标系、对数坐标系等），讷讷感绘制三维坐标中的曲线和曲面，可设置不同的颜色、线形、视角等。
如果数据齐全，MATLAB通常只需要一条命令即可做图，功能丰富，可扩展性强。
MATLAB软件包括基本部分和专业扩展部分，基本部分包括矩阵的运算和各种变换、代数和超越方程的求解、数据处理和傅立叶变换及数值积分风，可以满足大学理工科学生的计算需要，扩展部分称为工具箱，它实际上使用MATLAB的基本语句编成的各种子程序集，用于解决某一方面的问题，或实现某一类的新算法。
现在已经有控制系统、信号处理、图象处理、系统辨识、模糊集合、神经元网络及小波分析等多种工具箱，并且向公式推倒、系统仿真和实时运行等领域发展。
雷电波发生器的MATLAB仿真及参数选取sc
雷电波冲击电流发生器的MATLAB/Simulink仿真及参数选取摘要：本文介绍了雷电波冲击电流发生器的工作原理，对冲击电流发生器的放电回路进行了理论分析。
介绍了一种在MATLAB/Simulink仿真环境下，通过模拟冲击电流发生器放电回路来进行电阻和电感等参数选取及冲击电流波形调试的方法，为实际检测中雷电波冲击电流发生器的波形调节提供理论依据及软件参考。
关键词：冲击电流发生器，MATLAB，Simulink，仿真1. 引言在通信上为了考核电涌保护器和通信设备抗感应雷能力的测试，检测实验室需要具备模拟雷电流的设备——雷电波冲击电流发生器，根据GB18802.1-2002[1]《低压配电系统的电涌保护器》以及通信行业标准1235.2-2002[2]《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法》的规定，8/20s标准雷电流是测试电涌保护器动作负载试验以及残压测试的规定波形。
标准中对8/20s波形图及其参数规定如图1所示：图1 冲击电流波形视在原点（O1）：通过冲击电流峰值的10%和90%所画直线与时间坐标轴的相交点；视在波头时间（T f）：其值等于冲击电流峰值的10%增加到90%（见图1）所需时间T的1.25倍；视在波尾（或半峰值）时间（T t）：冲击电流视在原点O1与电流下降到峰值一半的时间间隔。
容许偏差：峰值±10％波前时间T f ±10％半峰值时间T t ±10％在冲击峰值附近，允许小的过冲或振荡，但是单个幅值不应超过其峰值的5％。
当电流下降到零后，反极性的振荡幅值不应超过峰值的20％。
2. 冲击电流发生器的工作原理[3]冲击电流发生器的基本原理是：数台或数组大容量的电容器经由高压直流装置，以整流电压或恒流方式进行并联充电，然后通过间隙放电使试品上流过冲击大电流。
以信息产业防雷质量监督检验中心防雷实验室的冲击电流发生器为例，如图2所示，它包括充电回路和放电回路两部分。
基于MATLAB的输电线路雷击与短路故障仿真及防雷分析
⑵普通短路故障情况下的仿真研究
①三相短路情况下的仿真研究
②单相短路接地情况下的仿真研究
③两相短路情况下的仿真研究
④两相短路接地情况下的仿真研究
⑤单相断路情况下的仿真研究
⑥两相断路情况下的仿真研究
⑶仿真结果分析
4、在分析实验数据的基础上，提出相应的输电线路防雷保护措施；
4.2预期目标
近年，国内外开展了应用氧化锌避雷器来降低雷击事故的研究，并已经成功的将避雷器应用到线路上，将复合外套避雷器安装到线路雷电活动强烈或者土壤电阻率和高、降低杆塔接地电阻有困难的线路，以提高线路的耐雷水平。运行经验表明，采用线路避雷器后，能够消除或者大大减少线路的雷击跳闸事故。广东韶关的张峰研究员撰文《浅析输电线路的防雷措施》，文中通过分析输电线路经常遭受雷击的原因，制定整改措施，根据整改的效果和总结在整改过程中的经验，得出降低全线路的接地电阻是防止输电线路雷击跳闸和防止输、变电设备遭雷击损坏的有效措旋。
具体思路及论文的大体框架如下：
1、熟悉MATLAB/SIMULINK的操作环境，特别是其环境下的PSB模型库；
2、建立输电线路遭受雷击时的电流模型；搭建线路仿真模型；[6]～[8]
3、在不同的情况下，实施具体的仿真实验，记录实验数据：[9]～[11]
⑴雷击情况下的线路电流响应仿真
①直击雷时的线路响应仿真
[5]李文斌，刘明波，高压输电线路防雷方法的探讨.广州：《广东输电与变电技术》2009年03期
[6]张猛，王晓峰，赵雷，MATLAB环境下的数字电路仿真[J].长春：《长春大学学报》2005年02期
[7]张丽娜，陈皓，输电线路雷电干扰暂态识别的仿真研究.成都：《四川电力技术》2009 32(3)
雷电冲击电压波形图像的仿真
雷电冲击电压波形图像的仿真为了确定图像，先确定雷电冲击波的视在波前时间T1和视在半峰值时间T2。
T1为IEC和我国国家标准规定，定值为1.2μs，容许偏差为±30%，在此取标准值1.2μs；T2也为IEC和我国国家标准规定，定值为50μs，容许偏差为±20%，在此取标准值50μs。
根据冲击电压波形的定义和原理，已知T1，T2，根据T1与τ2、T2与τ1的关系，求出τ1、τ2。
根据双指数函数冲击电压波形的函数表达式来画出图像。
A只是一个倍数，待定，先取值为1；所画出的图像的极大值的倒数就是A的值。
求出导数为0的极大值点的t坐标，将该t坐标代入u(t)函数，求出极大值，极大值的倒数就是A的值。
然后再根据A的值正式画出标准雷电冲击电压波形，最后画出函数图像。
MATLAB程序代码如下：1.clear;T1=1.2e-6;T2=50e-6;tau1=tau1(T2);tau2=tau2(T1);syms t;A=1;u=@(t)A*(exp(-t./tau1)-exp(-t./tau2));du=diff(u(t));t_umax=solve(du);umax=double(u(t_umax));A=1/umax;u=@(t)A*(exp(-t./tau1)-exp(-t./tau2));figurefplot(u, [0,6e-5], 2e-5);2.function tau1=tau1(T2)tau1=T2/double(log(2));end3.function tau2=tau2(T1)tau2=0.6*T1/double(log(7));end最后得到雷电冲击电压波形的图像：0123456x 10-500.10.20.30.40.50.60.70.80.91。
电力电子的matlab仿真实验指导书(改)
“电力电子”仿真实验指导书MATLAB仿真实验主要是在simulink环境下的进行的。
Simulink是运行在MATLAB环境下，用于建模、仿真和分析动态系统的软件包。
它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统。
由于它具有直观、方便、灵活的特点，已经在学术界、工业界的建模及动态系统仿真领域中得到广泛的应用。
Simulink提供的图形用户界面可使用鼠标的拖放操作来创建模型。
Simulink本身包含sources、sinks、Discrete、math、Nonlinear和continuous 等模块库。
实验主要使用Sinks、Sources、Signals & System和Power System Blockset这四个模块库中的一些模块搭建电力电子课程中的典型电路进行仿真。
在搭建成功的电路中使用scope显示模块显示仿真的波形、验证电路原理分析结果。
这些典型电路包括：1)单相半波可控整流电路（阻性负载和阻感负载）2)单相全控桥式整流电路（阻性负载和阻感负载）3)三相全控桥式整流电路（双窄脉冲阻性负载和双窄脉冲阻感负载）4)降压斩波电路、升压斩波电路5)三相半波逆变电路、三相全波逆变电路。
一、matlab、simulink基本操作多数学生在做这个实验是时候可能是第一次使用matlab中的simulink来仿真，因此下面首先介绍一下实验中要掌握得的一些基本操作（编写试验指导书时所使用的matlab6.1版本）。
若实验过程中使用matlab的版本不同这些基本操作可能会略有不同。
图0-1 matlab启动界面matlab的启动界面如图0-1所示，点击matlab左上方快捷键就可以进入simulink程序界面（在界面右侧的Command Window中输入simulink命令回车或者在Launch Pad窗口中点击simulink子菜单中Library Browser都可以进入simulink程序界面）如图0-2所示。
matlab仿真电路的参数设置
一、概述Matlab作为一种功能强大的仿真软件，被广泛应用于电路仿真领域。
在进行电路仿真时，合理的参数设置对于模拟电路的仿真结果具有重要的影响。
本文将就Matlab仿真电路的参数设置进行详细的讨论，帮助读者更好地了解如何进行合理的参数设置，以获得准确和可靠的仿真结果。
二、仿真电路参数设置的重要性1. 电路参数对仿真结果的影响对于电路仿真来说，电阻、电容、电感等元件的参数设置直接影响到仿真结果的准确性。
合理的参数设置可以使得仿真结果更加接近实际电路中的情况，从而提高仿真结果的可靠性。
2. 参数设置对电路性能的分析通过合理的参数设置，可以方便地对电路的性能进行分析，比如电压、电流的波形、功率的分布等。
这对于电路设计者来说非常重要，可以帮助他们更好地了解电路的工作情况，从而进行进一步的优化和改进。
三、Matlab仿真电路参数设置的方法1. 参数设置前的准备工作在进行电路仿真之前，首先需要对电路进行建模，包括各个元件的连接方式、参数等。
建模的准确性对于仿真结果至关重要，因此需要在参数设置之前对电路的模型进行充分的验证和调试，确保模型的准确性。
2. 参数设置的流程在进行电路仿真时，需要对每个元件的参数进行合理的设置。
一般来说，可以按照以下步骤进行参数设置：(1) 选择合适的元件模型对于不同类型的元件，Matlab提供了多种模型可供选择，比如电阻可以选择理想电阻模型、非线性电阻模型等。
需要根据实际情况选择合适的模型。
(2) 设置元件的参数根据电路的实际情况，对每个元件的参数进行设置，包括电阻的阻值、电容的电容量、电感的电感值等。
需要根据实际情况进行合理的设置，避免出现参数设置不合理的情况。
(3) 设置仿真参数在进行仿真的时候，需要设置仿真的时间、步长等参数，以获得更加详细和准确的仿真结果。
3. 参数设置的注意事项在进行参数设置时，需要注意以下几点：(1) 参数的合理性参数的设置需要符合实际的电路情况，不能盲目地进行设置。
matlab雷克子波表达式
matlab雷克子波表达式
Matlab雷克子波表达式是一种用于描述雷克子波形状的数学模型。
它由一个指数函数和一个余弦函数组合而成，其公式为：
f(t) = A * exp(-B*t^2) * cos(C*t + D)
其中，A为振幅，B为雷克子波的带宽，C为频率，D为相位。
通过调整这四个参数的值，可以得到不同形状的雷克子波。
除此之外，Matlab还提供了多种函数用于生成雷克子波，方便用户应用。
而雷克子波在信号处理中有着广泛的应用，例如在地震勘探中常常用于模拟地震波形。
因此，掌握Matlab雷克子波表达式的使用方法，对于信号处理工程师和地球物理学家都非常重要。
- 1 -。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
雷电波冲击电流发生器的MATLAB/Simulink仿真及参数选取摘要：本文介绍了雷电波冲击电流发生器的工作原理，对冲击电流发生器的放电回路进行了理论分析。
介绍了一种在MATLAB/Simulink仿真环境下，通过模拟冲击电流发生器放电回路来进行电阻和电感等参数选取及冲击电流波形调试的方法，为实际检测中雷电波冲击电流发生器的波形调节提供理论依据及软件参考。
关键词：冲击电流发生器，MATLAB，Simulink，仿真1. 引言在通信上为了考核电涌保护器和通信设备抗感应雷能力的测试，检测实验室需要具备模拟雷电流的设备——雷电波冲击电流发生器，根据[1]《低压配电系统的电涌保护器》以及通信行业标准[2]《通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法》的规定，8/20s标准雷电流是测试电涌保护器动作负载试验以及残压测试的规定波形。
标准中对8/20s波形图及其参数规定如图1所示：图1 冲击电流波形视在原点（O1）：通过冲击电流峰值的10%和90%所画直线与时间坐标轴的相交点；视在波头时间（T f）：其值等于冲击电流峰值的10%增加到90%（见图1）所需时间T的倍；视在波尾（或半峰值）时间（T t）：冲击电流视在原点O1与电流下降到峰值一半的时间间隔。
容许偏差：峰值±10％波前时间T f ±10％半峰值时间T t ±10％在冲击峰值附近，允许小的过冲或振荡，但是单个幅值不应超过其峰值的5％。
当电流下降到零后，反极性的振荡幅值不应超过峰值的20％。
2. 冲击电流发生器的工作原理[3]冲击电流发生器的基本原理是：数台或数组大容量的电容器经由高压直流装置，以整流电压或恒流方式进行并联充电，然后通过间隙放电使试品上流过冲击大电流。
以信息产业防雷质量监督检验中心防雷实验室的冲击电流发生器为例，如图2所示，它包括充电回路和放电回路两部分。
图2 冲击电流发生器工作原理框图图2中C 为并联电容器的电容总值，L 及R 为包括电容器、回路连线、分流器、球隙以及试品上火花在内的电感及电阻值，包括为了调波而增加的电感和电阻值，G 为点火球间隙，D 为高压硅堆，r 为保护电阻，T 为变充电试验变压器，EUT 为试品，S 为分流器。
工作时先由整流装置向电容器组充电至所需电压，送一触发脉冲到火球间隙G ，间隙击穿放电，于是电容器C 经L 、R 及试品放电。
根据充电电压的高低以及电阻、电感等回路参数的大小，产生不同大小的脉冲电流。
3. 放电回路的原理分析由图2可以看出，冲击电流发生器实际上是个RLC 放电回路，冲击电流发生器靠改变回路参数来调节波形，靠升降电容器上的充电电压来调节电流。
根据电路原理，按照放电回路阻尼条件的不同，放电可以分为三种情况[4]。
1）过阻尼情况，即R ＞2C L /，亦即0ωα>放电回路产生的冲击电流波形是非振荡波。
令()L R 2=α，LC 10=ω，202ωαα-=d ，在这种情况下RLC 二阶放电回路的特征根为d p αα+-=1，d p αα--=1 （1） 电流为 ()()[]()()2121/ex p ex p p p L t p t p U i c --= （2）在电流到达最大值之前，电流不断增加，设到最大值的时刻为m T ，则L()()2112ln p p p p T m -= （3）在式（1）中的t 值代之以m T ，就可以求出电流的最大值i m 。
2）欠阻尼情况，即R ＜2C L /，0ωα<放电回路产生的冲击电流波形是衰减振荡波，此种情况下RLC 二阶放电回路的特征根为一对共轭复数根d j p ωα+-=1，d j p ωα--=1 （4） 式中220αωω-=d ， 电流为()()L t t U i d d c ωωαsin ex p -= （5） 令()ωωβ0arcsin d =，则电流第一次到达最大值的时间为d m T ωβ= （6） 电流最大值为()C L U i d c m ωαβ-=exp （7） 3）临界阻尼情况，即R=2C L /，0ωα=放电回路产生的冲击电流波形是临界阻尼振荡，这种情况下回路中的电流为)ex p()(t t L U i c c α-= （8） 电流到达最大值的时间m T 为LC T m =（9） 电流的最大值i m 为R U L C U i c c m 736.0)1exp(≈-= （10）雷电波冲击电流发生器的放电回路所要求产生的波形为8/20s 单次非振荡波，即在发生器的回路设计中仅考虑R ＞2C L /的情况。
但是根据标准的规定（反极性的振荡幅值不应超过峰值的20％），以及实际设计中往往从获得最大冲击电流波形幅值的角度出发，在冲击电流波形满足波头T f =8s 、波尾T t =20s 的要求时，尽量考虑使冲击电流波形的反极性振荡幅值不超过峰值的20％，由上我们可以看到，在求解放电电路回路元件参数时存在两类问题。
第一类问题是：从给定的电流波形求回路的参数值；第二类问题是：根据已知的R 、L 、C 和充电电压确定求解产生的电流幅值及波形。
标准中对8/20s 冲击电流的波前时间T f 和峰值时间T t 的定义比较复杂，在理论上难以直接确定它们与回路参数之间的关系。
用传统的图解法求解上述两类问题时，波形的选择不够直观，在实验室雷电波冲击电流发生器的调试中会出现多次、反复调试的问题。
为此提出应用MATLAB/Simulink 来对冲击电流发生器放电回路进行仿真，探讨冲击电流发生器放电回路参数的选取方法。
4. 冲击电流发生器的Simulink 仿真及回路参数选取如图3所示，利用MATLAB/Simulink 的电力系统仿真模块（SimPowerSystems ）中的powergui 模块模拟充电电容两端的电压，元件模块R 、L 分别表示放电回路中包括电容器、分流器及连接线等器件的总电阻和总电感，R1和L1为模拟调波电阻和调波电感。
图3冲击电流发生器Smulink仿真图1）对于第一类问题，双击仿真模块，直接输入R、L、C、R1、L1的值，运行即可读出冲击电流的幅值i m、T f和T t的值。
以实验室的大容量8/20s雷电波冲击电流发生器为例，C=24.496F，R=Ω，L=H，电容器充电电压为60kV，仿真结果如图4所示，该波形为符合标准规定的8/20s冲击电流波形，波头T f=s，波尾T t =s，峰值为90kA。
图5为实验室冲击电流发生器通过软件截取的波形，由图形可以看到仿真波形是可以模拟实际波形的。
图4 大容量冲击电流仿真波形图5 软件截取波形图2）对于第二类问题，可以根据传统的图解法或者相关参考书[4]提供的T f和T t与回路参数之间的关系，计算出回路中R或者L的参数值。
表1是由张仁豫老师等人编写的《高电压试验技术》[4]摘录过来的非阻尼状态下的三种标准雷电波冲击电流波下的α，d ω 及C L R 值。
表1 三种标准雷电波冲击电流波下的α，d ω 及C L R 值T f ，T t /s α/s d ω/（rad/s ） C L R4,108,2030,80根据表1以及相关公式，已知RLC 三个参数中的一个参数后，就可以求出其他两个参数。
以实验室的另外一台小容量8/20s 冲击电流发生器为例，主电容为40F ，那么上文所述公式2220d ωωω+=（11）根据表1s rad μω/01613.012.0416.02220=+= （12）再根据上文提到的计算式可得()H C L μω55.1120=⨯=，Ω==129.02αL R （13） 由于根据上述计算方法得到的R 、L 值是欠阻尼状态下的R 、L 值，波头波尾满足标准的要求，但是反冲击振荡超过了标准规定的20%。
因此要产生标准规定的8/20s 冲击电流波形，还需要进一步的参数调节及波形调试。
在确定了RLC 的大概值以后，可以分别固定U C 、R 和L 中的两个值，改变另外一个值进行仿真，直到仿真结果与给定参数的差异满足要求为止。
笔者在进行波形仿真时发现冲击电流波形峰值i m 、波头T f 、波尾T t 与电阻R 、电感L 与的关系如表2所示。
表2 Im 、T 、T 与R 、L 关系表波头T f 波尾T t 峰值 振荡 电阻R↑↓ ↑ ↓ ↓ 电阻R↓↑ ↓ ↑ ↑ 电感L↑↑ ↑ ↑ ↓ 电感L↓ ↓ ↓ ↓ ↑注：表2中↑表示增大，↓表示减小根据计算值以及表2中列出的关系进行仿真调试，经过调试最终得到的冲击电流发生器放电仿真波形如图5所示，在电容两端施加10kV电压，放电回路的电阻R=Ω、电感L=。
得到的冲击电流波形波头T f=s，波尾T t =s，峰值i m=20kA。
图6为实验室冲击电流发生器通过软件截取的波形图。
在实际调试中根据升压电流与放电电流比例的关系以及需要升到的电流值，即可算出电容器两端的升压电压。
图5 小容量冲击电流仿真波形图6 软件截取波形图5．结论本文通过实例说明了应用MATLAB/Simulink电力系统仿真模块仿真求解冲击电流发生器的放电回路参数是比较可行的。
雷电波冲击电流发生器的放电回路的仿真结果比传统的图解法更加的直观，在实际高电压实验室对冲击电流发生器进行调试时，也节省了大量的调试时间，减少了设备的损耗，借助于MATLAB/Simulink的仿真更加有利于实验室应用中的现场调试。
笔者还对实验室的50s 8/20s组合波发生器及10/350s雷电波冲击电流发生器进行了模拟仿真调试，发现借助于MATLAB/Simulink的仿真，对于雷电波冲击电流发生器的参数选取以及放电波形调试有很大的指导意义。
参考文献[1] 中国国家标准.低压配电系统的电涌保护器（SPD）第1部分：性能要求和试验方法..北京.中国标准出版社，2004[2] 通信行业标准.通信局（站）低压配电系统用电涌保护器测试方法.YD/.北京.中国标准出版社，2003[3] 金山.刘吉克.石宇海.智能化大容量雷电波冲击电流发生器的研究-邮电设计技术2007（增刊）[4] 张仁豫.陈昌渔.王昌长.高电压试验技术（第3版）.北京.清华大学出版社，2009。