[发明专利]一种计及幅值谱和相位谱的高频阻抗参数提取方法

说明书

本发明公开了一种计及幅值谱和相位谱的高频阻抗参数提取方法，包括：(1)利用电压探头、电流探头以及示波器，测量目标阻抗端口的电压和电流时域波形；(2)使用基于中频滤波的全相位傅立叶变换计算端口电压信号和电流信号的频谱；(3)基于上述频谱，利用欧姆定律，计算目标阻抗。本发明基于中频滤波的全相位傅立叶变换算法使用了无限脉冲响应数字滤波器、零相位滤波技术、双窗全相位傅立叶变换计算时域信号的频谱，能准确计算信号的幅值谱和相位谱，进而提取目标阻抗；相比于其他阻抗提取方法，本发明方法能够准确地提取在线状态下的目标阻抗的幅值谱和相位谱。

技术领域

本发明属于电力电子电磁兼容建模技术领域，具体涉及一种计及幅值谱和相位谱的高频阻抗参数提取方法。

背景技术

随着电力电子技术和半导体技术的发展，电力电子功率变换器被广泛应用于新能源发电、医疗器械、工业制造、交通运输、航空航天等许多邻域。然而，电力电子功率变换器内部大量使用了电力电子开关器件，在电力电子功率变换器工作时，这些开关器件处于高速开关状态，进而产生含有梯度很高的上升沿和下降沿的干扰噪声，这些噪声会通过电力电子系统内部的传导耦合和近场耦合，传播到电力电子系统内部的各个元器件和零部件以及配电网，进而干扰电力电子系统的正常工作和运行，影响电力电子系统的安全性和可靠性。此外，这些噪声干扰还会通过辐射耦合传播到邻近设备，对邻近设备造成干扰。

为了解决上述电磁干扰耦合问题，有必要研究电力电子系统内部的干扰耦合机理，对电力电子系统进行高频建模，进而研究电磁干扰噪声的抑制方法。电力电子系统高频建模的一个关键步骤，就是提取电力电子系统内部的高频阻抗参数；现有的阻抗提取方法主要有两种，即利用网络阻抗测试提取法以及在线测试提取法。

网络阻抗测试法是目前较为常见的阻抗提取方法，该方法采用实验建模的方法，用阻抗分析仪测量待提取的高频阻抗参数，根据部件的物理尺寸和相关参数建立各部件的宽频电路模型，并计算模型参数。文献[Wang L.,Ho C.N.,Canales F.,JatskevichJ..High-frequency modeling of the long-cable-fed induction motor drive systemusing TLM approach for predicting overvoltage transients[J].IEEE transactionson power electronics,2010,25(10):2653-2644.]提出利用网络阻抗测试法提取了长线缆以及电机各端口的阻抗，进而建立了长线缆电机的传输线模型。文献[Magdun O.,BinderA..High-frequency induction machine modeling for common mode current andbearing voltage calculation[J].IEEE transactions on industry applications,2014,50(3):1780-1790.]基于网络阻抗测试法提取了感应电机的差模阻抗和共模阻抗，进而建立了感应电机的高频模型，并用于预测共模电流和轴承电压。然而阻抗分析仪的测试是以扫频的形式，在待测阻抗端口不断施加不同频率的正弦激励电压，并测量对应的响应电流，计算各个频点的阻抗幅值和相位值，进而提取阻抗的幅频特性和相频特性曲线。阻抗分析仪只能在阻抗端口施加幅值较小的激励电压信号，其测得的阻抗，是在单一频率的小信号激励下的阻抗曲线；而电力电子系统的工作电压往往幅值很大，由于电力电子系统内部的高频阻抗，往往存在许多非线性元器件和非线性效应，如感性元器件的饱和、元器件的温升、负载的变化等，大信号工作电压下的阻抗特性往往和小信号激励型的不同，使用阻抗分析仪测试，无法获取系统工作状态下的真实阻抗。