利用合成宽带信号获取PEMFC阻抗谱方法

燃料电池的"健康状况"可以通过研究其阻抗来确定,通常使用的是阻抗谱(IS)法,它使用的是正弦信号扫描方式。阻抗谱是依据电池的电化学状态,基于频域内测量电池的复阻抗。阻抗谱法的主要优势是其结果与理论值的准确性。提出了一个创新的方法去测量阻抗谱。介绍了使用一种交替的正弦信号(频域合成宽带信号)可大幅减少测量时间的方法。在测试过程中,在频域建立了一种理论上的合成宽带信号,信号被转换成时域信号,将被用作对燃料电池的激励,捕获电池输出电压响应,这个响应的频率与激励信号的范围是一样的,从而实现阻抗的测量。该系统已建立并且对质子交换膜燃料电池阻抗测试达到了很好的效果。     

对强干扰环境下异频法测量输电线路零序阻抗的分析与实证

强工频干扰环境下传统异频法在测量输电线路零序阻抗时存在严重的测量原理错误。针对这一错误,提出了一种测量输电线路零序阻抗的新型异频测量方法。该方法基于GPS技术,同时采集异频电流注入后所有有电磁耦合的输电线路两端的电压和电流信号,在滤除工频干扰信号后,用最小二乘法求解阻抗方程组,得到线路异频下的零序阻抗,再换算到工频下的线路零序阻抗。采用PSCAD软件建立互感线路模型,并用两种异频测量方法进行了仿真测试与比较。给出了采用两种异频法测量某电网220 kV同塔双回线路零序阻抗参数的实例。理论分析、仿真测试和实测结果均表明,所提出的新型异频测量方法,测量原理正确,测量精度可满足工程测量的需要。     

基于信号分解的电池交流阻抗测量方法

IEC-61960:2003规定电池交流阻抗测量方法是通过测量电池两端对1kHz±0.1kHz交流电流的响应电压来计算电池阻抗.相对传统采用正弦电流信号注入电池测量电池阻抗的方法,本文提出了一种注入开关脉冲激励电流的新方法测量电池阻抗.根据傅里叶变换原理,通过低通滤波分解出脉冲激励电流信号和脉冲响应电压信号的1kHz基...     

可控测量频带的牵引供电系统频域阻抗测量方法

牵引供电系统中,常发生因机车谐波电流注入与牵引供电系统谐振点频率相匹配,出现严重的谐波谐振问题。阻抗特性能精确反映出系统谐振点,因此急需发展频域阻抗测量技术。该文基于谐波激励方式,提出一种可控测量频带的牵引供电系统频域阻抗测量方法。利用鸟鸣脉宽调制信号(chirp pulse width modulation,chirp-PWM)驱动大功率谐波激励电路,只需一次扰动实验便能在牵引供电系统中产生所设定频带内的宽频谐波激励,根据响应电压、电流信息可计算获取设定频带内的阻抗信息。此方法充分减小传统基于扫频法测量阻抗的测量时间,且谐波激励电路结构简单,控制信号易于得到,测量频带可控。可为开发牵引供电系统频域阻抗测量装置提供重要参考。     

用于颅内压监护的多频阻抗同步测试系统

设计了一种新的脑颅双侧多频阻抗同步测试系统,用于测试由于颅内压变化所引起的阻抗的变化。根据时域阻抗法原理,以及脑颅两侧多频阻抗同步测试的需要,搭建了能够实现任意电流波形发生以及3个通道信号(1个通道是发生的电流信号,另外2个通道是响应的电压信号)并行采集的功能的时域信号测试硬件平台。给出了1种基于特殊奇次多正弦信号作为输入的多频阻抗的无偏计算方法。初步实验结果表明,系统可以实现脑颅双侧1.8~71 kHz多频阻抗同步高精度测试。从而验证本系统的有效性。     

基于PEA测量技术的电缆外半导电层脉冲注入方式的影响因素

基于电声脉冲法(PEA)的同轴电缆空间电荷测量系统中,耦合的脉冲直接影响空间电荷的测量波形。因而简述了基于外半导电层脉冲注入法的同轴电缆空间电荷测量系统,测量了10 kV同轴电缆在不同接地点下的空间电荷波形。通过实验和仿真研究了不同接地点、不同电缆尺寸和不同脉冲注入区长度对脉冲注入波形的影响。实验与仿真结果表明:注入脉冲的波形对测量的空间电荷波形有直接的影响,当脉冲由外半导电层注入电缆时,外半导电层的阻抗特性会影响脉冲的注入效果。同时,同轴电缆的接地点和尺寸影响着脉冲的注入,接地点与脉冲注入点的距离越远,耦合脉冲幅值越高。此外,外绝缘层直径对外半导电层等效电阻值也有影响。     

基于电容器投切法的牵引供电系统谐波阻抗测试分析

针对牵引供电系统供电拓扑结构复杂、系统等效阻抗难以精确计算等特点,提出基于电容器投切法的谐波阻抗测试方法。并联电容器开关闭合的过程可以等效为一个谐波源向系统注入谐波电流,基于此建立了阻抗测试系统用于处理拓扑结构特殊的牵引供电系统,该阻抗测试系统由27.5 kV/380 V的变压器、电容器、开关和负载阻抗组成。考虑到现场测量中存在背景谐波、噪声等干扰,利用波动量法和小波分层算法对采集信号进行处理。基于Simulink仿真平台搭建牵引供电系统阻抗测量模型,仿真及误差分析结果验证了所提方法能有效地测量牵引供电系统的谐波阻抗。     

接地网接地阻抗异频测试装置研制

工频法测试接地网接地阻抗容易受到信号干扰作用,且工频测试中劳动强度大。本文研制了一种异频接地网接地阻抗测试装置,该装置采用了多传感器切换、触摸屏技术、滤波电路技术和高精度的AD采样技术,实现了对外界信号干扰的有效控制。同时该装置重量轻,便捷性强,极大减小了测量过程中试验人员的劳动强度。在220 kV楠竹塘变电站接地网接地阻抗测试中,装置测试结果与其他装置一致性良好,测试结果还显示异频法测试的接地阻抗值较工频法的大。     

一种纳秒级高压脉冲发生器的研制

电声脉冲法(PEA)是一种目前较为流行的空间电荷分布测量技术,使用该法的一个前提条件是必须产生一个幅值大于400 V、脉宽小于20 ns的高压脉冲。笔者研制了一种纳秒级高压脉冲发生器,利用水银继电器作为开关,贮能电容通过此开关对匹配负载放电,经试验能产生脉冲幅值600 V、脉宽小于10 ns的陡脉冲电压信号。     

基于伪随机二进制信号的电池阻抗测量

利用伪随机二进制信号为电池系统的激励信号,测得相应的输出端电压.在考虑温度和老化等因素对电池阻抗频域特性影响,注入不同幅度的电流信号,实现电池阻抗实时快速测量.在搭建的实验测试平台上进行验证,结果表明,相比传统电化学阻抗谱测量技术,采用伪随机二进制序列信号进行阻抗测量方法快速简单.它能够有效实时地对非线性电池系统进行辨识,较为准确地测量在不同环境下电池阻抗动态变化.     

基于叠加法和正弦幅度调制的阻抗测量注入扰动电流信号形式

电力电子系统的稳定性在很大程度上取决于系统的输入输出阻抗,因此,在系统的控制和设计中,阻抗测量就显得十分重要。文中提出了一种新的谐波电流注入形式,采用这种形式的电流信号进行阻抗测量,可以更加快速准确地获取阻抗特性。该方法采用正弦幅度调制,将方波信号频移到不同的频率区间,然后将这些调制后的信号叠加,即可得到一个包含频谱丰富且整个频段幅值衰减都很小的信号。采用这种形式的信号作为扰动电流注入待测系统,相对于注入传统脉冲电流形式的方法,可以更加准确地测量系统高频段阻抗特性;相对于正弦扰动注入方法,测量时间更短。MATLAB仿真结果表明该方法的有效性。     

谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量新方法

为解决谐振接地配电网对地绝缘参数测量过程中电压互感器漏阻抗和中性点对地支路阻尼电阻导致的测量误差问题,提出了谐振接地配电网对地绝缘参数双端谐振测量新方法。采用双电压互感器,通过消弧线圈内部电压互感器或零序电压互感器向配电网注入变频恒流特征信号,并从另一电压互感器测量返回的特征频率电压信号,对含阻尼电阻的零序谐振回路进行等效变换,搜索准确的系统谐振频率,实现了系统对地电容和对地泄漏电导的精确测算。该测量方法的电流注入与电压测量单元共同直接作用于对地绝缘参数支路,从原理上消除了电压互感器漏阻抗和系统阻尼电阻的影响,大幅提升了对地绝缘参数测量精度。在PSCAD/EMTDC仿真环境及某变电站10 kV侧对提出的对地绝缘参数实时测量技术进行了仿真分析与现场实验验证。分析结果表明,该方法测量精度高,不影响配电网正常供电且参数测量过程安全快捷、操作简便。     

特高压直流输电系统接地极引线阻抗监视策略

为提升特高压直流输电系统接地极引线的故障识别性能,提出一种新的接地极引线阻抗监视策略。对输电线路的全频带阻抗—距离特性进行了理论分析,以此为基础提出了基于高频信号注入的接地极引线阻抗监视策略,并给出了注入信号频率选择原则及故障告警判据。研究表明:若接地极引线长度超过注入信号的1/2波长,金属性接地故障时,阻抗监视装置测量阻抗的虚部随故障距离呈周期性变化,加大了判据整定的难度。因此注入信号频率的选择应保证金属性故障时,线路阻抗随故障距离的增加而单调变化,同时最大的故障阻抗模值应小于线路正常运行时的阻抗,且留有一定裕度。PSCAD仿真验证了该策略的有效性。     

变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配研究

变压器作为电压的转换装置,在各种自动化、机械化设备中起到了关键作用。为此,为提高变压器性能,研究一种新的变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配方法。该方法首先利用增大测量回路电阻法测量变压器信号源内阻值,然后利用史密斯图法计算传输线负载电阻,最后利用模拟退化智能算法实现变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配。经测试,结果表明:与两种传统阻抗匹配方法相比,所提方法的变压器信号源内阻与传输线负载阻抗匹配度达到最大,说明所提方法性能更为优越,有效提高了变压器的可靠性和稳定性。     

低噪声键控宽频信号源设计与实现

设计了一种以直接数字频率合成(DDS)芯片AD9953为核心的键控宽频信号源,可输出0~150 MHz正弦波交流信号,幅值范围50 m V~50 V可调,谐波失真小于3%。介绍了键控宽频信号源系统的结构组成,低通滤波器和阻抗匹配设计。信号源经实际测试,输出频率,输出幅值,谐波大小等各项技术指标均达到要求。     

基于DSP的阻抗测量系统的研究

根据矢量电流电压法阻抗测量原理,以数字化测量思路,提出了一种基于DSP的阻抗测量系统。该系统以DDS信号源为测量激励,通过对标准电阻和待测阻抗元件两端的信号进行采样,将采样信号进行DFT,最终通过相关计算,实现待测信号的虚实分离,得出测量结果。系统通过设置采样频率和采样点数,有效避免了信号频谱泄漏现象而产生测量误差。通过测量试验验证,给出了几种主要测量误差引发的原因以及减小误差的有效方法,最终保证了±1%的相对误差。相比利用相敏检波器和时间数字转换器测量阻抗,该系统在保证测量精度的同时,大大简化了硬件电路和软件设计。     

基于频域分离解调的复合信源无线电能与信号并行传输技术

提出了一种并联LC隔离型电场耦合式无线电能与信号并行传输电路拓扑。该拓扑依靠自身阻抗特性实现了绝大部分电能串扰的隔离。同时,该拓扑具有较宽的信道通频带宽,克服了目前已有电能与信号并行传输系统中信道通频带宽窄的问题。充分利用该带宽,以多路复合信源作为信道输入,采用快速傅里叶变换算法对信道输出信号进行频谱分析,在频域中实现了低频串扰与多路复合高频信号的分离和电能串扰频谱干扰下的多路复合信号解调,从而提升了信号传输速率与抗干扰能力。通过仿真与实验验证了该方法的正确性与有效性。     

基于方波电流注入的正弦调制阻抗测量方法研究

提出了一种基于方波电流注入的正弦调制阻抗测量方法,用于获取三相交流系统在dq坐标系中的谐波阻抗矩阵.该方法采用相间注入方式,相较于三相注入,降低了硬件实现难度,且与传统顺序扫频法相比,其测量过程用时较短.仿真结果表明,采用该测量方法所得测量值与理论计算值在一定频率范围内一致,从而证实了该方法的可行性和有效性.     

基于Sobol拟随机脉宽调制的电网阻抗测量方法

利用并网逆变器获取的实时电网阻抗信息可用于电网状态监测、故障诊断、并网设备稳定控制等领域,提高并网设备和电网调控的智能化水平。由于注入的扰动信号常施加于逆变器电流控制环路,阻抗测量频段受限于控制器带宽。为了提高高频阻抗测量的准确性,文中利用随机脉宽调制的频谱搬移和Sobol拟随机序列的均匀性,提出了一种基于Sobol拟随机脉宽调制(SQRPWM)的电网阻抗测量方法,并根据系统带宽和稳定性约束等条件优化设计了SQRPWM频率边界。在Starsim的实验平台上验证了所提出的SQRPWM阻抗测量方案以及单脉冲+SQRPWM混合阻抗测量方案的可行性,结果表明所提阻抗测量方案具有扰动小、高频段测量精度高的优点,并可与基于电流扰动的阻抗测量方案联合,扩展电网阻抗测量的频段,获取宽频阻抗信息。     

An impedance measurement of a small‐capacitance circuit using transient responses for lightning surge analysis

A method to measure a small capacitance with its loss resistance using a set of transient current waveforms is proposed in this paper. The parameters are obtained from the time constants in the time domain. The method has high resistance to extraneous noise, because a time‐to‐frequency transformation, which is sensitive to noise, is not required. The transient current waveforms are obtained by a voltage or current source, a current transformer, and a waveform recorder. The measured capacitance by the proposed method is not affected by the capacitance of the voltage probe, because it is obtained without any voltage information. The sheath surge impedance of the current injection cable, which is indispensable for the transient measurement, is corrected. The application of the method has the advantage in that it allows the modeling of a fast transient of a power apparatus, comparing it with the steady‐state measurement using an impedance measuring instrument. The proposed method is applied to create an equivalent circuit between electrodes implanted into a piece of wood, and its reliability is confirmed by comparison between the measured and calculated results. Stray capacitances of a miniature circuit breaker are also measured, and the results show that the proposed method is applicable to equipment in power systems. © 2014 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.