CN113203894A - 阻抗测试方法及其测试装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种阻抗测试方法及其测试装置。所述方法包括:注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备;获取待测设备响应于第一激励信号产生的第一阻抗信息,以及响应于第二激励信号产生的第二阻抗信息;根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率;根据调整后的第一频率和第二频率,重复执行注入第一激励信号和第二激励信号的步骤,以获取更新的第一阻抗信息和第二阻抗信息,直至第二频率等于预设频率阈值;根据获取的多个第一阻抗信息和多个第二阻抗信息生成并显示阻抗曲线。该方法能够准确测试阻抗值。
Description
技术领域
本申请涉及直流电网***的阻抗测试技术领域,特别是涉及一种阻抗测试方法及其测试装置。
背景技术
随着电力电子技术的发展及***需求的增加,不同功能的直流负载在电力***中大量投入使用。不同特性负载的接入改变了传统配用电电网的运行特性,其自身动态特性与电网本身特性相互作用可能引发新的振荡问题,给无功控制、电压及频率适应性、调频调压性能等问题带来新的挑战。各设备之间的相互作用,容易导致电力***稳定性和动态性能降低,甚至造成***崩溃。
因此,基于阻抗的稳定性判据开始获得广泛的应用,阻抗的检测技术及测量方法也变得越来越重要。但是,传统的阻抗测试方法并不能适应实际设备的阻抗测试需求。
发明内容
基于此,有必要针对上述问题,提供一种能够适应实际设备的阻抗测试需求的阻抗测试方法及其测试装置。
一种阻抗测试方法,包括:
注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备;
获取待测设备响应于第一激励信号产生的第一阻抗信息,以及响应于第二激励信号产生的第二阻抗信息;
根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率;
根据调整后的第一频率和第二频率,重复执行注入第一激励信号和第二激励信号的步骤,以获取更新的第一阻抗信息和第二阻抗信息,直至第二频率等于预设频率阈值;
根据获取的多个第一阻抗信息和多个第二阻抗信息生成并显示阻抗曲线。
在其中一个实施例中,注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备前,还包括:
注入第一电流值的谐波电流信号至待测设备;
当第一阻抗信息或第二阻抗信息的幅值大于或等于幅值阈值时,根据预设电流调节系数调节第一电流值,并根据调节后的第一电流值重新注入谐波电流信号至待测设备。
在其中一个实施例中,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率,包括:
当电阻值大于或等于电阻阈值时,根据第一调整策略调整第一频率和第二频率。
在其中一个实施例中,根据第一调整策略调整第一频率和第二频率,包括:
在其中一个实施例中,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率,还包括:
当电阻值小于电阻阈值,且相位值小于相位阈值时,根据第二调整策略调整第一频率和第二频率。
在其中一个实施例中,根据第二调整策略调整第一频率和第二频率,包括:
保持频率步长不变,频率步长为第一频率与第二频率的差值;
在其中一个实施例中,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率,包括:
第三调整策略包括:
在其中一个实施例中,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率,还包括:
第四调整策略包括:
一种阻抗测试装置,包括:
注入模块,注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备;
采集模块,获取待测设备响应于第一激励信号产生的第一阻抗信息,以及响应于第二激励信号产生的第二阻抗信息;
处理模块,根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率;
调整模块,根据调整后的第一频率和第二频率,重复执行注入第一激励信号和第二激励信号的步骤,以获取更新的第一阻抗信息和第二阻抗信息,直至第二频率等于预设频率阈值;
显示模块,根据获取的多个第一阻抗信息和多个第二阻抗信息生成并显示阻抗曲线。
在其中一个实施例中,阻抗测试装置还包括:
选择模块,用于根据选择参数对采集模块输出的信息进行选择处理,并反馈给采集模块;
控制模块,用于根据注入模块以及显示模块的反馈结果,对选择参数进行调整。
阻抗是一个交流参数,在不同的频率下阻抗的电阻值及相位值均可能呈现不同的性质,展现出不同的大小。在阻抗测试过程中,若未针对阻抗的电阻值性质以及相位性质的变化进行调控,很可能会造成阻抗测试准确,精度不高等问题。上述阻抗测试方法,充分考虑了阻抗的电阻值信息的不断变化以及相相位值随频率变化曲线的突变性,通过同时监控阻抗的电阻值变化信息以及相位值变化信息,更新调控注入的第一激励信号以及第二激励信号。理论上如果待测设备的阻抗特性较为平缓,采用频率差值较大的第一激励信号以及第二激励信号,就可以获得准确的测量结果;若含有大量电容、电感器件,则需要频率差值较小的第一激励信号以及第二激励信号。但是实际待测设备的阻抗特性并不能提前得知,如果注入了频率差值较大的第一激励信号以及第二激励信号,会提高***的跟踪速度及计算速度,但也会造成测量***的振荡幅度加大,导致稳态性能降低;若注入了频率差值较小的第一激励信号以及第二激励信号,能改善响应的稳态性能,但会牺牲扫描装置计算的快速性。因此为了平衡测试方法的快速性及准确性,必须选择注入合适第一激励信号以及第二激励信号。因此,上述方法充分满足了实际的待测设备的阻抗检测要求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案,下面将对实施例或传统技术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申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一个实施例中测试方法的流程示意图;
图2为其中一个实施例中测试方法的流程示意图之一;
图3为其中一个实施例中测试方法的流程示意图之二;
图4为其中一个实施例中测试方法的流程示意图之三;
图5为其中一个实施例中测试方法的流程示意图之四;
图6为其中一个实施例中测试方法的流程示意图之五
图7为一个实施例中测试装置的示意图之一;
图8为一个实施例中测试装置的示意图之二。
附图标记说明:100-阻抗测试装置,110-注入模块,120-采集模块,130-处理模块,140-调整模块,150-显示模块,160-选择模块,200-待测设备。
具体实施方式
为了便于理解本申请,下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是,本申请可以以许多不同的形式来实现,并不限于本文所描述的实施例。相反地,提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
在本说明书的描述中,参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请。
可以理解,本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件,但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。
需要说明的是,当一个元件被认为是“连接”另一个元件时,它可以是直接连接到另一个元件,或者通过居中元件连接另一个元件。此外,以下实施例中的“连接”,如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递,则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时,单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式,除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是,术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在,但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。
在一个实施例中,如图1所示,提供了一种阻抗测试方法,包括:
步骤S100:注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备;例如,第一频率为100Hz,第二频率为300Hz。
步骤S200:获取待测设备响应于第一激励信号产生的第一阻抗信息,以及响应于第二激励信号产生的第二阻抗信息;
步骤S300:根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率;
步骤S400:根据调整后的第一频率和第二频率,重复执行步骤S100至S200,并根据新获取的第一阻抗信息和第二阻抗信息继续进行调整第一频率和第二频率,,直至第二频率等于预设频率阈值;例如,设置频率阈值为120kHz。
步骤S500:根据获取的多个第一阻抗信息和多个第二阻抗信息生成并显示阻抗曲线。
上述阻抗测试方法,根据对阻抗的电阻值信息以及相位值信息,合理的调整注入到待测设备激励信号的频率,由于不同频率激励信号下的阻抗特性展现出的性质不同,阻抗的电阻值为单位圆上的值,第一频率下产生的第一阻抗与第二频率下的第二阻抗的电阻值相同,但是相位值却不相同,若未充分考虑阻抗的电阻值和相位值的变化特性,从而调整注入的激励信号频率,该阻抗测量方法会造成不准确,继而影响到电力***中的稳定性,造成***的崩溃。本发明能够充分考虑阻抗特性的相关性质,利用阻抗特性准确的调整注入的频率,通过自适应的方式循环调整,满足不同设备的阻抗测试需求,最终采集到最准确的阻抗结果。
在一个实施例中,如图2所示,在执行步骤S100获取待测设备响应于第一激励信号产生的第一阻抗信息,以及响应于第二激励信号产生的第二阻抗信息前,还包括:
步骤S600:注入第一电流值的谐波电流信号至待测设备;
执行步骤S300:根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率之后,包括:
步骤S610:当电阻值大于或等于电阻阈值时,根据预设电流调节系数调节第一电流值,并根据调节后的第一电流值重新注入谐波电流信号至待测设备。可以理解的是,由于设备的性能不同,电流调节系数可以根据设备的性能预先设置,只要能够达到调节注入的电流在设备的可承受范围之内即可,例如,电流调节系数可以设置为0.5,第一电流值为2A,电阻阈值为1500Ω,当电阻值大于或等于1500Ω时,调整第一电流值为第二电流值,第二电流值为1A,若电阻值小于电阻阈值时,维持当前的第一电流值为2A。
理论上,若谐波电流信号的第一电流值注入的越高,其后响应于注入激励信号的阻抗信息的干扰就越小,测试就越便利。但由于设备的耐压能力有限,若注入电流超过设备的限值,会造成设备的损坏甚至烧毁。因此,根据设备以及反馈的阻抗特性,适当地调整注入电流,能够在既满足测试需求的前提下,更大程度的保护设备。
在其中一个实施例中,如图3所示,执行步骤S300:根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率中,包括:
步骤S310:当电阻值大于或等于电阻阈值时,根据第一调整策略调整第一频率和第二频率。
可以理解地是,阻抗的特性中电阻值极为重要,预先通过调整频率可以优先划定频率调整的范围,调整策略可以根据设备不同而不断调整,例如电阻阈值设置为50Ω。
在其中一个实施例中,根据第一调整策略调整第一频率和第二频率,包括:
可以理解地是,预先可以将频率步长设置为200Hz,通过频率调整系数ε调整,其中,频率调整系数ε可以根据设备预先设定,比如ε=1,在测试过程中可以更新ε,比方,根据比例参数当前频率下的差值阻抗信息的电阻值,譬如, kp、kr为可以根据设备预先设定的定值,例如,kp=0、kr=0.4。
在其中一个实施例中,如图4所示,执行步骤S300:根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率中,还包括:
步骤S320:当电阻值小于电阻阈值,且相位值小于相位阈值时,根据第二调整策略调整第一频率和第二频率。
可以理解地是,阻抗的相频特性变化可能存在不连续性以及突变性,因此,采用定频率间隔注入谐波电流,可能会造成相频的过快变化,从而引起信息遗漏。为了更加准确的测试出待测设备的阻抗,需要利用二者信息共同调节注入的频率。调整策略可以根据设备不同而不断调整,例如相位阈值设置为∠10°。
在其中一个实施例中,根据第二调整策略调整第一频率和第二频率,包括:
步骤S321:保持第一频率与第二频率之间的频率步长不变,预先可以将频率步长设置为200Hz;
在其中一个实施例中,如图5所示,执行步骤S300:根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率中,还包括:
第三调整策略包括:
可以理解地是,预先可以将频率步长设置为一初始值,通过频率调整系数ε调整,其中,频率调整系数ε可以根据设备预先设定,在测试过程中可以根据条件更新ε,例如,根据比例参数当前频率下的差值阻抗信息的电阻值, kp、kr为可以根据设备预先设定的定值。
在对比电阻值与电阻阈值之后,对比相位值与相位阈值已能够达到阻抗测试对于准确性的要求,在此基础上增加对比电阻值变化速度与相位值变化速度,判断电阻值与相位值的变化更为剧烈,根据结果调整频率,能够更加准确并且不遗漏信息。
在其中一个实施例中,如图6所示,执行步骤S300:根据第一阻抗信息和第二阻抗信息获取差值阻抗信息,差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据电阻值、相位值和预设调整策略更新第一频率和第二频率中,还包括:
第四调整策略包括:
可以理解地是,预先可以将频率步长设置为一初始值,通过频率调整系数ε调整,其中,频率调整系数ε可以根据设备预先设定,在测试过程中可以根据条件更新ε,例如,根据比例参数当前频率下的差值阻抗信息的电阻值, kp、kr为可以根据设备预先设定的定值。步骤S342:根据更新后的频率步长和公式调整第一频率和第二频率,其中,ω0为第一频率,ω1为第二频率。
具体地,以上实施例可以参考如下步骤:
(1)首先设定第一频率ω0=100Hz、频率步长ωe=200Hz、频率阈值ωn=120kHz,注入频率间隔比例参数初始值ε=1、比例系数kp=0、kr=0.4,同时设定谐波电流信号的第一电流值I0=2A、幅值阈值R=1500Ω及电阻阈值Ze=50Ω,相位值阈值
(2)注入第一频率ω0=100Hz和第二频率ω1=100Hz的激励信号,采样检测待测设备的电压及电流响应信息;
(4)分析判断ΔZ=Z(jw0)-Z(jw1)的电阻值和相位值是否满足要求。
(6)为了更好的调控输入谐波电流信号的大小,需要分析此时刻采集的电阻信息,若单个阻抗幅值大于限值R=1500Ω时,I1=0.5I0,否则电流保持恒值I0。
(7)持续进行以上步骤,直至完成测量范围内的频率测量。将多个频率测量点阻抗特性汇总,绘制出相应的阻抗曲线,分析***稳定的范围并显示。
应该理解的是,虽然图1-图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示,但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明,这些步骤的执行并没有严格的顺序限制,这些步骤可以以其它的顺序执行。而且,图1-图6中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段,这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成,而是可以在不同的时刻执行,这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行,而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中,如图7所示,提供了一种阻抗测试装置,包括:
注入模块110、采集模块120、处理模块130、调整模块140、显示模块150。
具体地,通过在注入模块中110设定初始值,包括第一电流值、电流调节系数、第一频率、第二频率、频率步长、幅值阈值、电阻阈值、相位阈值、频率阈值、多个比例参数、多个比例系数,将第一激励信号、第二激励信号以及谐波电流信号注入到待测设备,并能够满足1kHz-120kHz的宽范围;采集模块120采集到经待测设备后对应频率下的电压信息以及电流信息,通过电压信息与电流信息的比值确定对应的阻抗信息;处理模块130,根据采集到的第一阻抗信息以及第二阻抗信息,计算出差值阻抗信息,其中包含了电阻值以及相位值,通过对比相应的阈值以及预设的调整策略处理出注入模块110中所要更新的第一、第二频率;调整模块140根据处理模块130处理出的信息重复执行注入模块110的注入步骤直至检测到第二频率达到预设的频率阈值;显示模块150获取测试过程中处理出的阻抗信息,能够实现1kHz-120kHz范围下的傅里叶信号分析提取,通过计算得到最终待求的阻抗信息,同时进行信息的反馈,与注入模块及调整模块140完成通信,实现闭环调控。
在其中一个实施例中,如图8所示,阻抗测试装置,还包括:
选择模块160用于根据注入模块110以及显示模块150的反馈结果,对采集的信息进行放大和选择。
具体地,选择模块160通过对信号的放大和选择能降低噪声及***硬件电路的干扰大小,能够满足不同信号下对应的硬件电路的切换及软件参数的调整。调整模块140再次根据阻抗信息,调整控制选择模块160对信息的选择,形成闭环控制,满足了不同设备的测试要求,同时提高测试的准确度。
在其中一个实施例中,阻抗测试装置外接高精度电源模块,能够减低外界干扰及噪声的引入,设计的误差小于1%的线性稳压电源模块,为整体设备及不同芯片进行供电。
具体地,直流分布式电源***中,m(m≥1)个BVCC(Bus Voltage ControlledConverter,母线电压控制变换器)并联在直流母线上,控制各自母线侧的端口电压;n(n≥1)个BCCC(Bus Current Controlled Converter,母线电流控制变换器)并联在直流母线上,控制各自母线侧的端口电流。
根据理论分析可以得到,如果直流分布式电源***中每个变换器单独工作是稳定的,并且所有BVCC(Bus Voltage Controlled Converter,母线电压控制变换器)在母线侧端口输出阻抗的并联阻抗值和所有BCCC(Bus Current Controlled Converter,母线电流控制变换器)在母线侧端口输入阻抗的并联阻抗值之比满足奈奎斯特判据即可保证***稳定,这就是直流分布式电源***通用阻抗判据。
在其中一个实施例中,阻抗测试装置,还包括:
隔离型双向DC/DC变换器,置于所检测***与谐波注入装置之间,具有隔离干扰、保护注入装置及实现两侧能量交换的功能。
关于阻抗测试装置的具体限定可以参见上文中对于阻抗测试方法的限定,在此不再赘述。上述阻抗测试装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。需要说明的是,本申请实施例中对模块的划分是示意性的,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种阻抗测试方法,其特征在于,包括:
注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备;
获取所述待测设备响应于所述第一激励信号产生的第一阻抗信息,以及响应于所述第二激励信号产生的第二阻抗信息;
根据所述第一阻抗信息和所述第二阻抗信息获取差值阻抗信息,所述差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据所述电阻值、相位值和预设调整策略更新所述第一频率和所述第二频率;
根据调整后的所述第一频率和所述第二频率,重复执行注入所述第一激励信号和所述第二激励信号的步骤,以获取更新的所述第一阻抗信息和所述第二阻抗信息,直至所述第二频率等于预设频率阈值;
根据获取的多个所述第一阻抗信息和多个所述第二阻抗信息生成并显示阻抗曲线。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备前,还包括:
注入第一电流值的谐波电流信号至所述待测设备;
当所述第一阻抗信息或所述第二阻抗信息的幅值大于或等于幅值阈值时,根据预设电流调节系数调节所述第一电流值,并根据调节后的所述第一电流值重新注入谐波电流信号至所述待测设备。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,根据所述电阻值、相位值和预设调整策略更新所述第一频率和所述第二频率,包括:
当所述电阻值大于或等于电阻阈值时,根据第一调整策略调整所述第一频率和所述第二频率。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述电阻值、相位值和预设调整策略更新所述第一频率和所述第二频率,还包括:
当所述电阻值小于电阻阈值,且所述相位值小于相位阈值时,根据第二调整策略调整所述第一频率和所述第二频率。
9.一种阻抗测试装置,其特征在于,包括:
注入模块,注入第一频率的第一激励信号和第二频率的第二激励信号至待测设备;
采集模块,获取所述待测设备响应于所述第一激励信号产生的第一阻抗信息,以及响应于所述第二激励信号产生的第二阻抗信息;
处理模块,根据所述第一阻抗信息和所述第二阻抗信息获取差值阻抗信息,所述差值阻抗信息包括电阻值和相位值,根据所述电阻值、相位值和预设调整策略更新所述第一频率和所述第二频率;
调整模块,根据调整后的所述第一频率和所述第二频率,重复执行注入所述第一激励信号和所述第二激励信号的步骤,以获取更新的所述第一阻抗信息和所述第二阻抗信息,直至所述第二频率等于预设频率阈值;
显示模块,根据获取的多个所述第一阻抗信息和多个所述第二阻抗信息生成并显示阻抗曲线。
10.根据权利要求9所述的装置,其特征在于,还包括:
选择模块,用于对所述采集模块输出的信息进行放大和选择处理,并反馈给所述采集模块。
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