CN115015605A - 一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置及方法；装置设置在防电磁干扰外壳内部，减少外部电磁干扰对内部电路的影响；同时将电路按照功能分割为不同的部分，调取所有可完成功能的电路连接方式，获得所有的可完成谐波采集功能的连接回路；采集腔体三维模型、腔内介质条件与PCB板的干扰频点配置腔体三维模型的电磁边界条件；根据仿真获得内部是否存在干扰，若存在则再次调取新的PCB连接回路进行仿真，直到壳体内部不再存在电磁干扰；通过选择适配防干扰壳体的PCB电路消除内部电磁干扰，通过防干扰壳体消除外部电磁干扰，保证谐波检测过程不会因电磁干扰影响测量结果。

Description

一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置及方法

技术领域

本发明涉及电子通信技术领域，特别是涉及一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置及方法。

背景技术

特高压换流站(一般为±800kv以上)在大容量的能量传输和链接过程中扮演重要的角色，高压直流换流站的电磁环境不同于交流变电站，也比交流变电站更加复杂。由于换流阀的导通和关断产生的电压的突变，进而产生的无线电频率的电磁波可能会干扰邻近的建造物和计算机设备，阻碍***的正常运行，例如影响载波***、无线电和电视信号台。所以为了能够避免干扰的危害，需要对换流站的电磁环境充分了解。而对换流站的电磁环境进行测量只能在换流站检修期间进行，工作量繁重，并且耗费时间，测量的情况又不能全面，所以，建立精确的换流站模型，分析换流站的电磁水平是非常有必要的。为了能够实现***特高压换流站电磁干扰水平，充分分析特高压换流站的电磁环境，本领域亟待研究能够实际应用的特高压换流站电磁干扰预测方法。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种特高压换流站电磁干扰预测方法及***”，其公告号CN105469162B；包括根据特高压换流站中各设备的基本信息，分别建立各设备的节点阻抗模型；根据特高压换流站的设备连接情况，基于各设备的节点阻抗模型建立等效电路；获取换流阀导通前电压，并进行电压阶跃处理，根据换流阀导通前电压的电压阶跃处理结果，确定由于换流阀导通产生的瞬态电流；进行特高压换流站任何位置电磁干扰的计算，包括根据各个载流元件在被测点的各个轴方向上的电磁干扰，得到换流站的电场强度，计算电磁干扰。然而该发明所针对的对象为各个节点产生的电磁干扰，采用电压阶跃对信号进行处理，然而仍然无法适用于高压谐波检测，同时相对的测量成本较高，无法直接从结构上消除高压谐波中存在的电磁干扰。

发明内容

本发明主要针对现有技术下电磁干扰难以预测和消除的问题；提供了一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置及方法；装置设置在防电磁干扰外壳内部，减少外部电磁干扰对内部电路的影响；同时将电路按照功能分割为不同的部分，调取所有可完成功能的电路连接方式，获得所有的可完成谐波采集功能的连接回路；采集腔体三维模型、腔内介质条件与PCB板的干扰频点配置腔体三维模型的电磁边界条件；根据仿真获得内部是否存在干扰，若存在则再次调取新的PCB连接回路进行仿真，直到壳体内部不再存在电磁干扰；通过选择适配防干扰壳体的PCB电路消除内部电磁干扰，通过防干扰壳体消除外部电磁干扰，保证谐波检测过程不会因电磁干扰影响测量结果。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置，设置在防干扰壳体内部，包括测试电路板，和高压电网连接，用于测量高压电路中的谐波量；采集装置，用于对耦合电网电压信号的采集处理，计算电网各次谐波含量并经无线调制后向接收装置进行发射；接收装置，用于将接收到的谐波信息解调后实现显示各次谐波含量，并对异常信号进行预警。该测试装置设置在防电磁干扰外壳内部，减少外部电磁干扰对内部电路的影响；同时通过测试电路、采集装置和接收装置对电路完成对高压电网中谐波信号的测量。该防干扰外壳上设置有适配于导线的接地孔，可以直接将接地线接出，避免线路引出时，外部环境影响电路内部测量。

一种高压谐波测试装置的抗电磁干扰方法，所述方法包括：

步骤A1、调取PCB板连接回路，根据腔体三维模型、腔内介质条件与PCB板的干扰频点配置腔体三维模型的电磁边界条件；

步骤A2、根据电磁边界条件和腔内介质条件，对腔体三维模型进行仿真分析，获得仿真结果，所述仿真结果包括腔体的至少一个本征频率；

步骤A3、判断腔体的本征频率中是否存在与干扰频点相同的本征频率；若不存在，则选择该回路；若存在，则重新调取新PCB板连接回路，重复步骤S1-S3，直至确定调整后的不会产生电磁干扰。

将电路按照功能分割为不同的部分，调取所有可完成功能的电路连接方式，获得所有的可完成谐波采集功能的连接回路；采集腔体三维模型、腔内介质条件与PCB板的干扰频点配置腔体三维模型的电磁边界条件；根据仿真获得内部是否存在干扰，若存在则再次调取新的PCB连接回路进行仿真，直到壳体内部不再存在电磁干扰。

作为优选，所述根据PCB板和安装在PCB板上的元器件，获取PCB板的干扰频点的步骤包括：

步骤A11、根据PCB板和安装在PCB板上的元器件，构建等效电路模型；

步骤A12、对所述等效电路模型进行仿真计算，获得PCB板的干扰频点。

一个元件固定、元件安装位置固定的电路板中的干扰频点是固定的，可以通过网路仿真对电路中的干扰频点进行测算，例如电台频率计算公式；同时组合干扰频率也可以通过计算直接获得。

作为优选，所述PCB板的电路设置方法包括：

步骤S1、按照常规高压谐波测试电路将电路按照功能分类划分为不同区域，分割出最小功能回路；

步骤S2、对最小功能回路进行PCB仿真连接形成高压谐波测试电路，得到连接回路的所有可能；

步骤S3、根据连接回路的元器件构建等效回路，获取PCB板的干扰频点并得到PCB板的介电常数；

步骤S3、采集不同可能连接回路的环路个数与环路面积；获取不通可能连接回路的环路连接点，计算环路连接点所连接回路数；

步骤S4、对不同回路的介电常数、环路个数、环路面积和环路连接点所连接回路数进行加权，得到该连接回路的评价数值。

电路中的介电常数、环路个数、环路面积和环路连接点所连接回路数均会影响电路产生的电磁干扰，其中介电常数的影响较大，同时环路个数、环路面积和环路连接点所连接回路数均会影响电路产生的电磁干扰；而其余的电路因素，例如滤波电路消除干扰等为电路的单一功能，而除电路本身的功能影响以外，该四点对电路干扰的影响最大，因此将其数值转换为评价数值。

作为优选，所述评价数值按照如下公式获得：；其中，为评价数值；、、、、分别为介电常数加权系数、环路个数加权系数、环路面积加权系数、环路连接点所连接回路数加权系数；、、、大小由其与电路电磁干扰的相关性决定。其中介电常数与电磁干扰的产生成反比，而环路个数，环路面积和环路连接点所连接回路数均成正比，其中环路个数对电路产生的电磁干扰的影响大于环路面积和环路连接点所连接回路数对电路产生的电磁干扰的影响，因此在加权选择上，要远大于、。

作为优选，所述PCB回路的选取原则包括：按照评价数值由低到高的连接回路依次选择，评价数值越小则证明电路产生的电磁干扰越小，因此按照从小到大的选择可以尽可能的减小电路本身电磁干扰的影响。

作为优选，根据电磁边界条件和腔内介质，对腔体三维模型进行仿真分析，获得仿真结果的步骤：接收用户输入的收敛条件、迭代次数和最小求解频率和求解的模式数；根据电磁边界条件、腔内介质、收敛条件、迭代次数、最小求解频率和求解模式数对腔体三维模型进行本征模式仿真分析，获得仿真结果。该过程通过多种条件对腔体内部电磁干扰的影响来确定内部电磁边界条件公式。

作为优选，所述仿真结果还包括本征频率对应的腔内电场分布，腔内电场分布能方便后续对电路干扰的评定与测量。

本发明的有益效果是：

通过选择适配防干扰壳体的PCB电路消除内部电磁干扰，通过防干扰壳体消除外部电磁干扰，保证谐波检测过程不会因电磁干扰影响测量结果。

附图说明

图1为本发明流程图。

具体实施方式

应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置，包括测试电路板，采集装置和接收装置。其中测试电路板连接高压电网，测量高压电路中的谐波量；采集装置采集耦合电网电压信，计算电网各次谐波含量；接收装置接收并显示各次谐波含量，并预警异常的信号。

一种高压谐波测试装置的抗电磁干扰方法，包括：

步骤A1、按照评价数值由低到高调取PCB板连接回路，根据腔体三维模型、腔内介质条件与PCB板的干扰频点配置腔体三维模型的电磁边界条件。

其中PCB干扰频点的获取需要根据PCB板和元器件构建等效电路模型，根据等效模型仿真获得PCB板的干扰频点。

步骤A2、根据电磁边界条件和腔内介质条件，对腔体三维模型进行仿真分析，获得仿真结果，所述仿真结果包括腔体的至少一个本征频率。根据电磁边界条件和腔内介质，接收用户输入的收敛条件、迭代次数和最小求解频率和求解的模式数；根据电磁边界条件、腔内介质、收敛条件、迭代次数、最小求解频率和求解模式数对腔体三维模型进行本征模式仿真分析，将多项对腔体内部电磁感应有影响的结果代入到仿真软件当中，通过多次仿真迭代，获得仿真结果，其中，仿真结果还包括本征频率对应的腔内电场分布。

步骤A3、判断腔体的本征频率中是否存在与干扰频点相同的本征频率；若不存在，则选择该回路；若存在，则重新调取新PCB板连接回路，重复步骤S1-S3，直至确定调整后的不会产生电磁干扰。而该调整会多次调取PCB板，通过PCB板本身会产生的电磁干扰和内部介电环境的匹配，最终得到不会产生电磁干扰的内部环境和相应的PCB板状态。

而其中PCB板状态则根据如下步骤获得：按照常规高压谐波测试电路将电路按照功能分类划分为不同区域，分割出最小功能回路；对最小功能回路进行PCB仿真连接形成高压谐波测试电路，得到连接回路的所有可能；根据连接回路的元器件构建等效回路，获取PCB板的干扰频点并得到PCB板的介电常数；采集不同可能连接回路的环路个数与环路面积；获取不通可能连接回路的环路连接点，计算环路连接点所连接回路数；对不同回路的介电常数、环路个数、环路面积和环路连接点所连接回路数进行加权，得到该连接回路的评价数值。

Claims (8)

1.一种抗电磁干扰的高压谐波测试装置，设置在防干扰壳体内部，其特征在于：

测试电路板，和高压电网连接，用于测量高压电路中的谐波量；

采集装置，用于对耦合电网电压信号的采集处理，计算电网各次谐波含量并经无线调制后向接收装置进行发射；

接收装置，用于将接收到的谐波信息解调后实现显示各次谐波含量，并对异常信号进行预警。

2.一种抗电磁干扰方法，其特征在于：所述方法包括：

步骤A1、调取PCB板连接回路，根据腔体三维模型、腔内介质条件与PCB板的干扰频点配置腔体三维模型的电磁边界条件；

步骤A2、根据电磁边界条件和腔内介质条件，对腔体三维模型进行仿真分析，获得仿真结果，所述仿真结果包括腔体的至少一个本征频率；

步骤A3、判断腔体的本征频率中是否存在与干扰频点相同的本征频率；若不存在，则选择该回路；若存在，则重新调取新PCB板连接回路，重复步骤S1-S3，直至确定调整后的不会产生电磁干扰。

3.根据权利要求2所述的一种抗电磁干扰方法，其特征在于：所述根据PCB板和安装在PCB板上的元器件，获取PCB板的干扰频点的步骤包括：

步骤A11、根据PCB板和安装在PCB板上的元器件，构建等效电路模型；

步骤A12、对所述等效电路模型进行仿真计算，获得PCB板的干扰频点。

4.根据权利要求3所述的一种抗电磁干扰方法，其特征在于：所述PCB板的电路设置方法包括：

步骤S1、按照常规高压谐波测试电路将电路按照功能分类划分为不同区域，分割出最小功能回路；

步骤S2、对最小功能回路进行PCB仿真连接形成高压谐波测试电路，得到连接回路的所有可能；

步骤S3、根据连接回路的元器件构建等效回路，获取PCB板的干扰频点并得到PCB板的介电常数；

步骤S3、采集不同可能连接回路的环路个数与环路面积；获取不通可能连接回路的环路连接点，计算环路连接点所连接回路数；

步骤S4、对不同回路的介电常数A₁、环路个数A₂、环路面积A₃和环路连接点所连接回路数A₄进行加权，得到该连接回路的评价数值。

5.根据权利要求4所述的一种抗电磁干扰方法，其特征在于：所述评价数值按照如下公式获得：

其中，A为评价数值；λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅分别为介电常数加权系数、环路个数加权系数、环路面积加权系数、环路连接点所连接回路数加权系数；λ₁、λ₂、λ₃、λ₄、λ₅大小由其与电路电磁干扰的相关性决定。

6.根据权利要求2所述的一种抗电磁干扰方法，其特征在于：所述PCB回路的选取原则包括：按照评价数值由低到高的连接回路依次选择。

7.根据权利要求2所述的一种抗电磁干扰方法，其特征在于：所述根据电磁边界条件和腔内介质，对腔体三维模型进行仿真分析，获得仿真结果的步骤：

接收用户输入的收敛条件、迭代次数和最小求解频率和求解的模式数；

根据电磁边界条件、腔内介质、收敛条件、迭代次数、最小求解频率和求解模式数对腔体三维模型进行本征模式仿真分析，获得仿真结果。

8.根据权利要求2所述的一种抗电磁干扰方法，其特征在于：所述仿真结果还包括本征频率对应的腔内电场分布。

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