[發明專利]一種電性源時變接地負載的測量和參數提取方法

有效

• 申請號: 202011484861.3
• 申請日: 2020-12-16
• 公開（公告）號: CN112649883B
• 公開（公告）日: 2021-11-23
• 發明（設計）人: 嵇艷鞠;邱仕林;王世鵬;于一兵;吳瓊;王遠;李剛
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01V3/38
• 分類號: G01V3/38
• 代理公司: 沈陽銘揚聯創知識產權代理事務所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

1.一種電性源時變接地負載的測量和參數提取方法，其特征在于，該方法包括：

1)鋪設長導線并測量長導線電感L和長導線電阻R_L，長導線兩端通過鋪有錫紙、澆灌鹽水的電極坑與大地連接，通過發電機經電性源發射系統與長導線相連；

2)根據電性源負載的構成，建立電性源負載等效電路模型；

3)控制電性源發射系統向電性源負載提供恒壓直流電，通過電壓電流傳感器測量直流電壓值U_d和通過長導線的電流值I_d；

4)控制電性源發射系統向電性源負載分別提供n種不同頻率ω₁，ω₂，……，ω_n的正弦交流電，其中n≥6，通過電壓電流傳感器分別測量n種頻率對應的交流電壓幅值和通過長導線的電流幅值，以及電壓相位和電流相位；

5)將電性源負載等效電路模型轉換為相量模型，將恒壓直流電和n種頻率正弦交流電激勵下的方程組作為目標函數，根據步驟1)、步驟3)和步驟4)的測量結果設定各個參數的初始約束范圍，基于粒子群歸一算法實現對7個未知參數的提取；

在工作前和每1小時的工作間隔都重復一次步驟3)至步驟5)，記錄電性源時變接地負載參數，并調整發射系統控制時序實現動態負載匹配，使發射電流波形保持較好的線性度；

步驟2)中的電性源負載等效電路模型，包括直接測得的長導線電感L和長導線電阻R_L，以及未知的電極間大地電阻R_ee和兩個接地電極分別與大地的接觸阻抗，其中每個接觸阻抗的極化特性分別由Debye模型的3個參數表示，即分別為由土壤電阻R_e1、極化電容C_p1和極化回路電阻R_p1構成的第一接觸阻抗和由土壤電阻R_e2、極化電容C_p2和極化回路電阻R_p2構成的第二接觸阻抗，所述等效電路模型電性源負載等效電路模型的阻抗相量表達式為：

式中，ω為頻率。

2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中控制電性源發射系統向電性源負載提供恒壓直流電，電性源負載等效電路模型在穩定狀態下，被測電壓U_d、電流I_d與負載的關系為：

3.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟4)中電性源負載等效電路模型在正弦穩態下，n種頻率對應的交流電壓幅值U_cn和通過長導線的電流幅值I_cn、以及電壓對應的相位和電流對應的相位與負載的相量關系為：

4.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟5)中粒子群歸一算法具體包含以下步驟：

步驟Ⅰ將步驟3和步驟4聯立得到的方程組構建為目標函數，初始化種群個體的數量、位置和速度，計算各個粒子的適應度，并初始化個體最優解p_ij和整體最優解pg，設置位置和速度的初始約束范圍，其中空間維數為7維；

步驟Ⅱ迭代過程中，計算每個粒子適應度，根據下式更新粒子的速度和位置：

式中，c₁＝c₂＝2，為學習因子；w＝0.6，為適應度；r₁和r₂為[0,1]范圍內的均勻隨機數；

步驟Ⅲ迭代過程中，當粒子的速度或位置超出約束范圍時，對速度或位置按照約束范圍的上限或下限重新賦值，同時更新個體最優解p_ij和整體最優解pg；

步驟Ⅳ迭代過程中，每經過m次迭代，比較1次整體最優解pg的各維度數值的數量級，若該粒子位置的7個維度中，最大數值是最小數值的10ⁿ，n≥1倍，則分別成比例的按照10ⁿ，n≥1倍調整該粒子的位置和速度，使各維度的約束范圍在同一數量級上，同時調整目標函數中該維度對應的比例；

步驟Ⅴ判斷是否達到最大迭代次數或適應度小于目標值，若是，獲得整體最優解pg，輸出被提參數值；否則返回步驟Ⅱ繼續執行。