2024年7月15日,在國家重大科研儀器研制項目《MW級可控寬頻帶阻抗測量及匹配性分析儀器》和成都鐵路局配套試驗項目資助下,由西南交通大學何正友、胡海濤教授團隊牽頭,聯合中國鐵道科學研究院集團有限公司、國網四川省電力公司共同研制的MW級可控寬頻帶阻抗測量及匹配性分析儀器,在新開通的渝昆高鐵友助村牽引變電所(重慶永川區)圓滿完成了現場測試。
此次現場測試得到了成都鐵路局供電部、宜賓工電段,成都維管段等單位的大力支持,試驗的成功標志著我國在大功率多諧波發射、寬頻帶阻抗測量、寬頻帶振蕩理論的研究又向前邁出了堅實的一步。該儀器在低頻諧波(1Hz)、高頻諧波(20kHz)、寬頻帶諧波(1~1000個諧波同時發射)注入等核心指標處于領先水平,為鐵路牽引供電系統、新能源并網系統、電力系統的阻抗建模與穩定性分析奠定了良好基礎。該項目歷時5年,順利完成了項目立項、技術方案評審、生產研發、施工調試、現場示范等多個階段,最終實現了儀器裝置落地試驗,并通過了四川省電子產品監督檢驗所的第三方認定。
該儀器主要由高壓開關柜、寬頻變壓器、電力電子斬波柜和電阻柜構成。其中,斬波柜通過Chirp-PWM信號控制反串聯IGBT模塊,投切電阻柜的模塊化大功率電阻,產生頻帶雙邊可控、能量分布均勻的寬頻諧波電流擾動,并通過特制寬頻變壓器并聯注入到牽引供電系統,從而獲取電壓響應并快速測量目標頻帶的寬頻帶阻抗特性。儀器的測量頻帶范圍為1Hz~20kHz,一次性等幅注入的諧波個數最高可達1000個,頻率分辨率最小可至1Hz。本次現場實驗完成了直接供電、AT供電等多種供電方式下的牽引網阻抗測試,僅1分鐘就自動完成了1Hz~20kHz的牽引網阻抗快速測量,實時獲取了系統寬頻帶阻抗曲線與諧振幅頻信息。儀器一方面可用于車網參數匹配分析,如諧振、寬頻帶振蕩的分析與治理,另一方面可用于故障定位、保護整定校準等。該儀器的成功研制與現場測試推動了我國鐵路牽引供電系統、電力系統在可控多諧波注入式阻抗測量技術的發展和進步,具有重要的技術引領與示范作用。
此外,在四川省重大項目的資助下,拓展了寬頻帶阻抗測量技術在鋰電池EIS快速測量方面的應用研究。所研制的測量系統通過雙向DC/DC變換器向被測鋰電池注入寬頻擾動,該系統僅需要一個擾動周期(10s)即可獲得0.1Hz-2kHz的寬頻阻抗,相關研究成果已發表在IEEE TIE/TTE等國際頂級期刊上。同時,在企業項目支持下,已開展了將鋰電池電化學阻抗譜快速測量技術嵌入電動汽車充電樁、儲能電站PCS等方面的研究。