并联谐振下介质阻挡放电负载参数测量方法、系统及装置

本发明涉及介质阻挡放电参数检测，尤其涉及一种并联谐振下介质阻挡放电负载参数测量方法、系统及装置。

背景技术：

1、介质阻挡放电是大气压下产生低温等离子体的主流形式，广泛应用于臭氧制备、废气处理、材料表面改性、杀菌消毒等工业领域。介质阻挡放电负载的三个核心等效参数——阻挡介质电容、气隙等效电容、放电维持电压，是供电电源设计、放电状态在线监测、等离子体特性分析的关键依据。

2、目前主流的介质阻挡放电参数测量方法为李萨如图法，需同时采集负载电压与回路电流，通过绘制q-

u平行四边形求解参数。对应测量装置必须配置电压、电流两套检测单元，硬件结构复杂、成本高；在高频高压应用场景下，电流互感器存在绝缘设计难度大、测量带宽不足的问题，若采用串联采样电阻则会引入额外功率损耗与电磁干扰，不利于系统集成与在线监测。

3、针对电流型逆变供电的介质阻挡放电系统，现有参数辨识方案多依赖理想放电假设，认为q-

u曲线为严格平行四边形，需人工识别放电起止区间或进行相位搜索。实际放电过程存在平滑过渡区，电压波形含谐波畸变与随机噪声，分段拟合误差大，相位搜索易受噪声干扰导致结果发散，鲁棒性差；且现有测量系统仍需负载电流采样支撑电荷重构，无法摆脱电流检测装置，硬件简化程度有限。

4、综上，现有技术无法在仅使用单路电压检测电路的前提下，实现高精度、强抗噪的介质阻挡放电三参数测量，制约了介质阻挡放电系统的低成本在线监测与闭环控制应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：现有介质阻挡放电负载参数测量方法、系统及装置需配置电流检测单元，硬件结构复杂、成本高；且依赖理想平行四边形假设与相位搜索，受波形畸变、噪声影响大，测量精度与鲁棒性不足。

2、为解决上述技术问题，本发明提供了一种并联谐振下介质阻挡放电负载参数测量方法、系统及装置。具体技术方案如下：

3、并联谐振下介质阻挡放电负载参数测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

4、步骤1：采集介质阻挡放电负载两端的电压

udbd(t)，获取至少一个完整稳态周期的采样波形；

5、步骤2：对

udbd(t)进行时域积分，扣除直流分量后得到补偿电感的电流波形

ils(t);

6、步骤3：从

udbd(t)中提取正峰值时刻

tp+与负峰值时刻

tp-以两个峰值时刻为逆变方波电流的跳变时刻，构造与

udbd(t)时间同步的逆变输出电流波形

iinv(t)，其中电压上升半周

iinv(t)=+

id，电压下降半周

iinv(t)=-

id；其中，

id为逆变电源输出电流值；

7、步骤4：由

iinv(t)与

ils(t)逐点计算得到介质阻挡放电负载电流

idbd(t)，对

idbd(t)积分并扣除直流分量，得到流过介质阻挡放电的电荷波形

q(t)；

8、步骤5：提取

udbd(t)的电压峰值

up与

q(t)的电荷峰值

qp，建立峰值电压约束方程；计算一个周期内的介质阻挡放电负载有功功率，建立周期功率约束方程；选取电压过零附近的低压未放电段，拟合得到介质阻挡放电负载串联等效电容

cser，建立串联电容约束方程；

9、步骤6：联立三组约束方程，解析求解得到介质阻挡放电负载的阻挡介质电容

cd、气隙等效电容

cg与放电维持电压

uz。

10、优选的，步骤3中提取峰值时刻时，对峰值附近的多个采样点进行二次多项式拟合，通过求导得到亚采样精度的峰值时刻，抑制采样噪声的影响。

11、优选的，步骤5中，所述峰值电压约束方程为：

12、。

13、优选的，步骤5中，所述周期功率约束方程通过对

udbd(t)与

idbd(t)的乘积在一个周期内积分取平均得到有功功率，对应三参数模型的功率公式为：

14、。

15、式中，

f为并联谐振下负载的工作频率。

16、优选的，步骤5中，所述低压未放电段选取的区间，该区间内气隙未击穿，介质阻挡放电等效为

cd与

cg串联的线性电容，通过对该区间内

q-

u数据进行最小二乘线性拟合，斜率的倒数即为串联等效电容

cser。

17、优选的，步骤6中，联立三组约束方程整理为关于

uz的一元二次方程，通过求根公式求解得到物理意义合理的正根

uz，再回代计算得到

cd与

cg。

18、本发明还提供一种并联谐振下介质阻挡放电负载参数测量系统，其特征在于，应用于电流源供电的介质阻挡放电供电系统，仅接入单路电压检测信号，包括依次连接的电压采集模块、电感电流计算模块、方波同步重构模块、负载电荷重构模块、约束方程构建模块与参数解析求解模块；

19、所述电压采集模块用于采集介质阻挡放电负载两端的电压

udbd(t)并输出离散采样数据；

20、所述电感电流计算模块用于对

udbd(t)时域积分并去除直流分量，输出补偿电感电流波形；

21、所述方波同步重构模块用于提取电压正、负峰值时刻，构造与电压波形同步的逆变方波电流；

22、所述负载电荷重构模块用于计算介质阻挡放电负载电流并积分得到转移电荷波形；

23、所述约束方程构建模块用于构建峰值电压、周期功率、低压串联电容三组约束方程；

24、所述参数解析求解模块用于联立方程解析输出阻挡介质电容

cd、气隙等效电容

cg与放电维持电压

uz。

25、此外，本发明还提供一种并联谐振下介质阻挡放电负载参数测量装置，其特征在于，包括单路电压检测单元、处理器及存储器；

26、所述电压检测单元输入端并联于介质阻挡放电负载两端，输出端连接处理器的采样接口，用于采集介质阻挡放电负载两端的电压信号；

27、所述存储器存储有可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的测量方法步骤。

28、本发明与现有技术相比，具有以下显著优势：

29、1. 硬件结构极简，成本大幅降低：方法、系统、装置均仅使用一路电压检测电路，无需任何电流互感器、采样电阻等电流检测装置，大幅降低硬件成本与高压绝缘设计难度，易于系统集成与在线监测部署。

30、2. 无相位搜索，抗噪性强：利用电压峰值与方波跳变时刻的物理对应关系直接完成时间同步，无需迭代搜索；核心参数均来自积分运算与多数据点拟合，天然抑制随机噪声，鲁棒性远优于相位搜索法。

31、3. 适配非理想实际波形：无需假设严格平行四边形，无需识别放电起止区间，通过全域功率约束与低压线性区约束求解，完全适配含过渡区、谐波畸变的实际放电波形。

32、4. 解析求解，计算高效：最终归结为一元二次方程求根，无迭代收敛问题，计算量小，可直接应用于嵌入式实时监测装置与闭环控制系统。

33、