CN112765836B - 变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法 - Google Patents

变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法及仿真评估方法，根据传导电磁干扰耦合路径上不同元器件特性，采用特定的建模方法分别建立其宽频等效电路模型，在此基础上根据传导电磁干扰机理建立完整的变频驱动系统传导电磁干扰仿真电路模型。本发明通过对仿真电路关键节点选择特定电压电流仿真初值，加速传导电磁干扰仿真分析速度，从而快速评估变频驱动系统传导电磁干扰水平，通过仿真分析不同电路参数下系统传导电磁干扰水平的变化规律，提供变频驱动系统电磁兼容正向设计的依据。

Description

变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法
技术领域
本发明属于电力电子仿真技术领域，具体涉及一种变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法及仿真评估方法。
背景技术
变频驱动系统采用变频调速系统(Variable Voltage and Variable Frequency，VVVF)改变交流电机工作电压的幅度和频率，实现交流电机速度和转矩的平滑控制，VVVF通常采用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制内部功率开关器件的开通关断。由于功率开关器件长期工作在高电压、大电流的工况下，开关速度快，使得开通关断过程中器件两端的电压变化率dv/dt和流经器件的电流变化率di/dt较大，包含丰富的高次谐波成分，在变频驱动系统高频寄生参数的影响下，产生显著的宽频带电磁干扰(Electromagnetic Interference，EMI)，特别是在传导电磁干扰方面，给变频驱动系统的电磁兼容(Electromagnetic Compatibility，EMC)设计带来巨大挑战。因此需要对变频驱动系统进行传导电磁干扰建模仿真及评估，以便在系统设计阶段对EMC做出考虑。
通常变频驱动系统传导电磁干扰模型的建模及仿真方法有两种：频域法和时域法。频域法在已知或计算得到干扰源频谱后，通过建立传导电磁干扰耦合路径的阻抗-频率模型，直接在频域上进行扫频仿真计算，能够快速得到系统传导电磁干扰频谱特性，但频域模型的准确建立需要对传导干扰源和干扰回路具有清晰的认识。时域法是建立在对系统传导电磁干扰回路各元器件建立高频等效电路模型的基础上，通过电路仿真得到关键节点的电压电流时域波形，借助快速傅里叶变换将时域波形转换为频谱，该方法较为直观，但元器件电路模型的建立较为复杂困难，且可能存在仿真速度过慢甚至仿真计算不收敛问题。
针对变频驱动系统传导电磁干扰建模及仿真方法，中车株洲所电气技术与材料工程研究院的杨德勇等人在文献《杨德勇,支永健,闵建军,等.PWM逆变驱动系统传导干扰分析及抑制[J].变流技术,2017,000(003):1-7》中提出一种基于等效谐波源的系统传导电磁干扰简化计算模型，但未考虑无源元件电容的高频模型以及未说明各元器件高频参数的提取方法。北京航天发射技术研究所的段卓琳等人在文献《段卓琳、张栋、范涛.SiC电机驱动系统传导电磁干扰建模及预测[J].电工技术学报,2020,v.35(22):110-122.》中提出了一种SiC电机驱动系统的传导EMI等效电路建模及预测方法，基于有限元仿真提取母排杂散电感参数，但只在单一频率点下提取寄生参数。
发明内容
鉴于上述，本发明提供了一种变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法及仿真评估方法，系统性总结了干扰源动态模型和传导电磁干扰耦合路径高频模型，并采用了优化计算措施加速仿真分析过程。
一种变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法，所述变频驱动系统包括直流源、滤波电感、支撑电容、放电电阻、逆变器以及感应电机，其中直流源的正极与滤波电感的一端相连，滤波电感的另一端与支撑电容的一端、放电电阻的一端以及逆变器直流侧正极端口相连，直流源的负极与支撑电容的另一端、放电电阻的另一端以及逆变器直流侧负极端口相连，逆变器的交流侧与感应电机连接；所述全电路模型构建方法包括如下步骤：
(1)建立变频驱动系统传导电磁干扰的电磁干扰源模型；
(2)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的结构件高频电路模型；
(3)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的无源元件高频等效电路模型；
(4)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的供电线缆高频电路模型；
(5)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的电机高频阻抗模型；
(6)建立变频驱动系统的控制模型；
(7)根据变频驱动系统传导电磁干扰机理，将步骤(1)～(6)中构建得到的模型进行连接，从而得到变频驱动系统传导电磁干扰完整的全电路模型，并在逆变器直流输入端口和交流输出端口添加电压电流测量装置。
进一步地，所述步骤(1)的具体实现方式为：以逆变器内IGBT模块开关动作产生的电压变化率和电流变化率作为干扰源，利用器件参数化特征建模工具采用器件数据手册中的特性曲线提取模型静态参数，采用器件数据手册中的开通关断特性参数提取模型动态参数，生成可导入电路仿真平台的IGBT模块器件级行为模型即所述的电磁干扰源模型。
进一步地，所述步骤(2)的具体实现方式为：在三维机械设计软件中建立逆变器的金属箱体及其铜排和叠层母排的三维结构尺寸模型，并将其导入高频寄生参数仿真软件中，通过在宽频带内进行有限元扫频仿真分析，得到传导电磁干扰频率范围内的结构件高频电路模型，其中扫频范围为140kHz～30.01MHz，覆盖整个传导电磁干扰频率范围，扫频步长为10kHz，保证足够频率点下的高频寄生参数数据用于模型拟合；由于扫频分析中各频率点仿真计算相互独立，因此采用计算机多核并行计算可加速仿真提取高频寄生参数。
进一步地，所述步骤(3)的具体实现方式如下：
3.1对于系统中的任一无源元件即滤波电感、支撑电容或放电电阻，采用阻抗分析仪测试无源元件在传导电磁干扰频率范围内的阻抗幅频特性曲线，根据阻抗幅频特性曲线测试结果中谐振点个数(一般为1～3个)，确定无源元件的高频等效电路模型；
3.2初始化一定规模的种群，种群中的每一个体均由N维向量表示，N为无源元件高频等效电路模型中的元件个数，向量中的N个元素值即对应这N个元件的参数值，初始化种群中的个体初值采用元件数据手册给定值的50％到150％范围内随机搜索确定；
3.3采用遗传算法通过个体进行交叉变异使得种群不断迭代更新，最终提取输出最优个体，作为无源元件高频等效电路模型的模型参数。
进一步地，所述遗传算法采用的适应度函数表达式如下：
Figure GDA0003622913620000031
其中：F为适应度函数值，fi为传导电磁干扰频率范围内的第i个频率点，fk为无源元件阻抗幅频特性曲线中第k个谐振点的频率，Zi为无源元件在第i个频率点对应的阻抗测试结果值，Zi′为基于个体模型参数下在第i个频率点对应的无源元件高频等效电路模型阻抗值，n为传导电磁干扰频率范围内的频率点个数，m为无源元件阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数，||表示取模。
进一步地，对于滤波电感，其高频等效电路模型由mL个RLC等效电路模块HL级联而成，所述RLC等效电路模块HL由电感L、电阻R以及电容C并联而成，mL为滤波电感阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数；对于支撑电容，其高频等效电路模型由mC个RLC等效电路模块HC级联而成，所述RLC等效电路模块HC由电阻R、电感L以及电容C依次串联而成，mC为支撑电容阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数；对于放电电阻，其高频等效电路模型由mR个RLC等效电路模块HR级联而成，所述RLC等效电路模块HR包括电阻R、电感L以及电容C，电阻R与电感L串联后与电容C并联，mR为放电电阻阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数。
进一步地，所述步骤(4)的具体实现方式为：在高频寄生参数仿真软件中建立单位长度供电线缆三维模型，进行有限元仿真分析，得到单位长度供电线缆高频电路模型，通过多个单位长度供电线缆高频电路模型级联方式，即可得到实际长度的供电线缆高频电路模型；由于传导电磁干扰的频率范围最高为30MHz，对应波长为10m，根据多导体传输线理论，所选取单位长度应为波长的1/10即单位长度为1m；由于线缆在高频段内感抗远大于其电阻值，以感性为主且电感值变化不大，因此只针对单一频率点进行有限元仿真提取高频寄生参数，单位长度线缆仿真频率设置为10MHz，使得提取的高频寄生参数能够体现线缆的高频特性。
进一步地，所述步骤(5)的具体实现方式为：采用阻抗分析仪测试电机的共模及差模阻抗频率特性曲线，运用矢量匹配法计算得到共模及差模阻抗频率特性曲线的近似有理函数，进而根据近似有理函数中各组成项所对应的等效电路构建所述的电机高频阻抗模型。
一种变频驱动系统传导电磁干扰的仿真评估方法，即根据上述全电路模型在电路仿真平台上完成系统传导电磁干扰仿真，通过快速傅里叶变换将系统关键端口处的电压电流时域波形转换为频谱，实现变频驱动系统传导电磁干扰的快速仿真分析；针对电路参数对系统传导电磁干扰水平的影响，通过在全电路模型中按增加一倍步长或根据实际可选参数值改变模型参数值，进行变参数仿真分析，得到不同模型参数下的系统传导电磁干扰水平仿真结果，总结变化规律，为变频驱动系统电磁兼容正向设计提供依据。
进一步地，在对系统传导电磁干扰仿真过程时，通过设置系统关键端口处的电压电流仿真初值，可加速仿真从暂态到稳态的过渡过程，具体设置为逆变器直流侧的输入电流以及支撑电容电压，其中支撑电容电压仿真初值设定为直流源电压，输入电流仿真初值则通过以下关系式确定；
P＝U·I
其中：P为系统的输入功率，U为支撑电容电压仿真初值，I为输入电流仿真初值。
本发明系统性提出变频驱动系统传导电磁干扰建模仿真及评估方法，根据传导电磁干扰耦合路径上不同元器件特性，采用特定的建模方法分别建立宽频等效电路模型，在此基础上根据传导电磁干扰机理建立完整的变频驱动系统传导电磁干扰仿真电路模型。此外，本发明通过对仿真电路关键节点选择特定电压电流仿真初值，加速传导电磁干扰仿真分析速度，从而快速评估变频驱动系统传导电磁干扰水平，通过仿真分析不同电路参数下系统传导电磁干扰水平的变化规律，提供变频驱动系统电磁兼容正向设计的依据。
附图说明
图1为本发明变频驱动系统传导电磁干扰建模及仿真评估方法的流程示意图。
图2为无源元件单一阻抗谐振点高频等效电路模型示意图。
图3为滤波电抗器阻抗幅频特性曲线拟合结果与实测结果对比示意图。
图4为单位长度三相供电线缆高频电路模型示意图。
图5为感应电机单相高频阻抗模型示意图。
图6(a)～图6(d)对应为四种RLC等效电路示意图。
图7(a)为感应电机高频共模阻抗模型幅频特性拟合结果与实测结果对比示意图。
图7(b)为感应电机高频差模阻抗模型幅频特性拟合结果与实测结果对比示意图。
图8为变频驱动系统研究平台架构示意图。
图9为变频驱动系统传导电磁干扰仿真模型示意图。
图10为三相输出端共模电流仿真结果与实测结果对比示意图。
图11为逆变器直流输入端添加Y电容下其端口处共模传导干扰电压结果示意图。
具体实施方式
为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法及仿真评估方法，包括如下具体步骤：
(1)建立变频驱动系统传导电磁干扰的电磁干扰源模型。变频驱动系统逆变器内IGBT模块开关动作产生的dv/dt和di/dt作为干扰源，采用器件参数化特征建模工具，根据器件数据手册中的相关器件参数信息，生成可导入电路仿真平台的IGBT模块器件级行为模型。
本实例中变频驱动系统采用型号为Mitsubishi CM1000HC-66R的IGBT模块作为功率开关器件，采用数据手册中的转移特性曲线、输出特性曲线以及续流二极管正向特性曲线提取IGBT模块器件级行为模型的静态参数，采用数据手册中开通关断时间、开通关断能量、反向恢复电荷以及反向恢复电流峰值提取IGBT模块器件级行为模型的动态参数，最终生成可导入电路仿真软件的IGBT模块器件级行为模型SML文件。
(2)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的结构件高频电路模型。在三维机械设计软件中建立变频驱动系统逆变器的金属箱体及其铜排和叠层母排的三维结构尺寸模型，导入高频寄生参数仿真软件中，通过在宽频带内进行有限元扫频仿真分析，得到传导电磁干扰频率范围内的结构件高频寄生参数模型。
本实例在三维机械设计软件SolidWorks中进行VVVF箱体设计以及铜排和叠层母排等导体的结构设计，设计完成后将三维结构导入Ansys Q3D Extractor高频寄生参数仿真软件中，赋予导体以及绝缘体相应电气属性，包括相对介电常数、相对磁导率、体电导率和介质损耗因素。此后根据电流或功率流向和端口实际电流接触面设置激励源，并添加扫频设置，扫频范围为140kHz到30.01MHz，覆盖整个传导电磁干扰频率范围，扫频步长为10kHz，保证足够频率点下的高频寄生参数数据用于模型拟合；同时启用高性能计算工具使能计算机所有计算核心，进行有限元扫频仿真并行计算，提取高频寄生参数，得到传导电磁干扰频率范围内的结构件高频寄生参数模型。
(3)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的无源元件高频等效电路模型。将无源元件分为电容、电感和电阻，采用阻抗分析仪测试无源元件在传导电磁干扰频率范围内的阻抗频率特性曲线，根据阻抗幅频特性曲线测试结果中谐振点个数，选用特定的RLC等效电路模型表征，并通过遗传算法提取模型参数，得到传导电磁干扰频率范围内的无源元件高频等效电路模型。
本实例中电容、电感和电阻的单一阻抗谐振点高频等效电路模型如图2所示。以实际测试的滤波电抗器的阻抗幅频特性为例，如图3中灰色实线所示，图中有三个主要的阻抗谐振点，因此采用三个单一阻抗谐振点电感高频等效电路的串联模型表征该滤波电抗器的高频特性，构造遗传算法适应度函数如下：
Figure GDA0003622913620000071
其中：F为适应度函数值，fi为各测试频率点，Zi为各测试频率点下对应的测试阻抗结果，f1、f2、f3为三个主要阻抗谐振点对应的频率值，Z′i为滤波电抗器高频等效电路模型阻抗，其表达式为：
Figure GDA0003622913620000072
其中：L1、L2、L3、Cs1、Cs2、Cs3、Rs1、Rs2、Rs3为待提取模型参数值，最终经过遗传算法拟合参数所得到结果如图3中黑色虚线所示，拟合结果基本吻合实际测试结果，并能体现出三个主要的阻抗谐振点，达到拟合目标预期要求。
(4)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的供电线缆高频电路模型。在高频寄生参数仿真软件中建立单位长度供电线缆三维模型，进行有限元仿真分析，得到单位长度供电线缆高频电路模型，通过多个单位长度供电线缆高频电路模型级联方式，建立供电线缆实际长度下的高频电路模型。
本实例以三相供电线缆为例，其单位长度高频电路模型如图4所示，在Ansys Q3DExtractor高频寄生参数仿真软件中建立1m长单位长度线缆模型。由于线缆在高频段内的感抗远大于其电阻值，以感性为主，且电感值变化不大，因此仿真频率设置为10MHz，使得提取的高频寄生参数能够体现线缆的高频特性，进行有限元扫频仿真提取高频寄生参数，得到单位长度供电线缆高频电路模型，并通过多个单位长度供电线缆高频电路模型级联方式，建立供电线缆实际长度下的高频电路模型。
(5)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的电机高频阻抗模型。采用阻抗分析仪测试电机的共模及差模阻抗频率特性曲线，并运用矢量匹配法结合网络函数的等效电路，根据阻抗频率特性曲线中谐振点个数及类型构建电机高频阻抗电路模型，其中运用矢量匹配法得到阻抗频率特性曲线的近似有理函数表达式如下：
Figure GDA0003622913620000081
其中：极点pn的个数N应大于或等于阻抗频率特性曲线中谐振点个数。
同时结合网络函数的等效电路，将该有理函数表达式的部分分式等效为电路模型进行串联，得到能够反映阻抗频率特性曲线的等效电路模型，具体地：
①常数项d和一次项h对应的等效电路。
对于常数项d和一次项h而言，其等效电路采用电阻和电感串联电路，如图6(a)所示，其中R和L分别取d和h。
②留数rn和极点pn都为实数时对应的等效电路。
当留数rn大于0时，采用如图6(b)所示的等效电路，其中：
Figure GDA0003622913620000082
当留数rn小于0时，采用如图6(c)所示的等效电路，其中：
Figure GDA0003622913620000083
③留数rn和极点pn都为共轭复数对时对应的等效电路。
采用如图6(d)所示的等效电路，其中：
Figure GDA0003622913620000091
本实例中电机类型为感应电机，其单相高频阻抗模型如图5所示，根据感应电机共模阻抗和差模阻抗实际测试下的阻抗频率曲线，采用矢量匹配法结合网络函数的等效电路构造图5中Zdm和Zcm的高频等效电路模型，其电路拓扑参数如表1所示，最终该感应电机高频阻抗电路模型的拟合结果和实测结果对比如图7(a)和图7(b)所示。
表1
Figure GDA0003622913620000092
(6)建立变频驱动系统控制模型。提取变频驱动系统工频仿真电路的IGBT模块驱动信号，作为变频驱动系统逆变器内IGBT模块开通关断的控制信号。
本实例中通过导出变频驱动系统工频仿真电路的驱动信号，借助AnsysSimplorer软件与Simulink软件的联合仿真接口AnsoftSFunction将该驱动信号导入AnsysSimplorer中控制IGBT模块的开通关断。
(7)建立完整的变频驱动系统传导电磁干扰的全电路仿真模型。根据变频驱动系统传导电磁干扰机理，将上述各步骤建立的模型进行连接，建立变频驱动系统传导电磁干扰的全电路仿真模型，并在逆变器直流输入端口和交流输出端口添加电压电流测量装置。
本实例变频驱动系统研究平台如图8所示，在Ansys Simplorer仿真平台中建立完整的变频驱动系统传导电磁干扰的全电路仿真模型，如图9所示，主要由以下几个子电路构成：(1)电源部分；(2)铜排、叠层母排及箱体结构件部分；(3)IGBT模块动态模型；(4)三相输出线缆及电机；(5)驱动波形输出部分；并在直流输入端口和三相输出端口处添加电压和电流测量装置。
(8)在电路仿真平台完成变频驱动系统传导电磁干扰仿真。通过设置关键电路节点的电压电流仿真初值，加速仿真从暂态到稳态的过渡过程；借助快速傅里叶变换将得到的关键端口处电压电流时域波形转换为频谱，实现变频驱动系统传导电磁干扰的快速仿真分析。
本实例根据变频驱动系统工频仿真电路的稳态值对部分关键元器件设置仿真初值，以便加速变频驱动系统传导电磁干扰仿真系统进入稳定工作状态。对直流输入端支撑电容设置其电压仿真初值为直流电源电压值1500V，根据该系统当前工况下功率为135kW，由式P＝U·I得到逆变器直流输入电流仿真初值I为90A，设置三相输出电流仿真初值为-100A、100A和0A。通过仿真各端口电压电流波形，借助快速傅里叶变换将电压电流时域波形转换为频谱，并与实测结果进行对比，如图10所示，由图可知所建立变频驱动系统传导电磁干扰仿真模型能较好体现实际系统传导电磁特性，适用于电磁兼容仿真分析。
(9)针对电路参数对系统传导电磁水平的影响，通过在仿真电路中按增加一倍的步长或实际可选参数值的情况改变电路参数值，进行变参数仿真分析，得到不同电路参数下的系统传导电磁干扰水平仿真结果，总结变化规律，提供变频驱动系统电磁兼容正向设计的依据。
本实例中变频驱动系统通常在逆变器直流输入侧端口处添加Y电容抑制共模传导干扰，为研究Y电容参数对系统共模传导干扰的影响，基于上述变频驱动系统传导电磁干扰的全电路仿真电路模型，在相应端口处添加Y电容，并根据Y电容实际选值分别取0.5μF、2μF和3.9μF，进行变参仿真分析。从图11可见，该Y电容主要影响50kHz到700kHz这一中低频段共模传导干扰电压大小，Y电容值越大，抑制效果越为明显，但实际设计中考虑到漏电流的大小，Y电容选值不能超过由漏电流大小限值决定的电容值。同时注意到该Y电容的加入会导致1MHz到2MHz之间出现共模电压尖峰，在实际设计中若系统其它通信设备或用电设备对该频率段电磁抗扰度较低，则直流负母线加Y电容这一抑制措施应谨慎采用，以免引起其它设备不正常工作。
上述对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种变频驱动系统传导电磁干扰的全电路模型构建方法，所述变频驱动系统包括直流源、滤波电感、支撑电容、放电电阻、逆变器以及感应电机，其中直流源的正极与滤波电感的一端相连，滤波电感的另一端与支撑电容的一端、放电电阻的一端以及逆变器直流侧正极端口相连，直流源的负极与支撑电容的另一端、放电电阻的另一端以及逆变器直流侧负极端口相连，逆变器的交流侧与感应电机连接；其特征在于，所述全电路模型构建方法包括如下步骤：
(1)建立变频驱动系统传导电磁干扰的电磁干扰源模型；
(2)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的结构件高频电路模型；
(3)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的无源元件高频等效电路模型，具体实现方式如下：
3.1对于系统中的任一无源元件即滤波电感、支撑电容或放电电阻，采用阻抗分析仪测试无源元件在传导电磁干扰频率范围内的阻抗幅频特性曲线，根据阻抗幅频特性曲线测试结果中谐振点个数，确定无源元件的高频等效电路模型；
3.2初始化一定规模的种群，种群中的每一个体均由N维向量表示，N为无源元件高频等效电路模型中的元件个数，向量中的N个元素值即对应这N个元件的参数值，初始化种群中的个体初值采用元件数据手册给定值的50％到150％范围内随机搜索确定；
3.3采用遗传算法通过个体进行交叉变异使得种群不断迭代更新，最终提取输出最优个体，作为无源元件高频等效电路模型的模型参数；
(4)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的供电线缆高频电路模型；
(5)建立变频驱动系统传导电磁干扰路径的电机高频阻抗模型；
(6)建立变频驱动系统的控制模型；
(7)根据变频驱动系统传导电磁干扰机理，将步骤(1)～(6)中构建得到的模型进行连接，从而得到变频驱动系统传导电磁干扰完整的全电路模型，并在逆变器直流输入端口和交流输出端口添加电压电流测量装置。
2.根据权利要求1所述的全电路模型构建方法，其特征在于：所述步骤(1)的具体实现方式为：以逆变器内IGBT模块开关动作产生的电压变化率和电流变化率作为干扰源，利用器件参数化特征建模工具采用器件数据手册中的特性曲线提取模型静态参数，采用器件数据手册中的开通关断特性参数提取模型动态参数，生成可导入电路仿真平台的IGBT模块器件级行为模型即所述的电磁干扰源模型。
3.根据权利要求1所述的全电路模型构建方法，其特征在于：所述步骤(2)的具体实现方式为：在三维机械设计软件中建立逆变器的金属箱体及其铜排和叠层母排的三维结构尺寸模型，并将其导入高频寄生参数仿真软件中，通过在宽频带内进行有限元扫频仿真分析，得到传导电磁干扰频率范围内的结构件高频电路模型，其中扫频范围为140kHz～30.01MHz，覆盖整个传导电磁干扰频率范围，扫频步长为10kHz，保证足够频率点下的高频寄生参数数据用于模型拟合；由于扫频分析中各频率点仿真计算相互独立，因此采用计算机多核并行计算可加速仿真提取高频寄生参数。
4.根据权利要求1所述的全电路模型构建方法，其特征在于：所述遗传算法采用的适应度函数表达式如下：
Figure FDA0003622913610000021
其中：F为适应度函数值，fi为传导电磁干扰频率范围内的第i个频率点，fk为无源元件阻抗幅频特性曲线中第k个谐振点的频率，Zi为无源元件在第i个频率点对应的阻抗测试结果值，Zi′为基于个体模型参数下在第i个频率点对应的无源元件高频等效电路模型阻抗值，n为传导电磁干扰频率范围内的频率点个数，m为无源元件阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数，||表示取模。
5.根据权利要求1所述的全电路模型构建方法，其特征在于：对于滤波电感，其高频等效电路模型由mL个RLC等效电路模块HL级联而成，所述RLC等效电路模块HL由电感L、电阻R以及电容C并联而成，mL为滤波电感阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数；对于支撑电容，其高频等效电路模型由mC个RLC等效电路模块HC级联而成，所述RLC等效电路模块HC由电阻R、电感L以及电容C依次串联而成，mC为支撑电容阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数；对于放电电阻，其高频等效电路模型由mR个RLC等效电路模块HR级联而成，所述RLC等效电路模块HR包括电阻R、电感L以及电容C，电阻R与电感L串联后与电容C并联，mR为放电电阻阻抗幅频特性曲线中的谐振点个数。
6.根据权利要求1所述的全电路模型构建方法，其特征在于：所述步骤(4)的具体实现方式为：在高频寄生参数仿真软件中建立单位长度供电线缆三维模型，进行有限元仿真分析，得到单位长度供电线缆高频电路模型，通过多个单位长度供电线缆高频电路模型级联方式，即可得到实际长度的供电线缆高频电路模型；由于传导电磁干扰的频率范围最高为30MHz，对应波长为10m，根据多导体传输线理论，所选取单位长度应为波长的1/10即单位长度为1m；由于线缆在高频段内感抗远大于其电阻值，以感性为主且电感值变化不大，因此只针对单一频率点进行有限元仿真提取高频寄生参数，单位长度线缆仿真频率设置为10MHz，使得提取的高频寄生参数能够体现线缆的高频特性。
7.根据权利要求1所述的全电路模型构建方法，其特征在于：所述步骤(5)的具体实现方式为：采用阻抗分析仪测试电机的共模及差模阻抗频率特性曲线，运用矢量匹配法计算得到共模及差模阻抗频率特性曲线的近似有理函数，进而根据近似有理函数中各组成项所对应的等效电路构建所述的电机高频阻抗模型。
8.一种变频驱动系统传导电磁干扰的仿真评估方法，其特征在于：根据权利要求1构建的全电路模型在电路仿真平台上完成系统传导电磁干扰仿真，通过快速傅里叶变换将系统关键端口处的电压电流时域波形转换为频谱，实现变频驱动系统传导电磁干扰的快速仿真分析；针对电路参数对系统传导电磁干扰水平的影响，通过在全电路模型中按增加一倍步长或根据实际可选参数值改变模型参数值，进行变参数仿真分析，得到不同模型参数下的系统传导电磁干扰水平仿真结果，总结变化规律，为变频驱动系统电磁兼容正向设计提供依据。
9.根据权利要求8所述的仿真评估方法，其特征在于：在对系统传导电磁干扰仿真过程时，通过设置系统关键端口处的电压电流仿真初值，可加速仿真从暂态到稳态的过渡过程，具体设置为逆变器直流侧的输入电流以及支撑电容电压，其中支撑电容电压仿真初值设定为直流源电压，输入电流仿真初值则通过以下关系式确定；
P＝U·I
其中：P为系统的输入功率，U为支撑电容电压仿真初值，I为输入电流仿真初值。
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