基于选择性谐波消除技术的电磁测深激励方法研究

基于选择性谐波消除技术的电磁测深激励方法研究

尚立柁

吉林大学

摘要：在城市建设发展中，随着资源能源开发需求的大幅度上升，能源供需矛盾越发严峻。此时为了更快适应经济发展的新常态，满足日益增加的能源要求，能源探测工作必须要在技术创新中全面优化。本文在了解当前电磁测深激励方法研究背景的基础上，结合选择性谐波消除技术的概念和方法，分析这一技术应用于发展的未来创新方向。

关键词：选择性谐波消除技术；电磁；测深；直升机；时间域

0引言：电磁测深方法是指运用电磁波特征对地质背景进行勘测调查，现已被广泛运用到资源能源勘测和城市建设等领域中。常见的方法分为两种，一种为时间域电磁法，另一种为频率域电磁法。这种方法又会根据实际应用空间分成地面、地空以及航空的电磁法。本文在了解当前电磁测深技术的基础上，根据选择性谐波消除技术分析其未来研究与应用的主要方向。

1.研究背景

针对电磁测深激励方法的研究，国外起步较早，且已研制出大量具有多种优异性能的系统。以航空电磁法（AEM）为例，在上世纪40年代末期的加拿大，有企业和学者成功研制并试飞了固定翼A E M系统，由此代表航空电磁测深被真正引用到市场中。而到了20世纪，随着AEM测试平台及系统种类的不断优化，国外在90年代已经可以让航空电子系统进行3个分量的测试，且能自主选择测试的频率和脉冲宽度。而我国在研究航空电磁法时，最早源于上世纪50年代末期，且主要用来进行复杂区域的地质地形调查工作。以长安大学李貅教授为例，其参与的科研团队研究了基于逆合成孔径成像技术的时间域地空电磁法成像方法。由此表明，现如今我国将研究目光主要集中在地空电磁法和电法勘测领域^[1]。

2.选择性谐波消除技术分析

2.1概念

简单来讲，选择性谐波消除脉冲宽度调制技术属于一种通过管控逆变器输出波形谐波的关键技术，在很多领域中如电力电子领域、可再生能源系统等，这一技术都是被用来消除或降低不必要低阶谐波的，能有效提升逆变器的工作效率和应用性能。

2.2原理

结合实践案例分析，这一技术原理主要分为以下几点：第一，利用傅里叶分解处理逆变器期望输出的电压，以此得到想要输出电压的频率信息；第二，结合获取的频率信息构建由一组开关时刻序列所形成的选择性谐波消除脉冲宽度调制技术的非线性超越方程组；第三，结合迭代算法分析方程组，并得到科学且准确的时刻序列；第四，根据计算的开关时刻序列管控逆变器当中的开关器件，以此在关断或导通中让逆变器交流测得到想要的输出电压^[2]。

2.3方法

首先，1/4周期对称的选择性谐波消除脉冲宽度调制技术方法。因为其存在一定的限制条件，所以虽然可以方便构建和计算方程组，但也降低了这一技术可以应用的范围。因此，要想将其运用到电磁测深激励方法中，最重要的是根据对比分析，提升实践技术的实用性和有效性，以此用来处理电磁勘测存在的问题。

其次，直升机时间域选择性谐波消除脉冲宽度调制技术。这类技术方法可以运用高精度的时频域进行分析，对负载模型和发射电流进行研究，并利用严格的推导公式，就能得到精准的控制信号，以此在开关频率是脉冲宽度1/3的条件下，提升发射波形的质量和探测工作的精度，从而为未来研究无人机式航空时间域电磁法提供有效依据^[3]。

最后，地空频率域电磁法。这种方法在应用中最难处理的问题就是成本好，探测效率存在限制，以及最终探测的精度不达标等。现如今，我国针对这一内容及相关系统的研究，主要集中在2ⁿ伪随机波发射中，且因为一次能发射多个幅值的频率，所以实际检测效率得到了提升，但成本支出并没有有效控制。因此，在未来研究创新中，需要按照不同需求提出最佳的多频选择性谐波消除脉冲宽度调制技术的激励源，以此在提升勘测效率的同时，控制成本支出，并未时间系统运行提供技术支持。

3.未来发展创新方向

3.1提出全新的激励方法

以地空频率域的选择性谐波消除脉冲宽度调制电磁激励方法为例，结合全周期不对称选择性谐波消除脉冲宽度调制技术分析，根据所探测地区的地质资料，设计可控发射电流主频率的相位、数量以及带宽等，并得到对应的非线性方程组，可以结合人工神经网络算法准确计算相应的开关时刻序列。这种方法是以频率作为计算核心，根据发射电流主频得到所需的幅度和分布情况，这样能根据实践工作需求提供适宜的发射波形。而在选择性谐波消除脉冲宽度调制技术的电流分段控制方法中，按照输出电流的时域特征构建相应的方程组，并结合输出电流和负载的频率特征构建相应的方程组，其能为直升机时间域的相关研究带来了基础理论依据^[4]。

3.2强化专业人才培养力度

产业发展离不开人才的培养，尤其是对电磁测深激励方法和选择性谐波消除技术而言，要想转变以往依赖国外技术人才和研究经验的发展局面，真正实现人才强国的战略发展目标，必须要在研发和学习核心技术理念时，将人才培养放在行业发展的首位。只有这样才能在提升专业人才数量和综合素质的同时，进一步优化电磁测深技术及相关应用领域。一方面，行业企业要根据自身发展不断优化人才培养制度，定期组织专业人才参与技能培训，为其提供座谈会议沟通平台，以此在及时发现发展新问题核心难点的同时，提出正确的应对措施；另一方面，政府部门要与企业在良好沟通和合作探讨中大力推广产学研一体化发展，真正实现高校人才与企业人才无缝衔接的发展趋势，以此为企业革新提供更多所需的高素质高技能人才。

结语

综上所述，虽然目前我国对电磁测深激励方法和选择性谐波消除技术的研究项目并不多，但随着科技技术和社会经济的不断发展，根据实践领域累积的应用技巧和经验，必然可以从中得到更为优质的勘测技术方案。同时，相关领域科研学者还要多学习和借鉴国内外优秀的研究项目，注重结合实践发展需求进行不断优化，并加大专业人才培养力度，只有这样才能在持续发展中解决能源资源供需矛盾。

参考文献

[1] 高丽辉. 基于选择性谐波消除技术的电磁测深激励方法研究[D]. 吉林大学, 2020.

[2] 张玥, 范伟强, 张琦,等. 基于EEMD-ICA与SVD的电网谐波检测方法研究[J]. 计算机测量与控制, 2019, 027(003):39-43.

[3] 武永燎, 李红, 宋欣达,等. 基于改进型重复控制器的永磁同步电机电流谐波抑制方法研究[J]. 电工技术学报, 2019, 034(011):2277-2286.

[4] 张先. 基于电能计量装置运行误差的谐波来源及自动检测研究[J]. 新一代信息技术, 2019, 002(015):83-86.