基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法技术

本发明专利技术提供一种基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法，包括：采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组低压配电网生物体触电信号；根据所述生物体触电信号，获取生物体触电阻抗参数；根据所述生物体触电阻抗参数，利用非线性时变电阻和电容元件搭建试验生物体触电阻抗电路模型，对生物体触电的暂态过渡过程进行描述；根据所述试验生物体触电阻抗电路模型，基于外推法获取生物体触电多端口阻抗模型。该方法能计算生物体触电阻抗参数并建立响应精度较高的生物体触电多端口阻抗模型，实现在低压配电网工频状况下对生物体触电暂态过渡过程的精确描述。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电气工程
，尤其涉及一种基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法。
技术介绍
触电事故是较为常见的恶性事故。目前，触电现象的仿真缺少对生物体触电阻抗模型的研究和描述。在低压配电网中，触电事故中考虑的直接物理因素为流过生物体的工频触电电流，而触电电流幅值直接受到生物体触电阻抗的影响。发生触电事故时，生物体可以等效为电路组合，通常利用两种阻抗来描述触电路径阻抗：内部阻抗和接触皮肤阻抗，两种阻抗的矢量和为触电路径总阻抗。当前的生物体触电电路模型通常由定阻抗元件进行构建，其适用范围具有一定的局限性，同时也无法满足生物体触电暂态过渡过程描述的精度要求。鉴于此，需提供一种生物体触电阻抗参数计算方法，并建立响应精度较高的生物体触电多端口阻抗模型，以实现在低压配电网工频状况下，对生物体触电暂态过渡过程的精确描述。
技术实现思路
为解决上述的技术问题，本专利技术提供一种基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法，能够计算生物体触电阻抗参数并建立响应精度较高的生物体触电多端口阻抗模型，实现在低压配电网工频状况下，对生物体触电暂态过渡过程的精确描述。第一方面，本专利技术提供一种基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法，包括：采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组低压配电网生物体触电信号；根据所述生物体触电信号，获取生物体触电阻抗参数；根据所述生物体触电阻抗参数，利用非线性时变电阻和电容元件搭建试验生物体触电阻抗电路模型，对生物体触电的暂态过渡过程进行描述；根据所述试验生物体触电阻抗电路模型，基于外推法获取生物体触电多端口阻抗模型。可选地，所述采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组低压配电网生物体触电信号，包括：通过低压配电网，利用电压激励、测量电流的方式，采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组生物体触电信号；其中，所述生物体触电信号，包括：触电电压信号序列U(m)和触电电流信号序列I(m)，其中，m＝0,1,…,M-1；采样参数包括：采样频率fS，采样周期TS，采样点数M，总采样时间TP。可选地，所述根据所述生物体触电信号，获取生物体触电阻抗参数，包括：采用短时傅里叶变换STFT对所述生物体触电信号进行分析，得到所述生物体触电信号的时频特性；从所述时频特性中提取频率为50Hz的生物体触电工频信号的幅值和相角，所述生物体触电工频信号包括：工频电压信号分量U1(m)和工频电流信号分量I1(m)；将提取的生物体触电工频信号进行分段线性化，分段区间为[m，m+1]，在分段区间内利用欧姆定律进行计算，获得工频状况下生物体的触电总阻抗序列Z(m)＝R(m)+j X(m)，m＝0,1,…,M-2，R(m)是电阻分量，X(m)是电抗分量；根据所述触电总阻抗序列，获取生物体触电时的皮肤电阻RS(m)、皮肤电容CS(m)和内电阻R0(m)；令t＝0为触电起始时刻，t＝tS为触电信号的采样结束时刻，通过
曲线拟合方法获取对离散数学序列RS(m)、CS(m)和R0(m)的函数表达式。可选地，所述根据所述触电总阻抗序列，获取生物体触电时的皮肤电阻RS(m)、皮肤电容CS(m)和内电阻R0(m)，包括：根据所述触电总阻抗序列Z(m)，获取皮肤阻抗ZS(m)与内阻抗Z0(m)，m＝0,1,…,M-2；以弗莱贝尔格电路作为参数计算的拓扑电路，将内阻抗视为恒定电阻，取内阻抗Z0(m)的模的期望值作为内电阻，通过第一公式，求取生物体触电时的皮肤电阻RS(m)、皮肤电容CS(m)和内电阻R0(m)；其中，所述第一公式为： ( R S ( m ) | | X C ( m ) ) / 2 = Z S ( m ) R 0 ( m ) = 1 M - 2 Σ m = 0 M - 2 | Z 0 ( m ) | ]]>其中，m＝0,1,…,M-2，XC(m)＝1/jωCs(m)，ω为电流角频率，XC(m)为皮肤容抗。可选地，内电阻R0(m)为常函数，函数表达式为：R0(t)＝R0；皮肤电阻RS(m)和皮肤电容CS(m)的函数表达式为： R s ( t ) = R 1 + R 2 e - t τ 1 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法，其特征在于，包括：采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组低压配电网生物体触电信号；根据所述生物体触电信号，获取生物体触电阻抗参数；根据所述生物体触电阻抗参数，利用非线性时变电阻和电容元件搭建试验生物体触电阻抗电路模型，对生物体触电的暂态过渡过程进行描述；根据所述试验生物体触电阻抗电路模型，基于外推法获取生物体触电多端口阻抗模型。

【技术特征摘要】
1.一种基于生物体触电阻抗参数计算的多端口阻抗模型构建方法，其特征在于，包括：采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组低压配电网生物体触电信号；根据所述生物体触电信号，获取生物体触电阻抗参数；根据所述生物体触电阻抗参数，利用非线性时变电阻和电容元件搭建试验生物体触电阻抗电路模型，对生物体触电的暂态过渡过程进行描述；根据所述试验生物体触电阻抗电路模型，基于外推法获取生物体触电多端口阻抗模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组低压配电网生物体触电信号，包括：通过低压配电网，利用电压激励、测量电流的方式，采集活体试验对象在完整皮肤和破损皮肤状况下的多组生物体触电信号；其中，所述生物体触电信号，包括：触电电压信号序列U(m)和触电电流信号序列I(m)，其中，m＝0,1,…,M-1；采样参数包括：采样频率fS，采样周期TS，采样点数M，总采样时间TP。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述生物体触电信号，获取生物体触电阻抗参数，包括：采用短时傅里叶变换STFT对所述生物体触电信号进行分析，得到所述生物体触电信号的时频特性；从所述时频特性中提取频率为50Hz的生物体触电工频信号的幅值和相角，所述生物体触电工频信号包括：工频电压信号分量U1(m)和工频电流信号分量I1(m)；将提取的生物体触电工频信号进行分段线性化，分段区间为[m，
\tm+1]，在分段区间内利用欧姆定律进行计算，获得工频状况下生物体的触电总阻抗序列Z(m)＝R(m)+jX(m)，m＝0,1,…,M-2，R(m)是电阻分量，X(m)是电抗分量；根据所述触电总阻抗序列，获取生物体触电时的皮肤电阻RS(m)、皮肤电容CS(m)和内电阻R0(m)；令t＝0为触电起始时刻，t＝tS为触电信号的采样结束时刻，通过曲线拟合方法获取对离散数学序列RS(m)、CS(m)和R0(m)的函数表达式。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述触电总阻抗序列，获取生物体触电时的皮肤电阻RS(m)、皮肤电容CS(m)和内电阻R0(m)，包括：根据所述触电总阻抗序列Z(m)，获取皮肤阻抗ZS(m)与内阻抗Z0(m)，m＝0,1,…,M-2；以弗莱贝尔格电路作为参数计算的拓扑电路，将内阻抗视为恒定电阻，取内阻抗Z0(m)的模的期望值作为内电阻，通过第一公式，求取生物体触电时的皮肤电阻RS(m)、皮肤电容CS(m)和内电阻R0(m)；其中，所述第一公式为： ( R S ( m ) | | X C ( m ) ) / 2 = Z S ( m ) R 0 ( m ) = 1 M - 2 Σ m = 0 M - 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜松怀，刘官耕，韩晓慧，苏娟，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11