基于TDIE-FDTD-MNA混合算法的电磁环境效应分析（英文）

It is important but difficult to analyze the electromagnetic environment effect(E3) in the designing of modern airborne,sea,space,and ground systems.Thus a hybrid algorithm of time domain integral equation,finite difference time domain and modified nodal analysis(TDIE-FDTD-MNA) is developed to analyze the E3 of complex systems with cables and nonlinear circuit structures.The plane wave time domain(PWTD) enhanced TDIE method is adopted to solve field problems.The higher order FDTD(2,4) is adopted to solve cable problems.The MNA is adopted to obtain the response of complex circuits(with nonlinear structures).Numerical examples demonstrate the effectiveness of the proposed algorithm.     

开孔不规则金属腔体电磁耦合实验研究（英文）

In order to study electromagnetic field coupling to irregular cuboid enclosures,tests of shielding effectiveness are performed using a hollow irregular truncated pyramid with a square aperture.The electric field distribution inside the enclosure with different sizes of the square aperture is measured within the frequency range of 5~1 000 MHz.The experimental results are in a good agreement with the stimulation results obtained by using computer simulation technology(CST)code.It is shown that the aperture size affects shielding effectiveness at low frequencies,at which shielding effectiveness decreases with the decreasing aperture size.The effect of the aperture size vanishes and shielding effectiveness improves by more than 12 dB when polyurethane absorbent fills the enclosure.     

含大量电磁直流模型的机电–电磁暂态混合仿真技术研究

伴随特高压直流的飞速发展和其输电容量阶跃式提升,我国电网呈现出"强直弱交"的特点。送受端、交直流、多直流之间耦合日趋紧密,电网运行特性日趋复杂。在大规模交直流电网的仿真分析中,直流输电系统需要采用电磁暂态仿真以获得准确动态特性,其余交流电网采用机电暂态仿真以提高仿真效率。然而,含多条直流电磁暂态模型的混合仿真在数据建立、方式调整及平稳启动方面存在困难,制约了大规模电网分析的工作效率和仿真精度。提供了通过直流标准化建模和数据映射拼接实现混合仿真数据自动建立的解决方案,提高了建模效率;提供了直流输电电磁模型运行方式自动调整、混合仿真接口电压箝位平稳启动的方法,使混合仿真能在0.6s的仿真过程内达到稳态。所提方法提高了大规模交直流电网机电–电磁混合仿真分析的工作效率和仿真精度。     

继电器电磁机构电磁-热耦合模型建立与计算方法

继电器电磁机构的动态特性受其本身发热及环境温度的共同影响,在仿真时忽略以上因素会导致结果准确性降低。为解决该问题,通过分析动态特性和热场计算的数学方程,提出一种基于有限元仿真的电磁-热耦合建模方法。该方法旨在通过Flux与Simulink联合仿真,结合相似原理、电阻温度系数和J-A模型,建立一个综合考虑传热学系数、线圈电阻和软磁材料性能的耦合仿真模型。以大功率直流继电器GL200为例,运用耦合建模方法,对不同环境温度和反复短时工作状态下电磁机构动态特性进行仿真分析,并通过与实测数据的对比,证明电磁-热耦合模型仿真结果比忽略温度的模型仿真结果更加合理。     

变压器电磁耦合模型中动态电感的计算方法

变压器瞬时电感参数计算是备受关注的研究内容。本文结合变压器直流偏磁问题,基于能量平衡原理计算动态电感。建立变压器电磁耦合模型,求解时变非线性磁场,利用局部线性化方法获取系统能量,从而计算动态电感;通过电路求解时域电流,并回馈磁场实现耦合。在此基础上模拟变压器直流偏磁电磁特性,分析在不同直流扰动下动态电感与非线性励磁的对应关系,并总结其规律。搭建实验平台,对比实测数据与计算结果,验证本文所采用方法的准确性。     

基于电磁谐振耦合的无线电能传输系统传输能力估算与验证（英文）

首先研究了磁偶极子近场功率分布,并求得其中无功功率所占比例,以此为基础估算无线电能传输系统的最佳工作区域;其次,利用耦合模理论分析了典型谐振式无线传能系统,获得了以品质因数、耦合系数和角频率为变量的关于传输功率的函数;最后搭建了一套平板线圈谐振耦合无线传能样机,实验结果显示谐振频率为10 MHz时系统的最大工作距离为5 m,验证了所提出理论的正确性。     

含短贯通导体的金属腔体电磁辐射耦合规律

为研究含短贯通导体金属腔体在平面波辐射条件下内部电磁耦合规律,利用电磁数值计算软件CST建立了含短贯通导体金属腔体电磁辐射耦合模型,研究了加载短贯通导体对开孔金属腔体内部屏蔽效能的影响。并基于GHz横电磁波室(gigahertz transverse electromagnetic cell,GTEM)搭建了含短贯通导体金属腔体电磁耦合实验平台,对数值计算结果进行了实验验证。同时分析了平面波辐射条件下贯通导体长度、贯通导体半径、贯通孔尺寸、电场极化方向等参数对内部电磁耦合的影响规律,揭示了短贯通导体引入电磁干扰的耦合机理。结果表明:当屏蔽效能为40 d B的开孔腔体加载短贯通导体后,腔体内部屏蔽效能明显下降,屏蔽效能最小值达到-15.29 d B;腔体外部裸露贯通导体长度增大3 cm,腔体的屏蔽效能降低约4 d B;腔体内部贯通导体长度主要影响腔体的谐振频点;贯通导体长度不变而内外部分长度变化时,腔体屏蔽效能和谐振频点均发生变化;贯通孔尺寸增大,导致腔体内部屏蔽效能下降;测试点距离贯通导体越远,屏蔽效果越好;贯通导体半径能够影响屏蔽效能和腔体谐振频点;腔体壁厚度每增加0.3 cm,谐振频率增大约8 MHz;平行于贯通导体的电场分量越大,腔体屏蔽效能越差。     

用于含风电场的电力系统概率潮流计算的高斯混合模型

大规模风电并网使电力系统的不确定性显著增加,给电力系统的安全稳定运行带来更大的挑战,用于系统不确定性分析的概率潮流的研究日益重要。该文针对短期风电功率预测误差不对称甚至多峰的概率密度分布特性,提出采用高斯混合模型对预测误差概率密度分布进行拟合。在此基础上,针对各高斯混合模型中子高斯的随机组合结果,采用改进加权最小二乘法计算各组合对应状态变量的概率密度分布。最后,以各组合中子高斯权重系数的乘积为权重,将各组合对应状态变量的概率密度分布加权整合,得到电力系统概率潮流结果。该方法将高斯混合模型与改进加权最小二乘法相结合,很好地拟合了短期风电功率预测误差的概率分布特性,避免了传统加权最小二乘估计中繁琐的迭代寻优过程,大大简化了电力系统概率潮流求解过程。以改进IEEE14节点系统进行算例分析,验证了该方法的准确性和有效性。     

金属网电磁屏蔽特性的解析研究

基于金属网表面阻抗模型和全波仿真软件,讨论了金属网对平面波屏蔽效能计算公式的适用范围。在此基础上利用全波仿真软件,计算了金属网网孔形状为菱形时的屏蔽效能,对金属网的屏蔽机理进行了分析。根据传输线理论和金属网表面阻抗模型,将双层无限大金属网用传输线模型进行等效,提出了计算双层无限大金属网屏蔽效能的解析模型,通过解析模型计算结果与全波仿真结果相比较,验证了解析模型的准确性,进一步探讨了双层金属网的屏蔽特性以及与单层金属网屏蔽效能的差异。     

变电站二次设备电磁干扰的等效电路模型分析

基于传输线理论,介绍了一种电磁耦合等效电路模型,可用来分析外界电磁场照射下,有导线贯通的金属机箱其内部电路上的耦合干扰电压.分析了不同长度的贯通导线和不同强度的干扰电场对受害导线的影响.结果表明:穿出屏蔽机箱的导线越长,机箱内受害导线的干扰电压越大,并且在谐振频率处干扰电压产生峰值;受害导线的干扰电压随着干扰电磁场频率...     

混合孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析方法

武器产生的电磁脉冲会通过"前、后门"耦合效应对箱体内部电子元器件及电路板造成毁伤,严重威胁到电气电子设备的安全运行。为此,必须对箱体电磁屏蔽效能(SE)进行分析研究。基于Robinson等效电路模型,提出了一种估算混合孔缝箱体屏蔽效能的电磁拓扑理论(EMT)方法。以孔缝散射参数为基础,建立了箱体外部场和内部场的BLT方程,解决了孔缝耦合问题;通过引入偏心系数对孔缝等效阻抗进行修正,实现了对偏心孔缝箱体的屏蔽效能分析;基于电磁波相干原理,将混合孔缝箱体的内部场分解成偏心单孔和偏心孔阵箱体内部场,从而实现了对混合孔缝箱体的屏蔽效能分析。基于CST仿真数据,在0~1.5 GHz频域内,对Robinson、Parisa Dehkhoda和EMT算法结果进行对比分析。仿真结果表明,EMT算法的最小误差均值为3.227 2 dB,最大误差均值为5.467 5dB,其计算精度较高。EMT算法的运行时间是CST仿真软件的1/23,比Robinson、Parisa Dehkhoda算法的运行时间长,但仍保持了较高的计算效率。该算法建立了箱体、孔逢参数与屏蔽系数间的直接映射关系,比CST仿真软件更适用于工程实践。     

贯通导体耦合对金属腔体屏蔽效能的影响

为研究外部电磁能量通过贯通导体耦合对腔体内部屏蔽效能的影响,利用电磁仿真软件FEKO,从频域角度对腔体内部场进行了仿真研究,利用矢量网络分析仪、功率放大器、GTEM室和全向电场探头搭建实验系统进行了验证,并通过建立含贯通导体金属腔体电路模型进行了谐振频率定性分析。结果表明:仿真和实验的结果具有一致性;当加入贯通导体后,腔体的屏蔽效能减小,谐振频率降低。腔体屏蔽效能随着贯通导体数量的增多而减小,随着电场极化方向与贯通导体夹角增大而减小,在腔体谐振频率以下随着监测点到贯通导体位置增大3倍,屏蔽效能提高20 dB。屏蔽效能的谐振频点受贯通导体长度影响较大,随着贯通导体数量增多而减小,不随电场极化方向和监测点位置变化而改变。为了改善含贯通导体金属腔体的屏蔽效能,应注意引入贯通导体后产生的新谐振频点,以及在这些频点上的屏蔽效能极小值,敏感电路应远离贯通导体放置。     

耦合地线在输电线路的应用

根据输电线路架设耦合地线的防雷理论计算及雷击杆塔、导地线的几何模型,通过具体的计算实例,提出了耦合地线在输电线路防雷中的应用效果。     

内置介质板的开孔箱体屏蔽效能电磁拓扑模型

针对内置介质板的开孔矩形金属箱体的特点,基于电磁拓扑(EMT)理论和BLT方程,建立任意平面波照射下箱体屏蔽效能的EMT模型,推导近似计算解析式,并分析介质板的厚度、材料和位置及平面波的极化角和入射角等因素对屏蔽效能的影响。结果表明:加装介质板可有效抑制箱体谐振,显著提高谐振点附近的屏蔽效能,但对远离谐振点频域的屏蔽效能影响不大;介质板厚度越大,屏蔽效能越高;不同谐振点处存在最佳电导率和最佳相对介电常数,使得谐振的抑制作用最强,屏蔽效能最高;介质板置于箱体前端比后端屏蔽效能高;不同谐振点处屏蔽效能的最大值在不同的介质板位置处取得;平面波的极化角越大,入射方位角越大,仰角越小,屏蔽效能越高。计算结果与仿真结果一致,证明了该文建立的EMT模型的有效性。该方法较等效传输线法(TLM)计算精度更高,尤其是在高频范围;较数值方法和全波仿真计算方法速度更快。该文工作对屏蔽箱体的设计具有指导意义。     

降低高压交流输电线路地线损耗的运行方式

为降低高压交流线路因电磁感应导致的地线损耗,提出了光纤复合架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)换位和普通地线分段绝缘的地线连接方式,并与常用地线运行方式的地线损耗进行了定量比较,计算结果表明:该地线连接方式的地线损耗仅为常用运行方式的25%,节能效果明显,同时OPGW电气上保持连续,其通信功能不受影响。     

紧凑型耐张塔防雷分支地线的若干问题

近年来设计的500 kV紧凑型线路,为提高耐张塔防雷电绕击性能,在耐张塔地线支架外侧增加了跳线架,并加挂了防雷分支地线,但仍有分支地线从普通地线脱落,造成永久性单相接地短路故障的发生。从分支地线的受力模型、T接金具等方面分析了故障原因,提出采用预绞式T接线夹,优化分支地线安装位置、线长、弧垂等措施来提高线路运行的安全性。     

复合光纤架空地线在不同接地方式下的放电路径选择特性

复合光纤架空地线(optical fiber composite overhead ground wire,OPGW)由于具有防雷和光纤通信功能,在交直流输电线路上得到了广泛应用。当前OPGW采用逐基接地而普通地线采用分段绝缘一点接地的接地方式,这种不平衡的接地方式使得OPGW更容易遭雷击而出现断股和掉线事故以致影响光纤通信。为此,采用缩微模型试验研究了OPGW和普通地线在全绝缘、分段绝缘一点接地和逐基接地等3种接地方式对放电路径选择特性的影响,试验结果表明,地线采用逐基接地时放电路径选择概率最高,而全绝缘时最低,试验结论和现场统计数据得到规律相符。为了降低OPGW遭雷击的概率,需要改变OPGW的接地方式或采取适当保护措施。     

L型GIS管道对电磁波传播的影响及等效电路建模

在GIS管道中传播的电磁波,在诸如拐弯、盆式绝缘子及套管等结构改变的位置,其电磁场分布会产生局部的畸变。这种畸变通常以集总电路元件的形式补偿到描述电磁波的传输线模型中。本文针对管道L型拐弯讨论了由电感和电容组成的π型和T型两种等效补偿电路。基于电磁场仿真得到的L型管道的二端口网络参数,运用传输线理论导出了补偿电感和补偿电容的计算公式。结合某特高压GIS管道尺寸参数,计算得出π型补偿时补偿电容大约在15~40p F,补偿电感大约在0.08~0.23μH,且随频率变化;T型补偿时,电容值大约在15~32p F,电感值大约在0.1~0.2μH。比较了考虑和不考虑补偿电路两种情况下传输特性的差异,结果表明,两种情况下终端负载上的时域电压波形的差异与负载阻抗大小有关,总体来说终端开路和短路时差别大,匹配时差异小。