【摘要】：隨著我國電網(wǎng)建設(shè)的不斷進行,越來越多不同作用和類型的電子、電氣設(shè)備應(yīng)用于電力系統(tǒng)中,雖然它們的大小尺寸不同,但是都會產(chǎn)生電磁輻射,從而導(dǎo)致周圍空間的電磁環(huán)境日益復(fù)雜。為了分析電子、電氣設(shè)備等不同尺度目標與干擾源之間的相互作用并提出快速、準確的電磁耦合計算方法,本文對開孔屏蔽體、貫通傳輸線、多導(dǎo)體傳輸線以及埋地電纜等不同尺度目標的電磁耦合效應(yīng)問題進行了研究。針對不同的研究目標,建立了相應(yīng)的計算模型,為研究不同場合中的電磁耦合效應(yīng)問題提出了理論依據(jù)和參考方法。本文主要的研究工作如下:(1)針對導(dǎo)電材料封堵開孔的多腔體屏蔽體,分別研究了平面波(遠場干擾)和電偶極子(近場干擾)激勵下屏蔽體的屏蔽效能(Shielding Effectiveness,SE)。對于平面波激勵的情況,基于導(dǎo)電材料的轉(zhuǎn)移阻抗和腔體的格林函數(shù),提出了一種計算具有環(huán)狀開孔屏蔽體屏蔽效能的解析模型,并分析了導(dǎo)電材料厚度和電導(dǎo)率、環(huán)狀開孔位置和尺寸等參數(shù)對屏蔽效能的影響;對于電偶極子激勵的情況,基于廣義BLT(Baum-Liu-Tesche)方程,提出了一種內(nèi)置電路板的屏蔽體屏蔽效能的解析模型,該模型可以快速分析電偶極子位置、電路板厚度和數(shù)量以及位置對屏蔽效能的影響。利用全波仿真軟件CST(Computer Simulation Technology)對上述解析模型的計算結(jié)果進行了驗證,結(jié)果表明解析模型具有較好的計算準確性。(2)研究了多腔體屏蔽體的電磁泄漏問題。選擇屏蔽效能作為衡量電磁泄漏的指標,結(jié)合Bethe小孔耦合理論、鏡像原理和矢量位,對內(nèi)置電偶極子激勵的多腔體屏蔽體進行了解析建模。該解析模型可以考慮電偶極子位置、孔陣中心點位置和開孔形狀等參數(shù)對電磁泄漏的影響,并分析了不同參數(shù)對電磁泄漏的影響規(guī)律,其計算結(jié)果和CST仿真結(jié)果吻合地較好,驗證了解析模型的有效性。(3)屏蔽體中貫通傳輸線的場線耦合問題研究。屏蔽體和貫通傳輸線之間的尺寸差距較大,同時干擾源可以通過多種耦合途徑對傳輸線進行電磁干擾,利用數(shù)值計算方法解決該問題時需要精確建模,計算效率較低。為降低此類問題的分析難度、提高計算效率,基于電磁拓撲理論(Electromagnetic Topology,EMT)和推廣的BLT方程,分析了不同干擾源激勵下開孔屏蔽體-貫通傳輸線系統(tǒng)的電磁耦合問題,提出了一種快速計算貫通傳輸線負載端響應(yīng)的解析模型。在該解析模型中,首先利用EMT理論分析干擾電磁場與貫通傳輸線的不同耦合途徑;然后計算屏蔽體中的z1合電場分布,利用得到的電場分布建立Agrawal形式推廣的BLT方程;最后計算得到貫通傳輸線的負載端響應(yīng)。該解析模型可以很方便地計算貫通傳輸線不同長度和位置時的負載端響應(yīng),通過與時域有限差分(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)法的計算結(jié)果進行對比,驗證了該解析模型具有計算簡單和高效的優(yōu)勢。(4)為了分析外界干擾源與多導(dǎo)體傳輸線(Multiconductor transmission lines,MTLs)以及埋地電纜的電磁耦合效應(yīng)問題,本文基于傳輸線的頻域二階基本電流方程,利用伽遼金法、矢量匹配以及迭代卷積,提出了一種僅以電流為迭代變量的改進的時域有限元(Finite-Element Time-Domain,FETD)算法。該算法可以計算外界電磁場激勵下有損大地上多導(dǎo)體傳輸線和埋地電纜的瞬態(tài)響應(yīng),克服了 FDTD法為了保證穩(wěn)定性需要滿足CFL(Courant Friedrich Levy)約束條件,具有絕對收斂的優(yōu)勢;改進的FETD算法僅以電流為迭代變量就能實現(xiàn)瞬態(tài)響應(yīng)的計算,提高了計算效率,特別當多導(dǎo)體傳輸線負載端接有集總參數(shù)網(wǎng)絡(luò)時,相較于FDTD法,該算法可以避免列寫復(fù)雜的狀態(tài)方程。(5)分析外界電磁場激勵下多導(dǎo)體傳輸線的瞬態(tài)響應(yīng)問題時,傳統(tǒng)數(shù)值計算方法需要將傳輸線離散成多段,降低了計算效率,同時由于多導(dǎo)體傳輸線之間的相互耦合性,這些數(shù)值方法也無法進行并行運算。為了解決上述問題減少計算時間,本文基于波形松弛技術(shù)和 DEPACT(Delay Extraction-based Passive Compact Transmission Line Macromodeling Algorithm)時域宏模型,提出了一種計算有損大地上多導(dǎo)體傳輸線瞬態(tài)響應(yīng)的時域算法,該算法不僅大幅度減少了傳輸線的離散段數(shù),還可以進行并行運算。根據(jù)以上算法建立傳輸線的等效電路,并利用電路仿真軟件PSCAD計算了傳輸線的瞬態(tài)響應(yīng),其準確性和計算效率通過SD-2nd FDTD(Spatial Decomposition and Second-Order Finite-Difference Time-Domain)并行運算方法進行了驗證。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM15
【圖文】：

中有一定的抗干擾能力。逡逑電磁兼容主要包含三個要素：電磁干擾源、耦合途徑和敏感設(shè)備ｍ，邋１者之逡逑間的關(guān)系如圖１－１所小，該圖描述的關(guān)系是：丨？擾源通過某種耦合途徑對敏感設(shè)備逡逑產(chǎn)生電磁干擾。在不同系統(tǒng)或設(shè)備之間，電磁兼容通常涉及到多個方面的問題，逡逑主要體現(xiàn)在：干擾源產(chǎn)生電磁輻射的同時本身也是敏感設(shè)備；ｒ擾源與敏感設(shè)備逡逑之Ｎ的耦合途徑是多種渠道的；敏感設(shè)備面臨多種不同類型干擾源的影響。逡逑＇邐＾邋焌yU邐，邐、＼，逡逑＼電磁干擾＾邐ｙ邐敏感設(shè)備｜逡逑圖１－丨電磁兼容三要素逡逑Ｆｉｇ．邋１－１邋Ｔｈｅ邋ｔｈｒｅｅ邋ｅｌｅｍｅｎｔｓ邋ｏｆ邋ＥＭＣ逡逑通常情況，空間電磁環(huán)境中存在著不同類型的電磁干擾源，這些干擾源一般逡逑分為兩部分：一部分來自于系統(tǒng)內(nèi)部，例如隨著電網(wǎng)的不斷復(fù)雜，變電站內(nèi)一次逡逑設(shè)備導(dǎo)致的電磁干擾問題日益普遍，變電站內(nèi)的電壓和電流沿著各種電路傳輸?shù)藉义夏妇�的過程中會經(jīng)過一些元器件，而這些元器件都相當于一個可以發(fā)射電磁波的逡逑天線，在高頻電磁干擾的影響下，這些器件會向周圍空間輻射電磁場。同時切、逡逑合空載母線產(chǎn)生的瞬態(tài)電磁場不僅通過空間輻射耦合到二次設(shè)備

脈沖丨８’９】（Ｎｕｃｌｅａｒ邋Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋Ｐｕｌｓｅ，邋ＮＥＭＰ邋）、雷電電磁脈沖丨丨０＇１１］邋（邋Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋Ｐｕｌｓｅ，邋ＬＥＭＰ）、聞功率微波【丨２’１３丨（Ｈｉｇｈ邋Ｐｏｗｅｒ邋Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ，邋ＨＰＭ）等電磁逡逑脈沖產(chǎn)生的輻射電磁場，會在廣闊空間范圍內(nèi)與架空輸電線路、埋地電纜等產(chǎn)生逡逑耦合作用，在線纜上感應(yīng)出幅值很高的電壓和電流，嚴重時會燒毀負載端連接的逡逑設(shè)備。逡逑電磁耦合途徑是指干擾源產(chǎn)生的電磁能量作用于敏感設(shè)備的通道。通常而逡逑言，對于具有金屬屏蔽體保護的電路或設(shè)備，干擾源與敏感設(shè)備之間的耦合通道逡逑有多種。如圖１－２所示的一個金屬屏蔽體，雖然屏蔽體可以隔離電磁干擾源與內(nèi)逡逑部設(shè)備，阻斷絕大部分電磁能量的傳輸，但是電磁干擾源產(chǎn)生的電磁波仍然能影逡逑響內(nèi)部設(shè)備的正常工作：一是電磁波通過電源線、信號線等傳導(dǎo)耦合途徑影響內(nèi)逡逑部連接的設(shè)備；二是電磁波通過縫隙、通風口等間接耦合途徑影響內(nèi)部設(shè)備。對逡逑于架空輸電線路來說，由于其具有遠距離輸送、規(guī)模大、建立在空曠區(qū)域等特點，逡逑覆蓋范圍較大的強電磁脈沖源的輻射電磁場會直接與線路產(chǎn)生耦合作用，在線路逡逑上產(chǎn)生幅值較大的瞬態(tài)感應(yīng)電壓和電流，從而影響線路負載端的設(shè)備［１４１５］。鋪設(shè)逡逑在地下的電纜雖然不直接暴露在空曠區(qū)域，但是由于干擾電磁波會穿透土壤，與逡逑埋地電纜產(chǎn)生耦合作用１１６１７１，進而損壞電纜結(jié)構(gòu)，影響電力和信息的正常傳輸。逡逑

屮北電力大學(xué)博上學(xué)位論文逡逑２．２導(dǎo)電材料的轉(zhuǎn)移阻抗逡逑如圖２－１所示，外界入射電磁波通過導(dǎo)電材料封堵的環(huán)狀開孔或矩形開孔進逡逑入到屏蔽體內(nèi)部，利用矢量電位計算得到屏蔽體中的耦合電磁場分布。矢量電位逡逑與導(dǎo)電材料內(nèi)表面的等效面磁流相關(guān)，若要計算得到面磁流需要先求出內(nèi)表面的逡逑切向電場分量。逡逑ａ）邐Ｍｅｔａｌｌｉｃ邋ｐｌａｔｅ邋（ＰＥＣ）邋少“邐ｂ．邋Ｍｅｔａｌｌｉｃ邋ｐｌａｔｅ邋（ＰＥＣ）邋ｙ邋ｉ邋ｌ逡逑

【參考文獻】

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1 范杰清;郝建紅;公延飛;蔣璐行;楊萬清;張葆剛;;含內(nèi)部障礙物開孔縫腔體屏蔽效能[J];高電壓技術(shù);2015年12期

2 葉志紅;廖成;張敏;周海京;李瀚宇;;腔體內(nèi)傳輸線耦合的電磁仿真軟件與傳輸線方程的混合算法[J];強激光與粒子束;2015年10期

3 劉備;劉強;闞勇;趙翔;周海京;閆麗萍;;基于傳輸線等效法的雙腔體屏蔽系數(shù)快速算法[J];強激光與粒子束;2015年05期

4 孫蓓云;崔志同;周輝;馮寒亮;;埋地電纜高空電磁脈沖耦合響應(yīng)[J];現(xiàn)代應(yīng)用物理;2014年04期

5 陳維江;賀恒鑫;何俊佳;趙賢根;余輝;時衛(wèi)東;何天宇;;輸電線路雷電先導(dǎo)發(fā)展三維仿真模型[J];中國電機工程學(xué)報;2014年36期

6 羅靜雯;杜平安;任丹;聶寶林;;一種基于BLT方程的孔縫箱體屏蔽效能計算方法[J];物理學(xué)報;2015年01期

7 張亞普;達新宇;祝楊坤;趙蒙;;電大開孔箱體屏蔽效能分析解析模型[J];物理學(xué)報;2014年23期

8 張亞普;達新宇;謝鐵城;;混合孔縫箱體屏蔽效能電磁拓撲分析方法[J];高電壓技術(shù);2014年09期

9 范杰清;郝建紅;柒培華;;內(nèi)部窗口結(jié)構(gòu)對開孔矩形腔體近場屏蔽效能的影響[J];物理學(xué)報;2014年01期

10 王川川;朱長青;周星;谷志鋒;;有限長度埋地多導(dǎo)體電纜對外界電磁場響應(yīng)特性分析[J];高電壓技術(shù);2012年11期

本文編號：2756176