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雷击超高压输电线对周围电磁环境影响的仿真研究

作　者: 张西鹏
导　师: 汪泉弟
学　校: 重庆大学
专　业: 电气工程
关键词: 时域有限差分法 超高压输电线 分裂导线 雷电电磁脉冲
分类号: TM862
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


雷电电磁脉冲(Lightning electromagnetic pulse,简称LEMP)是极强的电磁干扰(Electromagnetic Interference,简称EMI)源,对各类电子电气设备、通讯设备的危害极大。雷电电磁脉冲不光危害到雷电通道周围区域,而且会在雷击输电线的情况下,通过输电线扩大其影响范围。因此对LEMP影响的区域进行仿真计算和模拟分析,了解雷电电磁脉冲沿输电线传播时对周围空间的辐射情况,具有十分重要的理论意义和现实价值。论文首先对时域有限差分法的基本原理作了简要论述,接着较深入地讨论了Mur二阶、Berenger完全匹配层和Gedney完全匹配层这三种吸收边界条件;然后就运用时域有限差分法解决雷击输电线路电磁辐射问题的几个关键性技术进行了详细而具体地阐述,根据时域有限差分法的算法思想和具体的差分计算格式,编制出三维电磁辐射问题的算法程序,并通过三维空间的电偶极子源辐射模型,验证了该算法程序的正确性。根据输电线的实际结构情况,应用等效概念,将分裂导线等效为单根导线;利用麦克斯韦方程组的积分形式建立了FDTD细导线算法,从而建立了雷击超高压输电线的三维FDTD模型;通过求解输电线的FDTD方程,得到了雷击超高压输电线电场的数值计算结果,并在此基础上获得输电线周围空间电场的分布情况;通过与传输线方法(TLM)的对比,说明了本文仿真结果的正确性。论文对雷击超高压输电线后周围辐射场的分布状况作了初步的分析,具有一定的实际参考价值。论文工作说明可以把时域有限差分法运用到雷击超高压输电线路周围电磁场的数值仿真研究中,既拓展了时域有限差分法的应用范围,又取得了一些有价值的结果。

全文目录


中文摘要  6-7
英文摘要  7-8
1 绪论  8-16
  1.1 电子设备与系统中的电磁兼容问题  8
  1.2 电磁干扰对电子设备与系统的危害  8-9
  1.3 雷电研究国内外现状综述  9-11
  1.4 课题的提出及其学术和实用意义  11
  1.5 雷击超高压输电线路周围电磁环境研究的概况  11-12
    1.5.1 超高压输电线路电磁环境的研究方法  11-12
    1.5.2 国内外研究情况简介  12
  1.6 电磁场数值计算方法简介  12-15
    1.6.1 常用电磁场数值计算方法  12-13
    1.6.2 时域有限差分法的特点  13-15
  1.7 本文研究的主要内容  15-16
2 时域有限差分法原理概述  16-35
  2.1 基本原理  16-23
    2.1.1 Maxwell 方程  16-17
    2.1.2 Yee 氏网格  17-19
    2.1.3 Maxwell 方程Yee 氏差分格式  19-21
    2.1.4 由Maxwell 积分式构成FDTD 方程  21-23
  2.2 数值稳定性与色散性  23-26
    2.2.1 数值稳定性对离散间隔的要求  23-25
    2.2.2 数值色散对离散间隔的要求  25-26
  2.3 吸收边界条件  26-35
    2.3.1 吸收边界条件概述  26-27
    2.3.2 单向波方程与吸收边界  27-29
    2.3.3 Mur 吸收边界的FDTD 算式  29-30
    2.3.4 Berenger 完全匹配层吸收边界条件  30-32
    2.3.5 Gedney 完全匹配层吸收边界条件  32-34
    2.3.6 吸收边界的选取  34-35
3 基于 FDTD 的细导线的建模  35-44
  3.1 辐射激励源的设定  35-38
    3.1.1 激励源的类型  35-37
    3.1.2 激励源的设置  37-38
  3.2 细导线的建模  38-44
    3.2.1 细导线FDTD 方法  38-42
    3.2.2 缝隙激励源的激励模型  42-44
4 雷击输电线路建模和仿真  44-67
  4.1 瞬态问题  44-45
  4.2 FDTD 法计算瞬态问题的程序流程  45-47
  4.3 用FDTD 法计算瞬态辐射问题的有效性验证  47-48
  4.4 超高压输电线路雷击问题的模型  48-50
    4.4.1 雷电放电概述  48
    4.4.2 超高压输电线的感应雷击模型  48-49
    4.4.3 超高压输电线的直击雷击模型  49-50
  4.5 超高压输电线的直击雷击二次辐射模型  50-67
    4.5.1 输电线数值模型的建立  50-51
    4.5.2 输电线上雷电激励源的添加  51-53
    4.5.3 算例及结果分析  53-67
5 结论与展望  67-69
  5.1 主要结论  67
  5.2 后续工作展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-72
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  72-73
独创性声明  73
学位论文版权使用授权书  73

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 高电压技术 > 过电压及其防护 > 过电压保护装置
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