[发明专利]强电磁脉冲对长电力输电线路耦合响应的宏模型构建方法

说明书

技术领域

本发明属于电磁脉冲对传输线耦合计算领域，具体涉及一种强电磁脉冲对长电力输电线路耦合响应的宏模型构建方法。

背景技术

电磁脉冲对多导体线缆系统的耦合已经成为电磁兼容领域的重要课题。考虑到实际输电线路不能忽略损耗，具有频变的单位长度参数以及线路端接负载如变压器、避雷器等的时域非线性特性，因此如何构建一种算法能够在处理频变参数和时域非线性负载问题的同时保证其高效性成为棘手问题。构建传输线的时域宏模型实质是在传输线的输入和输出端将其作为一个双端口模型表征。其优点主要表现在模型可以对损耗传输线建模并由大多数CAD计算机程序实现，例如基于SPICE内核的商业软件，在时域内完成仿真计算得到响应结果。目前最常见的传输线宏模型主要包括基于延迟抽取的广义特征线法(MoA)、基于分段的矩阵有理近似法(MRA)和同时基于以上两者的延迟抽取宏模型法(DEPACT)。

然而，以上方法主要针对微带线或印制电路板上的短导体(几十厘米)建模，且未考虑外界激励场的影响，在将其拓展至长达几千米的电力输电线缆时存在计算效率大大降低，无法有效对传输线的传播特性进行有理近似的问题。

此外，众所周知，保证所建宏模型的无源性时是建立传输线模型过程中的关键步骤，且对于大多数电路仿真器来说，丧失无源性将会造成响应振荡等严重问题。然而，对于MoA和MRA两种方法，目前还没有简单有效的判据可以直接判断所建宏模型的无源性。尽管DEPACT模型可以保证模型的无源性，然而由于其基于分段算法的特点，在仿真计算长架空输电线缆时，效率将随线长的增加大大降低。

因此，目前需要针对长架空输电线路，建立新的时域宏模型可以在保证模型无源性的同时高效地计算强电磁脉冲对其在端接负载处的耦合响应。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种强电磁脉冲对长电力输电线路耦合响应的宏模型构建方法，省略了已存在宏模型中常用的延迟抽取和有理近似步骤，直接实现场线耦合的高效时域宏模型。

为了达到上述目的，本发明包括以下步骤：

步骤一，确定架空电力传输线和大地以及入射电场的具体参数；

步骤二，根据步骤一采集的具体参数，经计算得到线缆参数(单位长度阻抗和导纳)，判断线缆参数是否符合宏模型的无源性条件，若不满足，需利用无源修正技术对线缆参数进行修正，直至满足；若满足，则进行步骤三；

步骤三，根据多导体架空线缆的传输线特性阻抗和传播函数表达式，利用满足无源性条件的单位长度线缆参数计算其在关心频率范围内的频响；

步骤四，构建自动实现频域到时域转换以及完成时域卷积计算的功能模块；

步骤五，在EFREQ或GFREQ的器件描述中确定采样率Δf和最高频率f_c，然后由计算采样数，最后将其修正为2的整数次幂；

步骤六，将频响作为数据表导入功能模块，功能模块将数据表转换为时域响应，在每一个频率点处的幅值和相角都采用插值法进行计算，而对于频率范围外的频点，将自动将其频响设置为0；

步骤七，根据基于广义特征线法得到的考虑外场激励的多导体架空线缆传输线电报方程的解建立完整宏模型结构。

步骤一中，架空电力传输线和大地以及入射电场的具体参数包括线缆根数、线缆之间的相对位置、线缆高度、线缆半径、大地介电常数、大地电导率、入射电场强度和入射角度。

步骤四中，功能模块采用流控器件GFREQ。

步骤五中，数据表频带范围的选择取决于入射电磁场的频带，使用3dB带宽作为参考。

步骤五中，数据表内频点采样率的选取的具体方法如下：

在态分析过程中，EFREQ或GFREQ器件的输出y(t)是输入x(t)与瞬态响应h(t)的卷积：

将输出写为离散形式为

其中h(kΔ)可由h(f_n)的离散傅里叶积分得到

N是等间隔的时间点数，Δ是时间分辨率，频响表格FREQ采用SPICE的优化算法进行频域H(f_n)到时域h(mΔ)的转换，其中N为2的幂，而频率点f_n取决于

其中n＞N/2代表负频点，根奈奎斯特临界频率的要求为