[发明专利]一种脉冲空间感应过电压时域快速计算方法

说明书

本发明公开一种脉冲空间感应过电压时域快速计算方法，通过Barbosa‑Pailino方程计算出脉冲信息在目标位置的水平电场参数；通过Rusck方程计算出脉冲信息在目标位置的垂直电场参数；利用Agrawal电场耦合模型对感应过电压进行时域计算；对时域计算公式进行化简；假设在△x步长下传输线缆的等效阻抗为△Zg，将同空间条件等时间步长的电压与电流相除，将相除后商值近似等于传输线缆阻抗的假设条件，并将电流步长逆电流方向位移半个空间步长，补充至与电流步长相对应，通过边界函数确定传输线缆两端点电压。本发明方法减少了迭代计算次数，提高计算速度，且算法的编程更易于实现，由此提高了该算法的工业实用性。

技术领域

本发明涉及一种电磁空间感应分析技术领域，具体为一种脉冲空间感应过电压时域快速计算方法。

背景技术

雷电以脉冲形式产生强雷电流，使周围空间的磁场发生变化，引起很强的电磁辐射，对电力、通讯、石油化工、铁道交通等领域的电子设施造成不同程度的损坏。利用计算方法来计算脉冲空间对目标设备产生的感应过电压，为保护电子设备提供理论依据，计算出的过电压数值结果可为脉冲防护提供参考数据，如此达到预防和减少脉冲感应过电压对电子设备造成损失的目的。

由麦克斯韦方程组得出的电磁场来计算目标位置空间感应过电压的方法存在计算过程复杂，时域计算量大，计算时间长的问题。后对麦克斯韦方程组进行二维时域有限差分算法(2D FDTD)的简化和其他学者的修正后，空间感应过电压的计算时间由几小时缩短至十几秒。虽然计算结果准确且计算速度获得明显提升，但是仍然存在计算迭代量大，计算过程复杂的问题，十几秒的计算速度仍不利于该算法在工业领域的实际应用。

发明内容

针对现有技术中为保护电子设备而计算出的因雷电产生的过电压数值，其计算速度慢仍不利于该算法在工业领域的实际应用等不足，本发明解决的技术问题是提供一种可提高该算法的工业实用性的脉冲空间感应过电压时域快速计算方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

本发明提供一种脉冲空间感应过电压时域快速计算方法，包括以下步骤：

1)通过Barbosa-Pailino方程计算出脉冲信息在目标位置的水平电场参数；通过Rusck方程计算出脉冲信息在目标位置的垂直电场参数；利用Agrawal电场耦合模型对感应过电压进行时域计算；

2)对Agrawal电场耦合模型进行新的换算、假设和推导，形成时域有限差分中值迭代计算方法，并验证计算速度。

步骤2)对Agrawal电场耦合模型进行新的换算、假设和推导，具体为：

201)对步骤1)中利用Agrawal电场耦合模型对感应过电压的时域计算公式进行化简；

202)假设在△x步长下传输线缆的等效阻抗为△Zg，将同空间条件等时间步长的电压与电流相除，将相除后商值近似等于传输线缆阻抗的假设条件，并将电流步长逆电流方向位移半个空间步长，补充至与电流步长相对应；

203)通过边界函数确定传输线缆两端点电压。

201)对步骤1)中利用Agrawal电场耦合模型对感应过电压的时域计算公式进行化简，具体为：

化简得：