EEMD在雷暴日趋势特征分析中的应用

首先利用整体经验模态分解算法（EEMD）对加入高斯白噪声后的香港地区雷暴日时间序列进行本征模态函数（IMF）分解;其次对各IMF分量进行Hilbert变换,提取雷暴日波动特征参量,并给出雷暴日序列的Hilbert谱和边际谱;最后对各雷暴日IMF分量进行显著性检验。结果表明：香港地区近67 a雷暴日序列可分解为1项趋势项和5个中心频率不同的IMF分量,其中能量主要集中在0.35~0.5 Hz和0~0.05 Hz频段;通过分析IMF能量谱密度-周期分布,得出雷暴日变化周期为2.8 a左右的年际变化和25 a左右的代际变化为主要变化周期,其次是4.5和7.1 a左右的年际变化为次要变化周期,从趋势项可知香港地区雷暴日呈波动上升趋势。EEMD算法可较好地用于雷暴日趋势特征分析。

采用HHT变换方法对线缆耦合雷电波特性的分析

线缆耦合雷电波形成感应电压会给电力设备带来损害。使用希尔伯特黄变换（Hilbert-Huang transform，HHT）对室外线缆耦合的近距离云闪辐射的电磁波进行分析。结果表明：线缆耦合的云闪辐射雷电波呈阻尼振荡，其频谱主要集中在2 μs内。通过HHT变换，线路耦合的雷电波能量主要集中在1.65-3.2 MHz和3.5-6.5 MHz，而使用FFT变换得到的线缆耦合的能量集中在5-9 MHz。与FFT相比，HHT变换得到的频谱结果更详细，因此适合分析线缆中耦合的雷电波。

基于遗传算法的金属氧化物避雷器在线监测

针对金属氧化物避雷器(MOA)在线监测问题,提出了一种基于遗传算法(GA)的MOA老化监测技术。利用GA较好的最优化计算能力,根据运行电压和实际测量的泄漏电流值求解MOA等效模型中能够反映其老化情况的参数,即MOA相关系数k和MOA等效电容C,从而对MOA老化情况进行监测;并通过Matlab仿真方法研究了电网电压中含有谐波电压、频率波动及电压波动时对该算法的影响。结果表明:基于GA的MOA老化监测技术可较好地将计算泄漏电流值拟合逼近实际测量泄漏电流(标准差达到1.498%)。此外,由Matlab仿真结果可知,在电压频率波动、电压波动以及谐波电压的影响下,该算法求解参数k的最大误差为0.08%,C的最大误差为0.05%;故该算法对电网电压中的频率波动、电压波动以及谐波电压干扰的敏感度较小,提高了在线监测准确性。

多间隙气体放电管研究及其应用

为了解决气体间隙放电在雷电防护应用中存在击穿电压高、工频续流大的问题,通过对汤森理论与帕森定律的分析,设计了一种多间隙气体放电管,并在帕森定律的基础上提出了单个间隙击穿电压乘以系数β(β<1)为多间隙气体放电管的击穿电压。采用模拟雷电流对多间隙气体放电管做冲击试验,结合气体放电理论与试验结果分析得出:与相同材料及极间距的传统气体放电管相比,多间隙气体放电管的击穿电压为其1/5左右,响应时延可缩短至200ns左右,残压上升陡度最大可减小0.3k V/μs;多间隙气体放电管在一定的雷电流范围内能够减少甚至消除工频续流,具有一定的实用价值。

棒形天线耦合雷电电磁波及抑制方法

针对棒形天线耦合雷电电磁波信号的问题,利用实验和理论相结合的方法,建立了棒形天线接收雷电电磁波信号的等效电路,分析了雷电电磁波信号的频谱及能量分布规律,提出了利用暂态抑制二极管器件(Transient Voltage Suppressor,TVS)抑制棒形天线耦合雷电电磁波能量的重复方法.实验表明:在馈电端并联TVS管后,从棒形天线S11曲线得出的天线中心频率及带宽略变小;馈电端并联TVS管可有效地抑制棒形天线耦合雷电电磁波电压的幅值,在馈电端并联两种不同型号的TVS管,棒形天线耦合雷电电磁波电压的幅值可分别被抑制到6.8V至7V以内.实验结果和理论分析结论基本吻合.研究结果对棒形天线耦合雷电电磁波能量的抑制方法具有一定的指导意义.

避雷针对天气雷达回波影响的研究

针对避雷针对天气雷达回波影响的问题,通过对天气雷达的盲区及雷达散射截面(RCS)的理论分析,利用HFSS仿真软件及实验的方法,研究水平极化下,不同材料不同尺寸的避雷针的雷达散射截面,结论是:在相同材料避雷针及相同雷达波长情况下,避雷针高度、半径与其雷达散射截面呈正相关;在相同雷达波长情况下,避雷针为理想金属的雷达散射截面比塑钢与理想金属组合材料的雷达散射截面大;实验结果表明避雷针架设在X波段多普勒天气雷达天线附近时,对雷达回波造成的影响可忽略不计.研究结果为在天气雷达附近架设避雷针提供了理论和实验依据,具有应用价值.

基于传输线时域理论的同轴线中雷电波传播分析

针对雷电波在同轴线中传播特性的问题,通过对同轴线的暂态响应的理论分析,利用理论与试验相结合的方法,研究了同轴线对1.2/50μs雷电波的暂态响应.结果表明:线终端负载上的信号由所传输信号的频率成分以及波导终端阻抗性质决定;1.2/50μs雷电波信号频谱存在高于同轴线截止频率的成分,终端阻抗匹配情况下雷电波波头出现大量高次模成分;终端负载开路时,线终端信号的高次模是雷电波的入射波与反射波以及所激发的高次模之和;受雷电波频谱特征影响,雷电波激发出的高次模成分主要集中在波头部分;雷电波在线中传播的最终波形是各高次模分量之和,降低雷电波波头陡度可以减少高次模成分.在雷电过电压防护中应充分考虑到雷电波在线路中传播的畸变问题,这对于指导同轴线引入的过电压防护具有重要意义.

考虑绝缘闪络和杆塔的冲击电晕对输电线路中雷电波传播的影响研究

在中国设计变电站设备的闪电绝缘时,并未考虑由于冲击电晕效应使入侵波在沿传输线上传播时发生的衰减和畸变,因此对于电气的绝缘要求过于严格,对于交流传输线产生的电晕的研究十分的有必要。在电晕模型中加入了更加符合实际情况的传输线的杆塔模型和绝缘子闪络模型;这一模型更好地模拟出了实际的电晕对传输线的影响过程。利用上述原理建立了基于ATP-EMTP仿真软件应用实际的传输线上的电晕模型。通过仿真计算发现,由于电晕的存在,雷电波波头时间被拉长而且幅值减小,即波形发生了衰减和畸变。雷击点距测量点的距离越远、波头时间越长、畸变现象越严重。考虑了绝缘子闪络和有杆塔时模拟得到的输电线路有电晕情况下的雷电压波形,结果显示幅值小了79.8%;对于指导输电线路终端设备安装电涌保护器具有十分重要的现实意义。

金属网笼对雷击输电线辐射电磁场的屏蔽分析

针对金属网笼对雷击输电线辐射的电磁场的屏蔽性能的问题,通过对雷电回击过程的天线模型及金属网屏蔽效能的理论分析,利用雷电试验冲击平台(ICGS)模拟产生雷电注入输电线后辐射电磁波,进行金属网格屏蔽效能的实验。实验表明:对于433 MHz的模拟电磁信号,在模拟雷电流幅值小于17 k A时,金属网对雷电电磁信号的屏蔽效能为13 d B左右,此后屏蔽效能迅速下降,并于25 k A时降为0 d B;对于2.4 GHz的模拟雷电电磁信号,金属网笼对电磁波的屏蔽作用在雷电幅值达到22 k A之前,屏蔽效能维持在9 d B,随后迅速下降,并于27 k A时下降为0 d B;金属网笼的屏蔽效能不仅由外部电磁场的内向耦合决定还应考虑笼内部电磁场的多次折反射问题造成的电场、磁场值增强的问题。该研究对于使用金属网笼进行屏蔽具有一定的指导意义。

闪电通道温度测量方法

针对自然界闪电通道温度特性研究的诸多局限性，通过将原子光谱理论与局部热力学平衡（LTE）模型应用于闪电光谱的研究，采用雷电冲击平台（ICGS）模拟闪电通道放电，对模拟闪电通道中红外波段光谱（930nm）与可见光波段光谱（648．2nm）的光谱能量进行计算分析。分析结果为：当模拟闪电通道电流为5～50kA时，红外波段与可见光波段谱线的发光强度峰值与闪电通道电流呈正相关；闪电通道温度在6140．8～10424K范围内变化，闪电通道内电流与其内温度具有较好的指数函数关系，且此函数与自然界中闪电通道电流和闪电通道温度关系具有较好的一致性。

闪电放电形成的等离子体流体受力分析

为了研究闪电放电形成的等离子体流体的受力规律,通过对等离子体流体受力的理论分析,设计了模拟闪电放电形成等离子体流体的实验模型。采用8/20μs模拟雷电流对不同间隙时的实验模型进行冲击实验,得到不同气体间隙时等离子体流体受力大小与冲击电流的函数关系,结合等离子体流体受力的理论分析及实验结果分析得：等离子体流体受力包括向内的吸引力与向外的排斥力。当冲击电流在39~50 k A左右时,等离子体流体受力呈增大趋势,当冲击电流在50~102 k A左右时,等离子体流体受力呈减小趋势,且等离子体流体受力恒大于零。利用等离子体流体受力原理设计可动电极的气体放电器件,在一定的雷电流范围内能够减少工频续流,在实际应用中具有一定的价值。

加速电荷辐射原理求解雷击水平导体辐射场

雷击电力和通信线路或建筑物水平金属时,雷击点处或导体弯曲处会辐射出较强电磁场,分析雷击水平导体周围电磁场对于周边物体雷电防护具有重要意义。根据经典电动力学中加速电荷产生辐射场的原理,将雷击水平导体辐射电磁场分成通道产生电磁场和导线产生电磁场两部分,两者因传播速度不同分别建立不同运动电荷辐射场模型。实例以地面上水平导体受雷击及90°直角折弯导线流经雷电流后电磁场作分析,并绘出对应的辐射电场波形。分析结果表明雷击导体附近辐射电场主要由雷击点和弯曲点处电荷加速与减速引起。加速电荷辐射场分析法与偶子极等方法有异曲同工之妙,且更有助于理解雷击处电磁辐射物理机制。

基于天线接收原理雷电流监测方法的研究

针对天线耦合雷电电磁波信号频谱及能量不准确的问题,利用实验和理论相结合的方法,建立天线接收雷电电磁波信号的等效电路,分析雷电电磁波信号的频谱和能量分布规律,提出一种用宽带天线监测雷电流的方法,通过测量雷电辐射源的电磁脉冲在宽带天线上耦合的电压幅值和能量幅值推算雷电流值的大小及其变化趋势.结果表明:宽带天线能准确地监测雷电电磁脉冲和雷电电流值以及它们的变化趋势.实验结果和理论分析结论基本吻合.研究结果对雷电监测预警系统的改进和雷电参数及其活动规律的研究具有指导意义.

香港地区1968—2014年低能见度时数变化趋势特征分析

为研究香港地区低能见度时数变化规律,采用HHT变换(Hilbert-Huang Transform)对1968—2014年香港地区的低能见度时数进行周期分析。基于瞬时能量、稳定性和M-K检验(Mann-Kendall test)得到低能见度时数变化的突变点,结合1997—2013年污染物数据,采用t检验分析了各污染物与突变点以后的低能见度时数之间的相关性。结果表明:香港地区低能见度时数总体呈上升趋势,且存在1年、2年、3年和7年的年际变化周期以及10年和大于20年的代际变化周期;季节方面则表现为冬季最多,春、秋季次之,夏季最少。1993年为香港地区的低能见度时数的变化突变点;香港低能见度时数与SO_2、NO_X、RSP、PM_(2.5)、VOC、CO排放的关系密切。

气体放电管与压敏电阻能量配合的分析

针对气体放电管与压敏电阻在线路中存在能量配合的问题,运用波的传输及电路理论,分析雷电波行波通过串联电感的特性,并通过8/20μs模拟雷电流冲击试验,分别对气体放电管与压敏电阻级间串联3、5、7、10 m的导线及与导线分布电感相同的等值电感,做能量配合冲击试验,研究使气体放电管与压敏电阻达到最佳能量配合效果的级间电感值。通过对试验数据对比分析,验证了气体管与压敏电阻能量配合的相关结论。

限压型电涌保护器在不同条件下劣化性能的分析

针对限压型电涌保护器(SPD)的老化、劣化问题,通过对SPD内部器件ZnO压敏电阻老化、劣化的理论分析,得出其原因是由于内部的离子迁移导致肖特基势垒畸变而引起的。对ZnO压敏电阻进行直流、交流及冲击老化试验,发现老化、劣化后ZnO压敏电阻的压敏电压发生变化,漏电流有增大的趋势。直流老化存在一定的逆老化过程,直流老化后伏安特性曲线发生不对称改变,而交流老化与之相反;冲击老化后伏安特性曲线存在漂移现象;整个老化过程,ZnO压敏电阻的内阻变化不大;在直流和交流老化过程中,温度升高与加热时间、施加电流以及老化程度有关。这对分析SPD的老化、劣化性能具有实际指导意义。

基于全能量法ZnO压敏电阻能量配合的分析

分析了雷电波在传输线中传输及ZnO压敏电阻级间串联电感的理论。通过改变试验中级间连接导线的长度,改变相应的分布电感,退耦元件采用与分布电感等值的空心电感和磁芯电感,进行了ZnO压敏电阻能量配合试验。研究为ZnO压敏电阻的能量配合提供了参考依据,在实际应用中具有一定的参考价值。

基于EEMD的盐城大丰区降水量时间序列多尺度分析

[目的]研究盐城大丰地区年降水量时间序列规律。[方法]基于集合经验模态分解（EEMD）的数据处理方法,通过Hilbert变换对降水量数据进行多尺度特征研究,并对研究结果进行显著性和误差检验。[结果]近55 a盐城大丰地区年降水量序列可以分解成4个IMF分量和1个趋势分量;主要存在0~0.05和0.45~0.50 Hz 2个频率区间,其间主周期为2.12 a年际周期和27.50 a年代际周期,二者均通过95%显著性检验。EEMD可以有效地重构原始降水量数据变化曲线,与原始数据对比误差百分比始终控制在±0.6%范围内,由白噪声带来的干扰误差几乎可以完全忽略。[结论]该研究可为合理开发与充分利用水文资源、防汛抗旱等提供科学依据。

加速电荷电磁场求解闪电通道辐射场

运用加速运动电荷辐射电磁场原理对闪电回击通道辐射电磁场分析计算。依据闪电回击通道中电流幅度随着高度衰减特征,将模型等效为两部分运动电荷,即通道基底电荷加速运动至回击速度和通道沿线电荷从回击速度减速运动。根据不同运动特征分别求得各自电荷辐射场,两者之间即为闪电通道辐射场。文中讨论了雷电回击辐射场随观测距离、观测高度以及回击速度的变化情况。结果表明,总场与观测距离及观测高度呈负相关,与回击速度呈正相关。本方法避免了电流积分和微分的运算,也有助于理解雷电电磁辐射物理机制。

冲击电晕对输电线路中雷电波传播的影响研究

针对直击雷击中架空线容易产生冲击电晕的问题,本文以冲击电晕的数学模型为基础,利用暂态分析软件ATP-EMTP建立了输电线路模型和冲击电晕动态模型。通过仿真计算发现,由于电晕的存在,雷电波波头时间被拉长而且幅值减小,即波形发生了衰减和畸变。雷击点距测量点的距离越远,波头时间越长,畸变现象越严重。计及电晕影响比不计电晕影响时,幅值分别小了26%、33%和39%;受电晕影响,波头时间则分别增长了74%、143%、271%。波尾部分仅仅是前面波形波尾的平移,并没有发生畸变和时间变长的现象。这是由于电晕的形成可以等效为传输线半径的增大,从而输电线对地的电容变大,最终导致考察的节点处电压值u按不同的波速向前传播了。模型的仿真结果与实验结果相似,对于指导输电线路终端设备安装电涌保护器具有十分重要的现实意义。