雷电基底电流Heidler模型频谱函数高阶高精度逼近方法

雷电通道基底电流函数的频谱是众多雷电相关电磁兼容问题的基础。对雷电流Heidler模型的频谱函数分区间高阶逼近,分别采用推导的矩函数和指数积分表示频谱函数,从而可以计算任意阶数的Heidler模型对应的频谱函数值。由于该方法避免了数值傅立叶变换过程,计算速度快,且计算结果精度较高。研究结果可在雷电流涉及的众多电磁兼容问题中获得应用。该方法具有一般性,在其他涉及数值傅立叶变换的场合也可应用。

雷电通道基底电流函数半解析逼近研究

雷电瞬态电磁现象的研究中,Heidler函数已成为通道基底电流的标准函数之一。由于Heidler函数的Fourier变换不存在解析表达式,数值计算时需采用快速傅氏变换技术进行频域分解,这极大地增加了计算时间。针对此问题,提出Heidler函数的半解析逼近表达式。其在时域中将雷电通道电流表示成幂指数函数的线性组合,推导出Fourier变换的半解析计算结果。该方法可推广应用于任意阶数的Heidler函数及由其衍生的雷电流函数。

雷电流波形参数估计仿真研究

雷电流波形由波前时间、波尾时间及雷电流陡度因子表征，对电力电子系统的雷电防护具有重要意义。针对含噪雷电流波形的多参数估计问题，提出了一种多群落粒子群优化算法（Nelder—Mead particle swarm optimization，NMPSO），对雷电流特征参数构成的粒子群整体按粒子群优化算法（particle swarm optimization，PSO）处理，每个子群落按Nelder-Mead单纯形法处理，有效解决了粒子群优化过程中的停滞问题。Heidler雷电流函数的测试表明，当信噪比在5-40dB内变化时，函数匹配相关系数为0．8546～0．9999。此外，NMPSO算法在Heidler雷电流函数参数估计中具有很强的抑噪能力，该文为雷电流波形测量装置提供了一种快速有效的数值算法，因而具有一定的研究价值和工程意义。

雷电流数学模型分析

雷电流模型是自然雷电流的数学表达。通过雷电流数学模型可以得到建筑物防雷研究所关心的参量，它是建筑物雷电防护的基础。雷电流频谱分析对确定适合的雷电防护措施，消除或减弱雷电对建筑物弱电系统的破坏作用具有重要意义。选取双指数函数模型和霍德勒函数模型进行对比仿真分析和频谱分析，研究结果表明：霍德勒函数模型与BERGER等人的观测测量结果是一致的；雷电流所含频率丰富，且集中在低频部分。

湖北电网雷电流幅值概率分布特性分析

利用2005—2012年湖北电网雷电定位系统监测的雷电流幅值数据,基于Matlab中最小二乘法原理,对IEEE推荐的雷电流幅值累积概率公式和国内规程推荐的相关公式进行拟合分析,结果表明前者拟合曲线更接近实际曲线。通过分析IEEE推荐的概率曲线与实际概率曲线之间的相对误差绝对值可知,负闪雷电流幅值小于79 kA或正闪雷电流幅值小于148 kA时,相对误差绝对值不超过10%,随着雷电流的增大,相对误差也越来越大。最后给出了雷电流幅值概率修正公式。

雷电流数学模型的对比分析

针对目前应用较为广泛的双指数函数、霍德勒(Heidler)函数和脉冲函数雷电流模型,从函数波形特点、一阶可导性和频谱分析对这三种雷电流数学模型进行了对比分析,据此提出非精确的雷电流仿真计算研究可采用双指数函数模型;精确的雷电流特性的研究可采用Heidler函数模型;雷电电磁场等领域的研究可采用脉冲函数模型。

雷电流峰值比率的频谱分析

首先对雷电流的波形进行分析,然后对雷电流的脉冲函数模型进行傅里叶变换,得出雷电流的频谱函数、雷电流峰值比率的频谱及雷电流峰值比率积累的频谱,在给定波形的条件下绘出雷电流的频谱图、雷电流峰值比率的频谱图及雷电流峰值比率积累的频谱图,然后找出雷电危害的重要波段所在。这对雷电防护装置的设计具有重要的指导意义。

雷电流的数学模型

首先对雷电流的波形进行分析,提出雷电流的幂函数模型,然后再与雷电流的双指数模型和Heidle模型进行比较,说明雷电流用幂函数模型表示的可行性,同时也说明它对雷电流的研究具有重要的意义。

雷电回击通道电流影响因子仿真分析

雷电回击模型是雷电电磁场研究领域的重要环节,为了能够更深层次的研究雷电电磁场,着重介绍了雷电回击模型中的工程模型,并结合目前电磁兼容领域应用最广泛的通道电流随高度变化呈指数衰减(MTLE),选取Heidler函数为雷电回击通道底部电流波形,运用MATLAB进行仿真分析,改变模型中的参数,观察仿真波形,总结MTLE模型的特点及雷电回击通道电流的影响因子,有助于雷电防护事业的进一步探讨。

基于MATLAB的三种雷电流数学模型仿真对比分析

利用MATLAB软件仿真得到雷电流的三种常用数学函数模型的雷电流全波、波头和半峰值的波形图研究雷电,为进一步雷电研究提供参考依据。

基于传输线模型的雷电流电磁场分布研究

在雷电电磁场理论的基础上,计算出雷电流产生的电场强度和磁场强度方程。采用传输线模型(TL)对雷电流电磁场进行计算,得出了雷电电磁脉冲的近场和远场与雷电通道底部电流的关系式,结合脉冲函数仿真了雷电通道底部电流在空间中产生的电磁场。

不同波形雷电流的频谱特性分析

针对雷电流的频谱分布问题,根据Fourier变换理论,对不同模型的雷电流波形及实验波形进行频谱分析,分析出雷电流的振幅、能量集中分布的频率段,为浪涌保护器的选取、开发和研究高性能浪涌保护器、雷电风险评估提供一定的科学依据。

自然闪电多脉冲雷电流等效模型的研究

目前对于雷电流波形的研究大都是单脉冲模型,架空线路的感应雷过电压研究、建筑物防雷、光伏、电子信息以及通讯等系统的防雷也是基于单脉冲的研究,而自然闪电中多脉冲比例高达70%。从多脉冲雷电流峰值I_(max),雷电流最大陡度(di/dt)_(max),上升到峰值的时间t_p,转移电荷量Q四个角度建立了多脉冲等效模型,并提出了计算模型参数的图解法与数值分析方法,对指导今后的多脉冲下建筑物雷电过电压保护,自然闪电电磁脉冲保护以及雷电电磁场的计算等研究有重要意义。

典型雷电流频谱能量研究及危害分析

不同地区的雷电流具有不同的波头波尾参数,针对具体地区雷电问题的研究,采用符合当地雷电流特征的模型,所得结果将更为准确。本文通过总结Heidler函数所描述波形的一些规律,对北京地区的实际雷电流波形进行模拟,得出了用于模拟该雷电流波形的Heidler函数参数,并对此雷电流波形进行频谱分析,结果表明:北京地区的雷电电流波形振幅和能量主要集中在特低频和甚低频频段内,对远距离通信导航的影响尤为显著。

桥墩高度对高速铁路牵引网雷直击过电压影响的研究

以AT牵引网模型为研究基础,提出了考虑桥墩高度的雷击接触网过电压仿真的方法,计算出考虑桥墩高度时14根牵引网导线之间的电气关系,为了简化计算和方便建模,对得出的线路参数矩阵降为6阶.综合比较三种雷电流函数的优缺点,选取了Heidler函数雷电流作为仿真时的雷电流信号.基于MAT-LAB/Simulink仿真软件搭建仿真平台,分别对有桥墩高度和无桥墩高度的AT牵引网做雷击过电压研究.结果表明:当雷击上行接触线时,有桥墩高度的接触线过电压峰值比无桥墩高度的小,而有桥墩高度的馈线过电压峰值要比无桥墩的大;雷击馈线和保护线时,除了雷击保护线时有桥墩高度的馈线过电压峰值要比无桥墩的大,其余有桥墩高度的过电压峰值都比无桥墩的较小.由此可得牵引网导线过电压幅值不仅与雷电流大小有关,还与导线电气参数有关,但雷击牵引网后在导线上都产生了幅值较大的过电压,所以无论是雷击接触线还是正馈线,对架设在桥墩上的那部分高铁线路应给予充分的雷击保护.

考虑土壤频变特性的接地系统有限元模型

基于电磁场理论的有限元法(FEM)和傅里叶变换相结合,通过引入Visacro-Alipio土壤频变公式,建立了可以考虑土壤电参数频变性的接地系统有限元模型。按照文献所给典型Heidler首次回击、后续回击雷电流冲击10 m水平接地极的试验条件,用Comsol Multiphysics软件的AC/DC模块建模仿真,将结果与文献试验数据对比,验证了模型的准确性。并进一步对3m垂直接地极分别埋于电导率0.01 S/m、0.002 S/m、0.001 S/m、0.0005 S/m土壤中时土壤频变性情况进行仿真分析,仿真发现,土壤频变性与土壤工频电阻率关系密切,土壤工频电阻率越高,频变作用越明显。在高电阻率(≥500Ω·m)土壤接地冲击计算中,有必要将土壤电参数的频变性考虑进来。