基于MBPE技术的特高压输电线路电磁散射特性快速求解算法

摘要

随着科学技术的迅猛发展，各种对周边电磁环境要求越来越高的电子产品和弱电系统大量涌现，特高压输电线路对这些临近无线电子设施的无源干扰影响也越显突出。在特高压输电线路无源干扰研究中，经常需进行线路散射场的扫频计算，而现有的各类频域算法（如矩量法、一致性几何绕射等）每次只能计算单个频点，造成现有计算机硬件水平无法解决无源干扰研究中的巨量计算需求。因此，考虑引入新的理论，提出一种更为高效的散射特性快速求解算法，已成为特高压输电线路无源干扰研究领域的首要任务。本文改变传统的输电线路电磁散射特性频域求解思想，提出了一种利用矩量法求得若干采样点的散射场信息，将基于模型的参数估计技术应用于类似于输电线路这类电大尺寸散射体频率响应内插求解的方法，从而实现了特高压输电线路无源干扰问题的宽频段快速求解。
　　本研究主要内容包括：⑴基于广义谐振理论，建立广域空间下由输电线路及天线组成的有耗电磁开放系统，推导了电磁开放系统和电磁封闭系统的复功率平衡表达式，构建了两种系统电磁能量的对应函数关系，进而从复电磁能量平衡的角度将有耗输电线路电磁散射开放系统等效为广义电磁封闭系统。⑵引入电磁封闭系统冲击响应的快速求解思想，基于MBPE技术推导了输电线路电磁散射等效封闭系统的广义系统函数，结合矩量法求解出等间隔采样点的散射场，选择Padé有理函数对散射场进行插值，从而快速获取输电线路电磁散射场的频率响应。⑶以IEEE研究频段和调幅广播收音台站工作频段为例，分别建立500kV双回输电线路直线模型和?800?kV向家坝–上海特高压直流输电线路线-面混合模型，建立算例频段的广义系统函数，从而快速预测出各算例散射场的频率响应特性。研究表明，计算量仅为传统频域算法的1/5，其插值精度与采样点数量、位置有关，若选择恰当的分段进行插值，其全局极值最大相对偏差可不超过4.0％。⑷由三峡大学、华北电力大学、中国电力科学研究院组织，在中国舰船研究设计中心的10米法电波暗室及其开阔实验场地，分别开展了单基和多基1000kV特高压交流输电线路猫头塔的1:30尺寸比例缩比模型实验。对比分析实验数据和理论计算结果，全局平均绝对误差、全局极值最大相对误差分别为0.00271V/m和4.3%。

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1 绪论

1.1 课题研究背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容与创新之处

2 特高压输电线路电磁散射特性的频域求解方法

2.1 输电线路散射场对无线电干扰的形成机理

2.2 输电线路散射场的数值计算模型

2.3 当前输电线路散射场的求解方法

2.4 小结

3 基于MBPE技术的特高压输电线路电磁散射特性快速求解

3.1 引言

3.2 广义电磁封闭系统

3.3 广义电磁封闭系统的等效原理

3.4 基于MBPE技术的电磁开放系统的广义系统函数构建

3.5 快速求解算法的流程

3.6 小结

4 输电线路电磁散射特性快速求解算法的算例验证

4.1 中波广播频段的输电线路散射场求解

4.2 调幅广播收音台工作频段的输电线路散射场求解

4.3 偏差分析

4.4 计算量分析

4.5 MBPE技术的进一步探讨

4.6 小结

5 输电线路电磁散射特性快速求解算法的实验验证

5.1 缩比模型实验原理及缩小比例

5.2 暗室单基塔散射特性缩比模型实验

5.3 开阔场多基塔散射特性缩比模型实验

5.4 误差分析

5.5 小结

6 全文总结

附表

参考文献

附录：攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间发表的专利

致谢