基于时域有限差分法的雷电辐射电磁场计算

摘要

雷电电磁脉冲(Lightning electromagnetic pulse，简称LEMP)是极强的电磁干扰(Electromagnetic Interference，简称EMI)源，对各类电子电气设备、通讯设备的危害极大。雷电电磁脉冲不仅危害到雷电通道周围区域，而且在雷击电力设备的情况下，可能对电力系统的正常运行造成影响。因此对雷击环境进行仿真计算和模拟分析，了解雷电电磁脉冲传播时对周围空间的辐射情况，具有十分重要的理论意义和现实价值。本文系统阐述了时域有限差分法的基本原理，并将其运用到解决雷击环境下电磁辐射问题的几个关键性技术，得到雷击情况下场量分布的数值计算结果，并在此基础上获得雷击辐射场分布状况及规律，具有一定的实际参考价值。

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声明

第一章绪论

1.1课题研究的背景及其意义

1.1.1电力系统中的电磁兼容问题

1.1.2电磁场数值计算方法

1.2国内外研究现状

1.2.1雷电电磁场研究现状

1.2.2时域有限差分法的发展现状

1.3本文的主要研究内容

第二章时域有限差分法原理在雷电计算中的应用

2.1 FDTD概况

2.1.1时域有限差分法的基本方程

2.1.2环路积分解释

2.3解的稳定性和数值色散性

2.3.1数值色散对离散间隔的要求

2.4吸收边界条件

2.4.1 Mur一阶吸收边界条件

2.4.2 Mur二阶吸收边界条件

2.5 FDTD离散网格的确定

2.6小结

第三章雷电流模型的建立

3.1引言

3.2雷电过程描述

3.3雷电回击电流模型

3.4雷电的电流模型

3.5雷电流波形分析

3.6小结

第四章无限大地面上雷电电磁场的FDTD分析

4.1引言

4.2计算模型和边界条件

4.2.1垂直放电通道模型

4.2.2圆柱坐标系下的FDTD基本方程

4.2.3边界条件

4.3差分格式和方程的离散

4.3.1定义网格点

4.3.2网格点数和空间步长

4.3.3时间步长

4.4计算模型

4.4.1计算原理

4.4.2离散间隔

4.5计算结果

4.6电磁场随距离的变化

4.6.1电磁场随距离变化结果分析

4.6.2考虑不同土壤情况的影响

4.7结果误差分析

4.8雷电辐射功率的计算

4.9小结

第五章结论与展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文和参加科研情况