【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种传输线网络瞬态响应的计算方法，适用于大规模复杂传输线网络瞬态响应的快速计算。
技术介绍
1、传输线网络是能量和信息的载体，诸如地下管道输水隧道、飞机/船舶独立电气系统、架空电力网络以及发射/接收天线阵列网络等传输线网络，极易受到自然和人为产生的电磁干扰影响，从而干扰电力和通信系统的正常运行，甚至导致大规模系统故障。在电力供应兼容性和电磁兼容性等领域，快速准确地计算大型传输线网络的瞬态响应已成为一个紧迫的问题。针对地下线缆综合管廊等典型复杂传输线网络，电磁瞬态计算要同时考虑场线耦合、多导体传输线串扰、树状传输线网络传导干扰等，这给电磁建模带来了困难。目前，现有的电磁模型大多过于简化，仅考虑单一形式的电磁耦合，难以反映实际工作条件。除了多种形式的电磁干扰外，还必须考虑土壤、隧道体、隧道防护层等各种电磁环境，使得地下线缆综合管廊等典型复杂传输线网络的电磁模型更加复杂。电磁拓扑方法将复杂的电磁系统分解为一系列更简单的子系统，可用于解决复杂环境中的系统级电磁干扰建模问题。子系统暴露在外部场中时，可以通过场线耦合进行分析，子系统之间的相互作用可以通过基于传输线理论的矩阵方程进行研究。
2、当传输线网络规模很大时，虽然现有的全波方法(例如fdtd、mom、ietd)在理论上能够实现非均匀外部场激励下大规模传输线网络的瞬态计算，但随着网络规模的增加，全波方法所需的计算资源和计算速度难以承受。频域blt方程将传输线视为管道，将激励源和负载视为节点，并以矩阵形式表示节点响应。最重要的是，节点响应与传输线长度无关，这意味
3、当系统受到诸如雷电电磁场等非均匀外场作用时，获得非均匀场的清晰解析表达可能是一项困难的任务。对传统的线性频率扫描(linear frequency sweeping,lfs)方法，需要在整个频率范围内采集大量的样本才能获得准确的结果，显著增加了计算的复杂性。并且，当非均匀外场与线缆耦合时，需要获取线缆上多个观测点的场值并沿线进行进一步的数值积分。随着线缆长度的增加，需要更多的观测点，导致计算时间延长。基于局部有理建模(local rational modeling,lrm)的自适应频域采样(adaptive frequencysampling,afs)算法一方面有效降低有理建模的模型复杂度，另一方面可以有效降低采样点数，因此适用于计算非均匀外场激励下的传输线网络瞬态响应。专利(专利技术专利：cn107608931b，专利技术专利：cn112507647b)分别提出采用chebyshev拟谱和fdtd方法离散传输线方程，以分布源的形式计算外场和传输线的耦合过程，本质上属于全波方法，传输线很长时网格数会迅速增加，计算速度受限。本专利技术提出采用电磁拓扑进行复杂网络建模，然后采用blt方程计算传输线网络的瞬态响应，不受传输线长度的限制，对非均匀外场采用局部有理建模自适应频域采样计算，可以有效降低采样点数。本专利技术提出的复杂网络建模、瞬态响应计算、非均匀外场处理方法，对复杂环境下大规模传输线网络的瞬态计算具有重要意义，可为传输线网络的电磁干扰计算和保护设计提供技术支持。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，针对传统电磁模型过于简化、全波方法计算瞬态响应慢、传统的线性频率扫描计算非均匀空间电磁场缓慢的缺点，提出一种结合电磁拓扑理论和基于局部有理建模的自适应频率采样算法的混合方法，实现大规模复杂传输线网络瞬态响应的快速计算。
2、本专利技术解决上述技术问题，采用电磁拓扑理论实现复杂环境下传输线网络建模、采用电磁拓扑中的blt超矩阵方程计算节点瞬态响应，采用局部有理建模自适应频域采样算法计算非均匀外场，包括以下步骤：
3、第一步，基于电磁拓扑理论，建立复杂环境下传输线网络电磁拓扑网络图，以用于后续电磁瞬态响应的定量求解计算。
4、电磁拓扑建模需要遵循以下顺序:
5、(1)根据管道隧道的实际结构和耦合路径，建立完整的电磁拓扑图；
6、(2)根据良好屏蔽近似原理，绘制电磁拓扑等效图，包括干扰源、屏蔽层和干扰路径；
7、(3)根据干扰路径绘制电磁耦合顺序图，用于分析电磁干扰耦合顺序；
8、(4)根据电磁耦合时序图绘制电磁拓扑网络图，进一步进行管道能量分析。
9、第二步，采用电磁理论中的blt超矩阵方程定量描述瞬态响应求解过程，并且通过改写blt超矩阵方程中的矩阵元素，将场线耦合、多导体传输线串扰、树状传输线网络传导三种效应同时考虑。
10、根据传输线理论，blt超矩阵方程为
11、v＝(u+s)(γ-s)-1×vs
12、i＝yc(u-s)(γ-s)-1×vs
13、其中v、i表示节点电压、电流响应，u代表单位对角矩阵，s代表散射矩阵，γ代表传播矩阵，vs代表激励源向量，yc代表特性导纳矩阵。
14、(1)节点电压矢量
15、用vmnk表示节点的电压，其中m表示节点编号，n表示所连接管道编号，k表示节点连接的管道之中导线编号。其中m为第一优先级，n为第二优先级，k为第三优先级，按升序排列的节点总电压超向量v表达式为：
16、
17、(2)传播矩阵
18、对于管道tn，传输矩阵可以表述为
19、
20、其中，kn代表n管道中的传输线根数，n代表拓扑中管道根数，mk是管道tk中的传输线个数。是一个kn×kn对角线矩阵，γi是第i个传输线的传播常数，li是第i个传输线的长度，矩阵o是一个kn×kn的全零矩阵。整个拓扑的传播矩阵γ由各个管道的传播矩阵组成
21、γ＝diag(γ1…γk…γn)
22、(3)散射矩阵
23、传输矩阵和管道相关，而散射矩阵则和节点相关。整拓扑的散射矩阵可以看作是各个节点处的散射矩阵的组合。
24、对于物理节点，散射矩阵由节点负载引起的反射系数组成，
25、sj＝(zl,j-zc,j)(zl,j+zc,j)-1
26、其中，zl,j表示节点j的负载矩阵，zc,j为与节点j关联的管道tk的特性阻抗矩阵。将节点散射矩阵按对角线组装后，再根据节点电压矢量的顺序调整顺序即可得到正确整个拓扑的散射矩阵。
27、(4)激励源矢量
28、对于激励源超向量，激励可以分为集总激励和分布激励两种形式，集总激励的情况下
29、
30、分布激励的情况下
31、
32、其中，p为特征向量矩阵，v0、i0表示集总电压源、集总电流源矢量，vx(x)是agrawal形式下的沿线分布电压源矢量，v1、v2是agrawal形式下的等效集总电压源矢量。
33、根据两种激励源向量，按管道排列得到总的传输线网络的激励源矢量为：
34、vs＝[vs1 vs2…vsn…vsn]t
35、场线本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种传输线网络瞬态响应的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述电磁拓扑图的建立步骤包括：
3.根据权利要求1或2所述的计算方法，其特征在于，所述基于电磁拓扑理论的BLT超矩阵方程通过改写矩阵元素，能够同时考虑场线耦合、多导体传输线的串扰和树状传输线网络传导干扰效应。
4.根据权利要求3所述的计算方法，其特征在于，所述局部有理建模自适应频率采样算法通过切比雪夫多项式在每个频段内进行自适应采样，以减少采样点数，当精度达不到要求时，则进一步采用二分法分割当前频段。
5.根据权利要求4所述的计算方法，其特征在于，所述方法适用于地下线缆综合管廊的电磁瞬态响应计算，能够快速准确地计算雷击电磁场作用下的瞬态响应。
【技术特征摘要】
1.一种传输线网络瞬态响应的计算方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，所述电磁拓扑图的建立步骤包括：
3.根据权利要求1或2所述的计算方法，其特征在于，所述基于电磁拓扑理论的blt超矩阵方程通过改写矩阵元素，能够同时考虑场线耦合、多导体传输线的串扰和树状传输线网络传导干扰效应。
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