[發明專利]一種獲取圓柱形導體電磁暫態時域電流響應的方法和系統

有效

• 申請號: 201110226413.8
• 申請日: 2011-08-08
• 公開（公告）號: CN102393493A
• 公開（公告）日: 2012-03-28
• 發明（設計）人: 和敬涵;喻樂;胡俊;徐金鳳;薄志謙
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京潤澤恒知識產權代理有限公司 11319
• 代理人: 蘇培華

技術領域

本發明涉及導體的電磁場暫態計算領域，更具體地涉及一種獲取圓柱形導體電磁暫態過程中時域電流響應的方法和系統。

背景技術

目前在圓柱形導體電磁場暫態過程的計算中，一般所采用的方法主要可分為：時域計算和頻域計算兩種。以上方法的核心都是求解貝塞爾方程。對于截面為非圓形的柱形導體，也可以將非圓形截面等效為等面積的圓形后再進行計算。

圓柱形導體的時域計算方法由H.S.Carslaw與J.C.Jaeger為解決導體熱傳導問題最先提出，并由Edward?J.Tuohy等人引入電學領域，但該方法僅限定為導體表面電動勢恒定時電流密度的擴散過程，并未建立導體兩端電壓與電流之間的關系。

圓柱形導體的頻域計算方法由R.J.Hill提出，該方法利用圓柱形導體電流信號頻率穩定時導體的電阻與電感值不變這一特性，將貝塞爾方程轉換至頻域，將電路整體進行頻域計算，最后將結果采用傅立葉反變換法轉至時域，獲得其時域解。該方法計算較為準確，但由于在實際工程利用時，大量元件無法轉換至頻域表示，如整流器、電動機等，所以該方法難以在實際工程計算中實現。

綜上所述，目前的時域計算方法只能計算導體表面電動勢恒定時電流密度的擴散過程，但在實際應用中因為導體表面的電動勢通常是不確定的，所以限制了該方法的應用范圍；而頻域計算方法在實際的工程計算中，由于大量元器件無法轉換至頻域表示而不能進行計算，所以能求解的問題也相當有限。

而隨著高壓直流輸電及軌道交通領域的快速發展，對導體電磁場暫態過程的計算在實用性上提出了更高的要求，特別是在電力系統的電磁暫態仿真、繼電保護算法研究與定值整定等方面有著重要的意義。

總之，需要本領域技術人員迫切解決的一個技術問題是如何能夠實現圓柱形導體電磁暫態過程計算方法的實用化。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是如何能夠實現圓柱形導體電磁暫態過程計算方法在實際工程應用中的實用化。

為了解決上述問題，本發明公開了一種獲取圓柱形導體在電磁暫態過程中時域電流響應的方法，包括：

對施加在圓柱形導體或等效圓柱形導體兩端的電壓信號在采樣測量前首先進行濾波處理及轉換處理；

對電壓信號進行采樣測量，并用每一采樣時刻得到的電壓值減去上一采樣時刻的電壓值，得到當前時刻的電壓變化值，所述的電壓變化值也是對電壓信號按照階躍函數級數逼近方法進行分解后的某一個分量電壓值；

按照前述方法得到的每個分量電壓值都對應一個時域電流響應，該時域電流響應為單位階躍電壓信號所產生的電流響應與該分量電壓值的乘積；將所有分量電壓值對應的時域電流響應進行時域內的組合，就能得到在電磁暫態過程中任意電壓信號下圓柱形導體或等效圓柱形導體中的時域電流響應。

所述的電壓信號在采樣前的濾波處理及轉換處理是指高次諧波濾除及模數轉換處理。

所述方法還包括，獲取目標圓柱形導體的詳細參數，所述參數包括：電導率、相對磁導率、半徑和導體長度；若目標導體為非圓柱形，則須為可等效為圓柱形導體的導體；

等效圓柱形導體是指橫截面為非圓形的均勻柱形導體，所述橫截面為非圓形的均勻柱形導體可等效為等面積的圓形橫截面的均勻柱形導體進行計算，并按照等效后的圓柱形導體獲取其詳細參數。

所述方法還包括，利用圓柱形導體在階躍電壓下的集膚效應和電流密度擴散公式，獲得單位階躍電壓信號施加在單位長度圓柱形導體上的時域電流響應。

本發明還公開了一種獲取圓柱形導體在電磁暫態過程中時域電流響應的系統，所述系統包括：

電壓信號處理模塊，用于對施加在圓柱形導體或等效圓柱形導體兩端的電壓信號在采樣測量前進行濾波處理及轉換；所述電壓信號處理模塊包括高次諧波濾除裝置及模數轉換器件。

電壓信號采集模塊，用于采集和記錄不同采樣時刻的電壓值；所述電壓信號采集模塊包括電壓信號的采集設備及記錄采樣數值的存儲設備。

階躍電壓級數模塊，用于計算和記錄每一采樣時刻相對于上一采樣時刻的電壓變化值，所述的電壓變化值是指電壓信號按照階躍函數級數逼近方法進行分解后的某一個分量電壓值；所述階躍電壓級數模塊包括能計算相鄰采樣時刻的電壓變化值的計算設備及記錄分量電壓值的存儲設備。

時域電流組合模塊，用于計算各個分量電壓值對應的時域電流響應，并將得到的時域電流響應進行組合；所述時域電流組合模塊包括能計算和組合每個分量電壓值對應的時域電流響應的處理設備。

與現有技術相比，本發明具有以下優點：