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基于级联法的非理想排布线缆串扰预测方法研究

基于级联法的非理想排布线缆串扰预测方法研究

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作者：张振华南京师范大学

学位级别：硕士

在电力设备系统中,恶劣的串扰状况甚至能危及到系统的稳定运行,降低系统的可靠性,造成系统部分功能失效,因此探索线缆电磁串扰的传输机理,并预测电磁串扰大小及危害程度,对电气设备的高效运作具有重要的理论和工程意义。目前,线缆串扰... 详细信息

在电力设备系统中,恶劣的串扰状况甚至能危及到系统的稳定运行,降低系统的可靠性,造成系统部分功能失效,因此探索线缆电磁串扰的传输机理,并预测电磁串扰大小及危害程度,对电气设备的高效运作具有重要的理论和工程意义。目前,线缆串扰的研究多是针对理想排布线缆,即平行排布线缆,而实际电子设备上的线缆多是非理想排布的,造成了实际工程上线缆串扰预测的困难。因此,本文基于分段级联法和等效电磁参数法建立了线缆电磁耦合模型,分别对非平行线缆和弧垂线缆的两种非理想排布线缆进行分析研究,主要包括以下几部分:(1)针对平行线缆,研究了矩量法基础下的线缆串扰预测方法。建立了多导体传输线串扰单元模型,分析线缆在横向电磁场模式下的传播过程,推导出了平行线缆的传输线方程;结合线缆端口电路,采用模量转换法去耦得到平行线缆串扰通解,结合终端电路条件解出噪声电压。此外,结合线缆静电场模型和磁场模型,利用软件ANSYS获取电磁参数。(2)针对非平行线缆,提出了级联法和等效电磁参数结合的串扰预测方法。采用级联法非平行线缆微分化,将非平行线缆比拟为多段平行线缆相连接;通过多导体传输线方程的再推导,提出了非平行线缆状况下的等效电磁矩阵方程;在此基础上,利用积分法与三次样插值联合的数值方法实际求解非平行线缆的等效电磁参数矩阵,最后再结合后矩量法求解出非平行线缆串扰。(3)针对弧垂线缆,提出了级联法和蒙特卡洛法结合的串扰预测方法。以级联法微分化弧垂线缆,将弧垂线缆离散化为有限数量的多段线缆;利用卷积获取弧垂线缆的参数概率分布,结合蒙特卡洛法,以空间位置为基本元素,获得弧垂线缆情况下的等效电磁参数矩阵。此外,分析了线缆串扰的5个影响因素,结合正交实验法,定性地提出了基于蒙特卡洛法下的采样位置点的修正。本文除了电磁仿真软件CST进行仿真验证外,还结合暗室实验的方式,通过矢量网络分析仪提取线缆串扰的方式验证本文算法的有效性。针对非平行线缆串扰,本文算法求解出的线缆在低频段趋势与实验一致,且高频段上也较传统线缆算法更加接近实验值;针对弧垂线缆,本文相较传统算法,无论在低频还是高频都更加接近实验值,精确度更高,误差最大减少了 30dB左右,由此证明了本文算法的有效性。

关键词：线缆串扰非平行排布弧垂排布级联法等效电磁矩阵

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