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回击电流对雷电远区电磁场多重分形特征的影响

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回击电流对雷电远区电磁场多重分形特征的影响

采用新颖格式FDTD计算大地垂直分层雷电电磁场

静电放电：从地面新技术应用到空间卫星安全防护—中国物理...

作者：万浩江陈亚洲王晓嘉军械工程学院电磁环境效应国家级重点实验室

针对弯曲通道下回击电流对雷电电磁场波形特征的影响和表征问题,基于偶极子法建立了云地闪随机弯曲通道回击电磁场的计算模型,对不同回击电流波形激发的远区电磁场进行了计算和多重分形分析,获得了观测点方位角和回击电流波形特征对远... 详细信息

针对弯曲通道下回击电流对雷电电磁场波形特征的影响和表征问题,基于偶极子法建立了云地闪随机弯曲通道回击电磁场的计算模型,对不同回击电流波形激发的远区电磁场进行了计算和多重分形分析,获得了观测点方位角和回击电流波形特征对远区电磁场多重分形特征的影响规律。结果表明:雷电远区电磁场的多重分形谱宽度Δa和不对称度B受方位角和回击电流波形的影响要比峰值奇异指数a明显;回击电流波形的上升时间越大,远区电磁场波形越平滑,对应多重分形谱的峰值奇异指数a和谱宽度Δa越小,不对称度B越大;回击电流波形的半峰值时间越大,远区电磁场多重分形谱的峰值奇异指数a0和谱宽度Δa越小,而不对称度B则呈现先减小后增大的趋势。

关键词：雷电电磁场回击电流多重分形上升时间半峰值时间

来源： cnki会议评论

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电工电气 2020年第7期 24-28,38页

作者：金涛斌王龙飞刘正文罗雨呼和浩特市城市轨道交通建设管理有限责任公司内蒙古呼和浩特010000 北京石油化工学院机械工程学院北京102617

雷电电磁脉冲会通过耦合作用产生瞬时高电压和大电流干扰,研究雷电放电过程并快速、精确计算雷电电磁场分布,可有效减少设备损失,降低事故率。在二维柱坐标系下,提出了一种新颖格式的FDTD算法,能够更精确计算大地垂直分层且分界面离雷... 详细信息

雷电电磁脉冲会通过耦合作用产生瞬时高电压和大电流干扰,研究雷电放电过程并快速、精确计算雷电电磁场分布,可有效减少设备损失,降低事故率。在二维柱坐标系下,提出了一种新颖格式的FDTD算法,能够更精确计算大地垂直分层且分界面离雷电通道较近情况下的雷电电磁场分布,计算结果表明:对大地垂直分层且分界面离雷电通道较近时,计算离雷电通道50m范围内的雷电电磁场,新颖FDTD的计算精度较传统FDTD有显著提高,而计算离雷电通道50m范围外的雷电电磁场,其计算结果与传统FDTD计算结果趋于一致,这说明提出的新颖格式FDTD具有传统FDTD的所有优点,并且在计算大地垂直分层情况下,较传统FDTD具有更高的计算精度,在计算雷电电磁场时,具有更广泛的适用性。

关键词：雷电电磁脉冲雷电电磁场二维柱坐标系大地垂直分层

基于雷电监测的高海拔地区电磁场信号传播规律研究

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云南电力技术 2020年第4期48卷 106-111页

作者：李国彬周仿荣黄然杨恩高梓瑞李志伟张国建云南电网有限责任公司大理供电局云南大理671000 云南电网有限责任公司电力科学研究院昆明650217

雷电监测定位系统是目前雷电探测领域最常用的监测技术手段,利用广域雷电监测技术基础平台,在雷击故障点快速定位、雷击事故鉴别、雷电短时预警等技术得到了广泛的应用;本文通过云南雷电定位系统实测的地闪雷电电磁场信号,利用数据统计... 详细信息

雷电监测定位系统是目前雷电探测领域最常用的监测技术手段,利用广域雷电监测技术基础平台,在雷击故障点快速定位、雷击事故鉴别、雷电短时预警等技术得到了广泛的应用;本文通过云南雷电定位系统实测的地闪雷电电磁场信号,利用数据统计归“1”法分析各种路径下雷电电磁波信号幅值变化特征,并将数据统计和江苏平原地区数据对比,找出雷电广域传播特性的共性,提出高海拔地区雷电电磁波传播规律,为雷电监测工程化参数研究提供数据支持。

关键词：雷电监测雷电电磁场幅值特性传播规律

乌鲁木齐地区山体地形对地闪回击定位精度的影响

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电瓷避雷器 2022年第3期 42-48页

作者：杨敢陈佳雯戴炳哲姚年鹏蒋尧张其林南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

利用二维时域有限差分算法(FDTD),构建了真实地形下的雷电电磁波传播模型,研究了乌鲁木齐周边区域山地地形对雷电电磁波传播的影响,然后提出了一种修正闪电定位误差的方法即不同步长的地形包络法。模拟结果表明:1)山地地形会明显改变切... 详细信息

利用二维时域有限差分算法(FDTD),构建了真实地形下的雷电电磁波传播模型,研究了乌鲁木齐周边区域山地地形对雷电电磁波传播的影响,然后提出了一种修正闪电定位误差的方法即不同步长的地形包络法。模拟结果表明:1)山地地形会明显改变切向磁场的波形峰值大小和上升沿时间,给闪电定位带来误差,波形峰值变化最大的增加了57%,上升沿时间增加范围在1~5μs,相比平地最大定位误差增加了3 800 m。2)步长为10 km的地形包络法修正效果最好,最大修正了510 m的定位误差。

关键词：雷电电磁场时域有限差分山地地形闪电定位地形包络法

地面电导率、地球曲率和电离层对远距离闪电定位的影响

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电瓷避雷器 2022年第2期 31-38页

作者：姚年鹏侯文豪张其林戴炳哲南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

为了研究地面电导率、地球曲率和电离层对远距离(大于200 km)闪电定位的影响,通过新型近似算法和二维时域有限差分(two-dimensional finite-difference time-domain, 2D-FDTD)算法进行数值模拟,分析雷电电磁场的远距离传播特征,并采用... 详细信息

为了研究地面电导率、地球曲率和电离层对远距离(大于200 km)闪电定位的影响,通过新型近似算法和二维时域有限差分(two-dimensional finite-difference time-domain, 2D-FDTD)算法进行数值模拟,分析雷电电磁场的远距离传播特征,并采用“时差法”(time-of-arrival, TOA)进行远距离闪电定位。结果表明:1)雷电电磁场沿陆地表面传播时,受地面电导率、地球曲率影响,距离每增加100 km,峰值到达时间平均延后1.24μs,分别带来482 m和976 m的定位误差(小于0.5%);2)电离层会引入天波信号。观测距离大于700 km时,地波难以识别,会误把天波峰值时刻当作峰值到达时间,导致定位错误,甚至无法定位;3)识别地波后,定位误差仅为504 m。因此,在进行远距离闪电定位前,必须先进行地波识别,再利用地波进行定位。研究结论对提高远距离闪电定位精度有科学意义,对雷电预警具有实际的参考价值。

关键词：雷电电磁场传播效应算法模拟闪电定位

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时间补偿法在电网雷击事故鉴定中的初步应用

科学技术与工程 2022年第6期22卷 2201-2208页

作者：宋琳丁锋陈佳雯孟繁辉顾佳颖李杰青岛市气象灾害防御技术中心青岛266003 青岛市气象灾害防御工程技术研究中心青岛266003 南京信息工程大学气象灾害教育部重点实验室/气候与环境变化国际合作联合实验室/气象灾害预报预警与评估协同创新中心/中国气象局气溶胶与云降水重点开放实验室南京210044

以昆明地区的多山地形为例,利用二维时域有限差分算法(two-dimensional finite-difference time-domain,2D FDTD),模拟研究了该地区多山地形对雷电多站时差定位精度的影响,讨论了时间补偿法在云南昆明供电局厂普Ⅰ回线路出现的一次雷击... 详细信息

以昆明地区的多山地形为例,利用二维时域有限差分算法(two-dimensional finite-difference time-domain,2D FDTD),模拟研究了该地区多山地形对雷电多站时差定位精度的影响,讨论了时间补偿法在云南昆明供电局厂普Ⅰ回线路出现的一次雷击断路跳闸事故的初步应用。结果表明:从模拟结果看出,随着传播路径和地形高程的增加,相应的地闪回击电磁脉冲的到达时间明显延长,这种时间延长会造成地闪回击定位的偏差。从这次雷击跳闸事故中的应用效果看,当采用10%峰值法定位时,利用时间补偿法修订之前的定位偏差为113 m,修订之后的偏差为74 m;当采用逐峰法定位时,修订之前的偏差为212 m,修订之后122 m;当采用互相关算法时,修订之前的偏差为233 m,修订之后135 m。可以看出,当考虑时间补偿法后,定位结果都明显提高了。

关键词：时间补偿法雷电电磁场二维时域有限差分法山体地形时差定位

场线耦合模型的端口宏模型研究及其PSCAD实现

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场线耦合模型的端口宏模型研究及其PSCAD实现

作者：狄祎华北电力大学

学位级别：硕士

引起电力系统的线路故障的一个很重要因素就是雷击现象。间接雷击因为更容易发生,所以成为影响电力系统中低压配电网络供电质量的常见原因。因此,本文结合中央高校基本科研业务费专项资金项目“场路耦合问题混合建模方法及仿真技术研究... 详细信息

引起电力系统的线路故障的一个很重要因素就是雷击现象。间接雷击因为更容易发生,所以成为影响电力系统中低压配电网络供电质量的常见原因。因此,本文结合中央高校基本科研业务费专项资金项目“场路耦合问题混合建模方法及仿真技术研究”(2017MS100),通过直接与PSCAD结合,对求解场线耦合端口宏模型的问题进行了研究。主要的研究成果如下:1.提出了一种求解外场激励下场线耦合问题的端口宏模型,可以直接应用于PSCAD电力系统仿真软件中,简化该类问题的求解步骤,提高计算效率。该宏模型使得分析雷击现象对于传输线影响的过程更加简洁高效,便于分析处理更为复杂的网络互联及边界条件,尤其是对于存在终端网络复杂或者包含非线性元件的输配电网络。并且与目前常用的时域有限差分法相比,该模型不需要对传输线进行分段处理,因此特别是对于由许多架空线组成的分布式传输线网络来说,可以有效地加大计算的效率。2.基于PSCAD仿真平台,结合单导体、多导体以及含非线性元件场线耦合模型的相关算例实现了端口宏模型与PSCAD的接口。由此可以直接求出沿线某处的雷电感应过电压值,并且在求解的过程中不需要修改PSCAD源代码重新进行编程,减少了工作量,因此实现过程更加简单高效。并与常规方法进行比较,验证了该模型的准确有效性。3.提供了一种基于雷电通道基电流的时间导数来有效计算雷电感应电磁场的方法,从而可以快速求解该端口宏模型中由于入射电磁场而产生的集中等效电源。该方法可以避免处理由于时间延迟和频率参数相关的复杂计算过程,并通过利用一种快速计算理想大地雷电电磁场的方法,从而提高该宏模型的计算效率。

关键词：场线耦合传输线雷电感应过电压雷电电磁场 PSCAD

基于亚网格FDTD的雷击高塔电晕效应影响分析

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基于亚网格FDTD的雷击高塔电晕效应影响分析

作者：高骐森南京信息工程大学

学位级别：硕士

雷击高塔在回击过程产生的辐射电磁场对周围的电气设备等有很大的威胁,深入研究雷击高塔辐射电磁场的空间分布、传播特性以及各种因素对其的影响有较强的意义。在极大的雷电流作用下,高塔表面的电晕效应可能引起雷电流沿高塔传播特性的... 详细信息

雷击高塔在回击过程产生的辐射电磁场对周围的电气设备等有很大的威胁,深入研究雷击高塔辐射电磁场的空间分布、传播特性以及各种因素对其的影响有较强的意义。在极大的雷电流作用下,高塔表面的电晕效应可能引起雷电流沿高塔传播特性的变化,进而影响辐射电磁场,而这种电晕效应在以往的分析中往往被忽略。时域有限差分法(FDTD)在雷电电磁场计算、导体表面电晕模拟中均有一定优势。本文在二维柱坐标系下使用FDTD法建立了考虑侧面电晕效应的雷击高塔电磁模型,并结合惠更斯亚网格技术,对电晕效应可能造成的影响进行了高效的模拟分析。在模拟中,高塔被简化地建模为一定半径的理想圆柱导体,电晕效应通过高塔周围径向发展的高电导率区域来表示。首先,本文基于FDTD法对雷击高塔进行了电磁模型的初步建模,并针对其中激励源的不同加入方式对雷击高塔电流分布的影响进行了具体的模拟对比。结果表明,理想电压源相对于理想电流源能更好地模拟波在高塔顶部的折射过程,更适合用于较长时间的雷击高塔模拟中;同时,模拟中可以通过在电压源顶部、雷电通道底部加入一个一定阻值的电阻的方法来进一步调整高塔顶部的反射、折射系数。之后,本文将惠更斯亚网格技术引入雷击高塔的FDTD分析中,实现了在包含雷电通道及高塔等雷击物体的小范围区域采用较小的空间步长、其余区域仍采用较大的空间步长,从而极大地提高了计算效率。在此基础上,本文深入测试了亚网格FDTD计算模型在雷电电磁场计算中可能出现的误差。结果表明,当亚网格区域右侧内边界距离轴心较近,且主、亚网格空间比例较大时,亚网格FDTD计算模型的计算结果可能出现一定误差,可以通过小幅扩大内边界到轴心的距离来减小该误差。最后,在亚网格FDTD计算模型中对雷击高塔电晕效应的影响进行了高效的模拟分析。结果表明,在极大的雷电流下,高塔侧面的电晕会使电流波沿高塔传播时产生额外的衰减,进而使得雷击高塔的辐射垂直电场、水平电场的波形均出现变化,影响程度随着观测距离的增大而减小。其中,垂直电场所受影响较大,其波形整体趋势不变,峰值及后续电场值均减小;水平电场所受影响程度相对较小,其峰值同样减小,但减小的程度减弱,同时峰值之后的后续下降波形变得平缓,电场值的衰减变慢。以上影响均随着输入电流峰值的减小、高塔半径的增大而显著减小。除此以外,由于引起电晕的极性不同,正地闪时电晕的影响程度相对于负地闪时更大。

关键词：雷电电磁场时域有限差分法亚网格技术雷击高塔电晕效应

有限电导率对地闪回击辐射场上升沿时间和场强幅值的影响

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高电压技术 2012年第2期38卷 457-463页

作者：刘晓东张其林冯旭宇内蒙古雷电预警防护中心南京信息工程大学大气物理学院南京信息工程大学计算机与软件学院

为研究有限电导率对地闪回击辐射场上升沿时间和场强幅值的影响规律,运用Cooray-Rubinstein计算方法对湿地、干地和沙地等不同土壤类型电导率下雷电电磁场传播特征进行了数值模拟,得出随着电导率的减小,回击电磁场波形上升沿时间明显增... 详细信息

为研究有限电导率对地闪回击辐射场上升沿时间和场强幅值的影响规律,运用Cooray-Rubinstein计算方法对湿地、干地和沙地等不同土壤类型电导率下雷电电磁场传播特征进行了数值模拟,得出随着电导率的减小,回击电磁场波形上升沿时间明显增加,因此电导率对场强峰值到达时差法的闪电定位误差影响较大;通过波前时间和观测距离拟合函数关系可以计算闪电发生的距离或传播路径的电导率,磁感应场强幅值随着电导率的减小、观测距离的增加而衰减增大。最后通过与目前常用的反演雷电流强度的公式对比提出了考虑土壤电导率情况下反演雷电流强度的修正曲线。

关键词：有限电导率雷电电磁场上升沿时间场强幅值电流强度反演