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《北京交通大学》 2017年
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高速动车组电磁兼容预测建模方法及其应用研究

张丹  
【摘要】:高速动车组是一个集高压大功率设备、网络通信设备及信号控制设备于一体的复杂巨系统。其内部电磁干扰源众多且形成机理多样,某些受扰设备在特定条件下也会对其他设备造成干扰;同时,高速动车组采用分散动力牵引,有限的空间使得车载电子电气设备安装与布线密集,电磁骚扰传输耦合复杂。仅从高速动车组系统内某一设备或器件的电磁兼容角度出发,无法完整准确地对高速动车组电磁兼容进行研究。特别是高速动车组内部不同功率等级及不同类型的线缆走线错综复杂,由线间串扰导致的电磁干扰故障,直接影响列车运行安全。经典的多导体传输线法在复杂环境中提取单位长度分布参数困难,所建立的线间串扰模型不易扩展,无法对高速动车组线间串扰问题进行准确分析。因此,亟需对复杂系统的电磁兼容预测建模方法进行研究,并提出一种新的线间分布参数提取方法,建立线间串扰耦合模型,进行工程应用。针对以上问题,本文通过理论分析、仿真建模及实验验证的手段,围绕高速动车组电磁兼容预测建模方法及应用展开研究,完成的主要研究内容和取得的研究成果包括以下几个方面,(1)研究并提出了复杂系统面向对象的模块化电磁兼容预测建模方法。该方法从电磁兼容三要素入手,利用面向对象技术及模块化建模的思想,通过构建对象和模块,分析模块间的相互关系,达到对系统电磁兼容进行预测分析的目的。由于该方法忽略了模块内部特征,只关注模块端口间的关系,使得在进行系统电磁兼容分析时,可针对所研究的问题对模块进行单独调用,有效简化了系统级电磁兼容预测分析过程,增强了系统模型的灵活性及可扩展性,为高速动车组整车电磁兼容预测建模提供了思路和手段。(2)研究并提出了基于矩量法和混合积分方程的分布参数提取方法,推导了表征干扰传输耦合特性的电磁骚扰传输函数,并在此基础上建立了不同于传输线模型的线间串扰耦合模型。通过调用不同形式的并矢量格林函数,实现复杂系统中不同布线位置的线间分布参数的提取,解决了多导体传输线法在复杂环境下分布参数提取困难的问题。所建立的多端口线间串扰耦合模型具有很强的灵活性和可扩展性,为分析复杂环境下的线间串扰问题提供了理论依据。经实验验证,结果表明本文提出的线间串扰耦合模型分析结果与实验结果最大误差仅为2dB。(3)将高速动车组线间串扰耦合模型应用到工程实践中。利用该模型分析了高速动车组由于供电线与连接ATP和DMI的Profibus总线的线间串扰导致的电磁干扰故障问题。并在中国标准动车组设计过程当中,使用该模型对车底布线方式进行了预测评估,提出了基于电磁兼容性最优化的车底布线设计方案建议。实现了理论模型的工程应用。综上所述,本文提出的复杂系统面向对象的模块化电磁兼容预测建模方法,为高速动车组系统级电磁兼容性的预测分析奠定了基础。所建立的高速动车组线间串扰耦合多端口网络模型为解决高速动车组布线等工程实际问题提供了手段。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:U266

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