本发明涉及近场环境下的瞬态响应，尤其是一种用于导电结构的基于tlm（transmissionline modelling，传输线建模）的多支路导体簇瞬态响应方法和系统。
背景技术：
1、在进行大尺度电磁场计算时，往往会出现对象包含径向尺寸远小于目标频率波长的导体的情况，这里称该类导体为细导体。在全波求解细导体瞬态响应时，需要在其截面上剖分网格，由于细导体径向尺寸较小，因此会导致整体目标的网格尺寸向细导体妥协。这种情况下，分析较大电磁结构中布置的多根细导体结构在电磁瞬态分析中会导致不必要的网格冗余，使得内存占用过大，计算时间大幅增加。
2、以往针对该类问题，通常采用局部精细化网格剖分技术，或采用传输线等效求解，或将整个导体结构用矢量匹配法等效为有理函数模型，转化为集总阻抗模型求解。然而局部精细化方法会消耗大量计算资源、传输线方法无法等效复导体筋网络、用矢量匹配法等效在面对实际工程时显得不够灵活。因此，对于复杂结构下细导体的瞬态响应计算亟需一种兼具快速与精准的计算方法。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术难以快速精确的计算复杂结构下瞬态响应的缺陷，本发明提出了一种用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，实现了非电气连接的细导体回路之间响应的快速计算。
2、本发明提出的一种用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，包括以下步骤：
3、s1、将研究对象通过六面体网格划分为导体节点，在六面体网格中布置细导体以构建导体节点对应的导体簇模型；导体簇模型由在笛卡尔坐标系的三个方向（x、y、z）上布置的细导体构成，且细导体在六面体网格中心交叉以形成由细导体交叉点向外延伸的六条支路；六面体网格采用立方体结构，六面体网格的边长大于导体节点的截面直径；研究对象为导电结构；
4、s2、构建单个导体节点的响应计算公式，响应包括导体节点向各支路传递的电流{ich|1≤h≤6}以及导体节点的电压vc；
5、s3、构建导体节点的响应传播方程；
6、s4、确定导电结构上导体节点的拓扑结构，确定激励输入点和响应观测点，获取激励输入点到响应观测点的传播路径；
7、s5、在传播路径上由激励点开始，依次计算相邻导体节点的响应，直至得到响应观测点的响应。
8、优选的，令支路m和支路g同向，且支路m为q方向的正向，g为q方向的负向，q∈{x,y,z}，则s3中q方向上的传播方程为：
9、t+1vic0g(q-1)=tvrc0m(q)fbm；t+1vic0m(q+1)=tvrc0g(q)fbg；
10、t+1vicsm(q)=tvrcsm(q)(-fbm)；t+1vicsg(q)=tvrcsg(q)(-fbg)；
11、t+1vicom(q)=tvrcom(q)fbm；t+1vicog(q)=tvrcog(q)fbg；
12、其中，t表示时刻，t+1为t的下一个时刻；上标i表示入射电压，上标r表示反射电压；q-1、q和q+1为沿着q正向分布的连续导体节点；t+1vic0g(q-1)表示导体节点q-1在t+1时刻上支路g的入射电压脉冲矩阵vic0g，t+1vic0m(q+1)表示导体节点q+1在t+1时刻上支路m的入射电压脉冲矩阵vic0m；vrc0m表示支路m的反射电压脉冲矩阵，tvrc0m(q)表示导体节点q在t时刻上支路m的反射电压脉冲矩阵vrc0m；tvrc0g(q)表示导体节点q在t时刻上支路g的反射电压脉冲矩阵vrc0g；
13、t+1vicsm(q)表示导体节点q在t+1时刻上支路m的短路补偿入射电压脉冲矩阵vicsm，t+1vicsg(q)表示导体节点q在t+1时刻上支路g的短路补偿入射电压脉冲矩阵vicsm；tvrcsm(q)表示导体节点q在t时刻上支路m的短路补偿反射电压脉冲矩阵vrcsm，tvrcsg(q)表示导体节点q在t时刻上支路g的短路补偿反射电压脉冲矩阵vrcsg；
14、t+1vicom(q)表示导体节点q在t+1时刻上支路m由入射脉冲产生的开路补偿电压vicom，t+1vicog(q)表示导体节点q在t+1时刻上支路g由入射脉冲产生的开路补偿电压vicog；tvrcom(q)表示导体节点q在t时刻上支路m的开路补偿反射电压矩阵vrcom，tvrcog(q)表示导体节点q在t时刻上支路g的开路补偿反射电压矩阵vrcog；
15、fbm为支路m的标志；fbm值为“1”时表示支路m存在，fbm值为“0”则表示支路m不存在；fbg为支路g的标志；fbg值为“1”时表示支路g存在，fbg值为“0”则表示支路g不存在。
16、优选的，s2中，响应的计算公式为：
17、icm=yc∑smvc∑sm-yc∑smvc；-icg=yc∑sgvc∑sg-yc∑sgvc；
18、vc= nh/ dh；nh=fbh(yc∑shvc∑sh-ic∑oh)；
19、dh=fbh[yc∑oh+yc∑sh((k+1)ik,k-[1]k,k)]；yc∑sh=(zcoh+zcsh,const+rcsh+zth,const)-1；
20、yc∑oh=ycoh,const+gcoh+yth,const；
21、vc∑sh=2vic0h-2vicsh[1]k,1-vncsh,freq[1]k,1-vnth,freq[1]k,1+ v th+[vz/2]fm；
22、ic∑oh=-2ycoh,const(vicoh[1]k,1)+incoh,freq[1]k,1+inth,freq[1]k,1-ith[1]k,1；
23、其中，icm表示支路m的电流，yc∑sm表示支路m对应的短路补偿导纳整合量，vc∑sm表示支路m对应的短路补偿电压整合量；icg表示支路g的电流，yc∑sg表示支路g对应的短路补偿导纳整合量，vc∑sg表示支路g对应的短路补偿电压整合量；
24、vc表示导体簇节点的总电压矩阵；nh和dh均表示多芯情况下支路h对应的整合量；yc∑sh表示支路h对应的短路补偿导纳整合量，vc∑sh表示支路h对应的短路补偿电压整合量，ic∑oh表示支路h对应的开路补偿电流整合量，yc∑oh表示支路h对应的开路补偿导纳整合量；[1]k,k
25、代表 k× k维且元素均为1的矩阵；[1]k,1代表 k× 1维且元素均为1的矩阵；ik,k代表k阶单位矩阵；
26、zcoh表示支路h的开路补偿阻抗，zcsh代表支路h的短路补偿阻抗，zcsh,const代表zcsh表达式中的常数项，rcsh表示支路h的短路补偿电阻，zth为支路h的终端串并联的负载阻抗，zth,const代表zth表达式中的常数项；ycoh为支路h上的开路补偿导纳，ycoh,const为ycoh中的常数项；gcoh表示支路h的并联电场损耗等效电导；yth为支路h上的负载导纳，yth,const为yth表达式中的常数项；
27、vic0h表示支路h入射电压脉冲矩阵，vicsh表示支路h短路补偿入射电压脉冲矩阵，[1]k,1表示k×1的1矩阵，vncsh,freq代表n时刻上支路h上短路补偿阻抗其频率相关项产生的电压，vnth,freq代表n时刻上支路h上负载阻抗的频率相关项产生的电压， v th为支路h的串联激励电压源，vz表示z方向上导体外部介质节点瞬时入射电场等效源，fm表示屏蔽标志，当细导体不受瞬态电磁脉冲影响，则fm=0；反之fm=1；
28、vicoh表示支路h上的由入射脉冲产生的开路补偿电压，incoh,freq代表n时刻上支路h上开路补偿导纳其频率相关项相关的电流，inth,freq表示支路h上负载阻抗的频率相关项产生的电流，ith表示支路h的终端串并联的负载电流。
29、优选的，vncsh,freq、vnth,freq、incoh,freq、inth,freq计算公式如下：
30、zcshich=zcsh,constich+vncsh,freq[1]k,1；zthich=zth,constich+vnth,freq[1]k,1；
31、ycoh[(vcoh-2vicoh)[1]k,1]=ycoh,const[(vcoh-2vicoh)[1]k,1]+incoh,freq[1]k,1；
32、 y th(vcoh[1]k,1)= y th,const(vcoh[1]k,1)+inth,freq[1]k,1；
33、其中，表示卷积；zcsh代表支路h的短路补偿阻抗，zcsh,const代表zcsh表达式中的常数项；ich表示导体节点的支路h上的电流；zth为支路h的终端串并联的负载阻抗，zth,const代表zth表达式中的常数项；
34、ycoh为支路h上的开路补偿导纳，ycoh,const为ycoh中的常数项；vcoh表示支路h的瞬时端口电压；vicoh表示支路h上的由入射脉冲产生的开路补偿电压；
35、yth为支路h上的负载导纳，yth,const为yth表达式中的常数项。
36、优选的，步骤s5包括以下分步骤：
37、s51、获取导体节点q的参照参数，在传播路径上，将t时刻上导体节点q已知的参照参数代入传播方程计算t+1时刻上下一个导体节点q'的求解参数；q的初始值为激励输入点，t的初始值为激励脉冲输入时刻；
38、参照参数包括：支路h的反射电压脉冲矩阵vrc0h、支路h的短路补偿反射电压脉冲矩阵
39、vrcsh、支路h的开路补偿反射电压矩阵vrcoh；
40、求解参数包括：支路h的入射电压脉冲矩阵vic0h、支路h的短路补偿入射电压脉冲矩阵
41、vicsh、支路h由入射脉冲产生的开路补偿电压vicoh；
42、s52、判断导体节点q'是否为响应观测点：是，则计算响应观测点向各支路传递的电流{icm|1≤m≤6}以及其电压vc；否，则执行步骤s53；
43、s53、计算导体节点q'的参照参数；
44、vrc0m=(vic0m-zc0micm)fbm；vrc0g=(vic0g+zc0gicg)fbg；
45、vrcsm=(vicsm+zcsmicm)fbm；vrcsg=(vicsg+zcsgicg)fbg；
46、vrcom=(vcom-vicom)fbm；vrcog=(vcog-vicog)fbg；
47、其中，vic0m表示支路m的入射电压脉冲矩阵，zc0m表示支路m的特性阻抗，icm表示支路m的电流，fbm表示支路m的标志；vic0g表示支路g的入射电压脉冲矩阵，zc0g表示支路g的特性阻抗，icg表示支路g的电流，fbg表示支路g的标志；vicsm表示支路m的短路补偿入射电压脉冲矩阵，zcsm表示支路m的短路补偿型特性阻抗；vcom表示支路m瞬时端口电压；vicom表示支路m由入射脉冲产生的开路补偿电压；vicsg表示支路g的短路补偿入射电压脉冲矩
48、阵，zcsg表示支路g的短路补偿型特性阻抗；vcog表示支路g瞬时端口电压；vicog表示支路g由入射脉冲产生的开路补偿电压；支路m与支路g共线，且支路m为正向，支路g为反向；
49、s54、将q更新为q'，将t更新为t+1；然后返回步骤s51。
50、优选的，令支路h的瞬时端口电压记作vcoh；优选的，令支路h的瞬时端口电压记作vcoh；
51、；
52、vcpk=∑6h=1(vc,hpp-vc,hkk)；
53、其中，vc,hpp为导体簇节点中支路h上导体p的电压，vc,hkk为导体簇节点中支路h上导体k的电压；vcpk和vckp均表示导体簇节点中导体p和导体k之间的差模电压，1≤k≤k0，1≤p≤k0，且p≠k，k0为导体节点中的并行导体数量。
54、优选的，支路h的终端串并联的负载电流记作ith，支路h上的负载导纳记作yth，支路h上的开路补偿导纳记作ycoh，支路h的并联电场损耗等效电导记作gcoh，有：
55、；
56、；
57、其中，ithkk为支路h上导体k的并联终端电流源，ithpk为支路h上导体p影响下导体k产生的并联终端电流源；ythkk为支路h上导体k的终端导纳，ythpk为支路h上导体p影响下导体k产生的终端导纳； y coh kk代表支路h上导体k的开路补偿型导纳， y cohpk代表支路h上在导体
58、p影响下导体k产生的开路补偿型导纳； g coh kk代表支路h上导体k的开路附加电导； g cohpk代表支路h上导体p影响下导体k产生的开路附加电导。
59、优选的，采用相同电芯构成的多芯电缆的等效电路中，有：
60、ithpk=ithkp，ythpk=ythkp； y cohpk= y cohkp， g cohpk= g cohkp；
61、其中，ithkp为支路h上导体k影响下导体p产生的并联终端电流源；ythkp为支路h上导体k影响下导体p产生的终端导纳； y cohkp代表支路h上在导体k影响下导体p产生的开路补偿型导纳； g cohkp代表支路h上导体k影响下导体p产生的开路附加电导。
62、优选的，六面体网格采用立方体结构，六面体网格的边长大于或者等于导体节点处的截面直径的10倍。
63、本发明提出的一种用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应系统，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器连接存储器，处理器用于执行所述计算机程序，以实现所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法。
64、本发明的优点在于：
65、本发明提出的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，通过将导电结构采用六面体网格进行数值剖分，将导体与六面体网格表层构成方形同轴结构。同时考虑网格结构对瞬态响应的影响，引入多支路节点，既可以实现对来自不同方向导体的连接，又适用于建模实际工程结构如接地网或钢筋混凝土结构，还可以在导体添加串联或并联的集总元件作为导体的终端条件。采用该方法既可以保留使用全波方法计算非电气连接导体或电缆回路的空间瞬态电磁脉冲以及感应分量，也可以大大削减网格需求，以此降低内存占用并提高计算效率。
66、本发明中，由激励点开始沿着响应传播方向逐点计算，直至得到响应观测点的响应，保证了响应计算的精确性。
1.一种用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，令支路m和支路g同向，且支路m为q方向的正向，g为q方向的负向，q∈{x,y,z}，则s3中q方向上的传播方程为：
3.如权利要求2所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，s2中，响应的计算公式为：
4.如权利要求3所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，vncsh,freq、vnth,freq、incoh,freq、inth,freq计算公式如下：
5.如权利要求3所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，步骤s5包括以下分步骤：
6.如权利要求5所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，令支路h的瞬时端口电压记作vcoh；
7.如权利要求6所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，支路h的终端串并联的负载电流记作ith，支路h上的负载导纳记作yth，支路h上的开路补偿导纳记作ycoh，支路h的并联电场损耗等效电导记作gcoh，有：
8.如权利要求7所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，采用相同电芯构成的多芯电缆的等效电路中，有：
9.如权利要求1所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法，其特征在于，六面体网格采用立方体结构，六面体网格的边长大于或者等于导体节点处的截面直径的10倍。
10.一种用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应系统，其特征在于，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，处理器连接存储器，处理器用于执行所述计算机程序，以实现如权利要求1-8任一项所述的用于导电结构的基于tlm的多支路导体簇瞬态响应方法。
