CN117452081B - 一种电磁干扰计算方法、装置及存储介质、电子终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电磁干扰计算方法、装置及存储介质、电子终端。其中，电磁干扰计算方法，包括如下步骤：对智能电表所处工作环境空间采用六面体进行空间网格剖分，得到离散后的空间网格；基于所述空间网格对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分处理，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式；将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线中的电流密度作为激励源加入到对应空间网格处的麦克斯韦方程组中的电场方程中；计算麦克斯韦方程组中的可行解，通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息。利用本发明能够精确计算智能电表周围的电磁干扰强度。
Description
技术领域
本发明涉及智能电表应用技术领域，具体涉及了一种电磁干扰计算方法、装置及存储介质、电子终端。
背景技术
智能电表是一种集智能化、数字化、通信化于一体的电表，具有远程抄表、实时监测等功能，是电力行业数字化升级的重要组成部分。目前，由于智能电表中包含许多电子元器件，在存在复杂的电磁环境中，其计量性能很容易受到电磁干扰的影响。然而，在复杂的电磁环境中，麦克斯韦方程连续求解计算量过大，难以精确计算智能电表周围的电磁干扰强度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电磁干扰计算方法、装置及存储介质、电子终端，以解决复杂的电磁环境中，由于麦克斯韦方程连续求解计算量过大，难以精确计算智能电表周围的电磁干扰强度的问题。
为实现本发明的目的，本发明提供的技术方案具体如下：
第一方面
本发明提供了一种电磁干扰计算方法，包括如下步骤：
步骤1：对智能电表所处工作环境空间采用六面体进行空间网格剖分，得到离散后的空间网格；
步骤2：基于所述空间网格对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分处理，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式；
步骤3：将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线中的电流密度作为激励源加入到对应空间网格处的麦克斯韦方程组中的电场方程中；
步骤4：计算麦克斯韦方程组中的可行解，通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息。
第二方面
本发明提供了一种电磁干扰计算装置，包括网格剖分单元、差分离散单元、激励源加入单元以及求解单元：
所述网格剖分单元用于对智能电表所处工作环境空间采用六面体进行空间网格剖分，得到离散后的空间网格；
所述差分离散单元用于基于所述空间网格对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分处理，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式；
所述激励源加入单元用于将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线中的电流密度作为激励源加入到对应空间网格处的麦克斯韦方程组中的电场方程中；
所述求解单元用于计算麦克斯韦方程组中的可行解，通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息。
第三方面
本发明提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述的电磁干扰计算方法。
第四方面
本发明提供了一种电子终端，所述电子终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如上述的电磁干扰计算方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明提供的方案通过调研智能电能表工作环境，通过多重网格剖分提升电表周围电磁干扰的计算精度，进一步对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分，得到频域下麦克斯韦方程的离散形式，之后将智能电表所处工作环境空间中的噪音设备作为激励源加入到对应网格的电场中，最后通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息，能够精确计算智能电表周围的电磁干扰强度。
附图说明
图1为本发明实施例中网格剖分示意图；
图2为本发明实施例中电磁场分布示意图；
图3为本发明实施例中智能电表周围电场强度示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明的目的是针对复杂的电磁环境中智能电表周围的电磁干扰强度难以精确计算的问题，提出了一种电磁干扰计算方法、装置及存储介质、电子终端。通过调研智能电能表工作环境，通过多重网格剖分提升智能电表周围电磁干扰的计算精度，进一步对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式，之后将智能电表所处工作环境空间中的噪音设备作为激励源加入到对应网格的电场中，最后通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息。
如图1-图3所示，本发明提供了一种电磁干扰计算方法，包括如下步骤：
步骤1：对智能电表所处工作环境空间采用六面体进行空间网格剖分，得到离散后的空间网格；
步骤2：基于所述空间网格对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分处理，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式；
步骤3：将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线中的电流密度作为激励源加入到对应空间网格处的麦克斯韦方程组中的电场方程中；
步骤4：计算麦克斯韦方程组中的可行解，通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息。
优选地，所述步骤1中，包括一次网格剖分和二次网格剖分，其中，一次网格剖分包括在所述智能电表所处工作环境空间的第一范围内采用第一预设步长进行网格剖分，在所述智能电表所处工作环境空间的第二范围内采用第二预设步长进行网格剖分，二次网格剖分为在一次网格剖分结果基础上，对所述智能电表所处工作环境空间采用第三预设步长进行网格剖分；其中，所述第二范围大于所述第一范围，所述第二预设步长大于所述第一预设步长，所述第一预设步长大于所述第三预设步长。
需要说明的是采用40*40*40个网格对智能电表工作环境空间进行剖分，所述第二预设步长为12.8m，所述第一预设步长为1mm，所述第三预设步长为0.5mm。所述第二范围为智能电表工作环境空间外围边界处，所述第一范围为智能电表所处的空间中心处。
优选地，所述步骤2，具体包括如下：
所述麦克斯韦方程组按照所述空间网格在直角坐标系下沿x、y和z三个方向展开后得到：
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
其中，为电导率，/>为偏微分，/>为真空磁导率，ω为角频率，/>、/>和/>为x、y和z三个方向上的电场分量，/>、/>和/>为x、y和z三个方向上的磁场分量，/>，，/>为x、y和z三个方向上噪音设备导线中的电流密度，i为虚数；
对展开后的麦克斯韦方程组进行差分离散，利用差分项代替微分项整理得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式：
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
其中，、/>、/>为直角坐标系下三个方向上的网格步长，i为虚数。
优选地，所述步骤3，具体包括如下：
将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线通过的电流除以导线的横截面积，得到噪音设备导线中的电流密度，将所述电流密度作为激励源加入到对应空间网格方向上的麦克斯韦方程组中的电场方程中，对应电流密度计算如下：
(13)
(14)
（15）。
优选地，所述步骤4，具体包括如下：将麦克斯韦方程组中的电场方程替换到麦克斯韦方程组中的磁场方程中，并将智能电表所处工作环境空间的第二范围内电场强度和磁场强度全部设置为0向量，通过feasp求解器计算求解，得到直角坐标系下三个方向上的电场分量，通过傅里叶快速变换来获得时域下的电磁干扰的电磁场强度信息。
与上述方法相对应地，本发明还提供了一种电磁干扰计算装置，包括网格剖分单元、差分离散单元、激励源加入单元以及求解单元：
所述网格剖分单元用于对智能电表所处工作环境空间采用六面体进行空间网格剖分，得到离散后的空间网格；
所述差分离散单元用于基于所述空间网格对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分处理，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式；
所述激励源加入单元用于将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线中的电流密度作为激励源加入到对应空间网格处的麦克斯韦方程组中的电场方程中；
所述求解单元用于计算麦克斯韦方程组中的可行解，通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息。
优选地，所述差分离散单元，具体用于：
所述麦克斯韦方程组按照所述空间网格在直角坐标系下沿x、y和z三个方向展开后得到：
(16)
(17)
(18)
(19)
(20)
(21)
其中，为电导率，/>为偏微分/>为真空磁导率，ω为角频率，/>、/>和/>为x、y和z三个方向上的电场分量，/>、/>和/>为x、y和z三个方向上的磁场分量，/>，/>，/>为x、y和z三个方向上噪音设备导线中的电流密度，i为虚数；
对展开后的麦克斯韦方程组进行差分离散，利用差分项代替微分项整理得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式：
(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
其中，、/>、/>为直角坐标系下三个方向上的网格步长。
优选地，所述激励源加入单元，具体用于：
将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线通过的电流除以导线的横截面积，得到噪音设备导线中的电流密度，将所述电流密度作为激励源加入到对应空间网格方向上的麦克斯韦方程组中的电场方程中，对应电流密度计算如下：
(28)
(29)
（30）。
另外，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如上述的电磁干扰计算方法。
另外，本发明还提供了一种电子终端，所述电子终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如上述的电磁干扰计算方法。
以上结合附图详细描述了本发明实施例的可选实施方式，但是，本发明实施例并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施例的技术构思范围内，可以对本发明实施例的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施例的保护范围。
Claims (7)
1.一种电磁干扰计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：对智能电表所处工作环境空间采用六面体进行空间网格剖分，得到离散后的空间网格；
步骤2：基于所述空间网格对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分处理，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式；
步骤3：将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线中的电流密度作为激励源加入到对应空间网格处的麦克斯韦方程组中的磁场方程中；
步骤4：计算麦克斯韦方程组中的可行解，通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息；
所述步骤3，具体包括如下：
将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线通过的电流除以导线的横截面积，得到噪音设备导线中的电流密度，将所述电流密度作为激励源加入到对应空间网格方向上的麦克斯韦方程组中的磁场方程中，对应电流密度计算如下：
其中，其中，Δx、Δy、Δz为直角坐标系下三个方向上的网格步长；Jx，Jy，Jz为x、y和z三个方向上噪音设备导线中的电流密度；
所述步骤4，具体包括如下：将麦克斯韦方程组中的电场方程替换到麦克斯韦方程组中的磁场方程中，并将智能电表所处工作环境空间的第二范围内电场强度和磁场强度全部设置为0向量，通过feasp求解器计算求解，得到直角坐标系下三个方向上的电场分量，通过傅里叶快速变换来获得时域下的电磁干扰的电磁场强度信息。
2.根据权利要求1所述的一种电磁干扰计算方法，其特征在于，所述步骤1中，包括一次网格剖分和二次网格剖分，其中，一次网格剖分包括在所述智能电表所处工作环境空间的第一范围内采用第一预设步长进行网格剖分，在所述智能电表所处工作环境空间的第二范围内采用第二预设步长进行网格剖分，二次网格剖分为在一次网格剖分结果基础上，对所述智能电表所处工作环境空间采用第三预设步长进行网格剖分；其中，所述第二范围大于所述第一范围，所述第二预设步长大于所述第一预设步长，所述第一预设步长大于所述第三预设步长。
3.根据权利要求2所述的一种电磁干扰计算方法，其特征在于，所述步骤2，具体包括如下：
所述麦克斯韦方程组按照所述空间网格在直角坐标系下沿x、y和z三个方向展开后得到：
其中，σ为电导率，为偏微分，μ0为真空磁导率，ω为角频率，Ex、Ey和Ez为x、y和z三个方向上的电场分量，Hx、Hy和Hz为x、y和z三个方向上的磁场分量，i为虚数；
对展开后的麦克斯韦方程组进行差分离散，利用差分项代替微分项整理得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式：
4.一种电磁干扰计算装置，其特征在于，包括网格剖分单元、差分离散单元、激励源加入单元以及求解单元：
所述网格剖分单元用于对智能电表所处工作环境空间采用六面体进行空间网格剖分，得到离散后的空间网格；
所述差分离散单元用于基于所述空间网格对麦克斯韦方程组中的电场方程和磁场方程进行差分处理，得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式；
所述激励源加入单元用于将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线中的电流密度作为激励源加入到对应空间网格处的麦克斯韦方程组中的磁场方程中；
所述求解单元用于计算麦克斯韦方程组中的可行解，通过频域到时域的傅里叶快速变换得到时域下电磁干扰的电磁场强度信息；
步骤3，具体包括如下：
将加载的智能电表所处工作环境空间中的噪音设备导线通过的电流除以导线的横截面积，得到噪音设备导线中的电流密度，将所述电流密度作为激励源加入到对应空间网格方向上的麦克斯韦方程组中的磁场方程中，对应电流密度计算如下：
其中，其中，Δx、Δy、Δz为直角坐标系下三个方向上的网格步长；Jx，Jy，Jz为x、y和z三个方向上噪音设备导线中的电流密度；
步骤4，具体包括如下：将麦克斯韦方程组中的电场方程替换到麦克斯韦方程组中的磁场方程中，并将智能电表所处工作环境空间的第二范围内电场强度和磁场强度全部设置为0向量，通过feasp求解器计算求解，得到直角坐标系下三个方向上的电场分量，通过傅里叶快速变换来获得时域下的电磁干扰的电磁场强度信息。
5.根据权利要求4所述的一种电磁干扰计算装置，其特征在于，所述差分离散单元，具体用于：
所述麦克斯韦方程组按照所述空间网格在直角坐标系下沿x、y和z三个方向展开后得到：
其中，σ为电导率，为偏微分，μ0为真空磁导率，ω为角频率，Ex、Ey和Ez为x、y和z三个方向上的电场分量，Hx、Hy和Hz为x、y和z三个方向上的磁场分量，i为虚数；
对展开后的麦克斯韦方程组进行差分离散，利用差分项代替微分项整理得到频域下麦克斯韦方程组的离散形式：
6.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由处理器加载并执行以实现如权利要求1-3中任一项所述的电磁干扰计算方法。
7.一种电子终端，其特征在于，所述电子终端包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现如权利要求1-3中任一项所述的电磁干扰计算方法。
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