研究背景

隨著電磁環(huán)境的復(fù)雜化，影響傳輸線場(chǎng)線耦合分析的隨機(jī)變量增多。對(duì)于不確定性問(wèn)題的分析，傳統(tǒng)的方法是蒙特卡羅(MC)方法，但是其計(jì)算效率會(huì)隨著樣本數(shù)量的增加而顯著下降。針對(duì)蒙特卡羅方法效率低、計(jì)算成本高的缺點(diǎn)，本文基于隨機(jī)配點(diǎn)法(SC)和隨機(jī)降階法(SROM)對(duì)埋地管道的HEMP響應(yīng)進(jìn)行了不確定度量化，提高了計(jì)算效率。

本文的研究工作受到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFC0800100）的資助。

論文所解決的問(wèn)題及意義

本文采用HEMP的Bell實(shí)驗(yàn)室波形，以入射仰角、入射方位角作為隨機(jī)輸入變量，構(gòu)造了埋地管道電流和電壓響應(yīng)的不確定度量化的計(jì)算模型。基于此模型計(jì)算了埋地管道兩端接有不同負(fù)載時(shí)響應(yīng)電流和響應(yīng)電壓的統(tǒng)計(jì)信息。

以蒙特卡羅方法(MC)的計(jì)算結(jié)果為參考，對(duì)比了SC和SROM兩種方法的準(zhǔn)確度和計(jì)算效率。最后基于SC展開(kāi)式得到了管道響應(yīng)電流對(duì)各輸入?yún)?shù)的敏感度。埋地管道電壓、電流響應(yīng)的不確定度量化結(jié)果能夠?yàn)楣艿赖碾姶欧雷o(hù)提供更全面的參考。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

本文考慮了電磁脈沖的入射仰角服從非典型分布的情況，構(gòu)建了相應(yīng)的正交多項(xiàng)式基函數(shù)，并以其根作為SC方法的插值點(diǎn)，將插值點(diǎn)組成的樣本帶入響應(yīng)電壓、響應(yīng)電流的函數(shù)表達(dá)式（即目標(biāo)函數(shù)）中求得對(duì)應(yīng)的函數(shù)值，最后利用拉格朗日插值將目標(biāo)函數(shù)表示成一組完備正交基的多項(xiàng)式組合，以此作為原目標(biāo)函數(shù)的代理模型。

SROM法則是根據(jù)歐式距離最小來(lái)從大樣本中選取小樣本，即用較少的點(diǎn)來(lái)最大程度地反映輸入?yún)?shù)的分布規(guī)律，用這些較少的點(diǎn)來(lái)代替MC方法中巨大的樣本集，從而提高計(jì)算效率。

圖1 電流響應(yīng)的累積概率密度曲線對(duì)比

圖2 兩種方法相對(duì)于MC方法的誤差分析

結(jié)論

本文將入射仰角和方位角看作隨機(jī)輸入變量，基于隨機(jī)配點(diǎn)法和隨機(jī)降階法對(duì)埋地管道響應(yīng)電流和電壓進(jìn)行了不確定度量化。以MC方法30000個(gè)輸入樣本的計(jì)算結(jié)果為參考，隨機(jī)配點(diǎn)法的樣本數(shù)大于9就可以將響應(yīng)電流幅值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差誤差降至0.1%以內(nèi)，隨機(jī)降階法樣本數(shù)大于150能將誤差降至5%之內(nèi)。

基于SC方法可以方便地計(jì)算出輸出變量對(duì)輸入?yún)?shù)的敏感度，本文的算例中響應(yīng)電流幅值對(duì)仰角的敏感度大于對(duì)方位角的敏感度。后期工作將著力于改進(jìn)SROM抽樣方法，進(jìn)一步提高該方法的準(zhǔn)確度。

引用本文

劉青, 王晨東, 李湛宇, 王英瀾. 埋地管道HEMP響應(yīng)的不確定度量化[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2019, 34(9): 1789-1797.Liu Qing, Wang Chendong, Li Zhanyu, Wang Yinglan. Uncertainty Quantification of Response of Buried Pipeline to High-Altitude Electromagnetic Pulse. Transactions of China Electrotechnical Society, 2019, 34(9): 1789-1797.

團(tuán)隊(duì)介紹

劉青，女，西安科技大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師。中國(guó)電源學(xué)會(huì)電磁兼容專業(yè)委員會(huì)委員，中國(guó)兵工學(xué)會(huì)復(fù)雜輻射場(chǎng)技術(shù)及應(yīng)用專委會(huì)委員。

承擔(dān)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃子課題研究任務(wù)，先后參與中國(guó)工程院重點(diǎn)和重大咨詢項(xiàng)目，主持或參與陜西省教育廳科技項(xiàng)目、國(guó)家自然基金青年基金項(xiàng)目、西安科技大學(xué)青年教師培育基金等科研項(xiàng)目。在IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility、電工技術(shù)學(xué)報(bào)、高電壓技術(shù)、電網(wǎng)技術(shù)等國(guó)內(nèi)外有重要影響的學(xué)術(shù)刊物及國(guó)際會(huì)議上發(fā)表論文30余篇。

主要研究方向：電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)仿真、電力系統(tǒng)過(guò)電壓及其防護(hù)、電力系統(tǒng)電磁兼容、供電安全技術(shù)等。

團(tuán)隊(duì)

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