1.一种变压器电场时域仿真方法,其特征在于,包括:S1、基于FDTD算法的基本计算参数构建变压器几何模型,FDTD算法的基本计算参数包括计算区域范围和网格离散策略;S2、在每个网格的任意一个正交方向上,根据前一个时间步长的电场向量和前半个时间步长环绕电场向量的四个磁场向量,更新当前时间步长的电场向量;S3、在每个网格的任意一个正交方向上,根据前一个时间步长的磁场向量和前半个时间步长环绕磁场向量的四个电场向量,更新当前时间步长的磁场向量;S4、判断当前是否达到迭代次数或当前时间步长的电场向量与磁场向量是否满足收敛条件,若是,则将当前时间步长的电场向量与磁场向量作为目标电场向量和目标磁场向量进行输出,执行步骤S5,否则,返回步骤S2;S5、判断电场向量绝对值和电磁信号波长是否符合频率缩比数学模型应用条件,若是,则对输出的目标电场向量进行时域-频域变换,得到高频电场频域离散序列,频率缩比数学模型应用条件为:|σ c +jωε c |>>ωε d其中,σ c 为变压器导体在低频下的等效电导率,ω为低频下的离散角频率,ε c 为变压器导体的介电常数,ε d 为电介质的介电常数,λ d 为电磁波在变压器电介质中的波长,l为被仿真变压器的几何尺寸,μ为磁导率;S6、基于频率缩比数学模型对电场波形的频域离散序列进行低频下的变压器内部电场分布,频率缩比数学模型为:其中,E c (ω)为低频下的变压器内部电场分布,E′ c (ω)为高频电场频域离散序列,ω'为高频下的离散角频率,σ' c 为变压器导体在高频下的等效电导率,ε′ c 为变压器导体在高频下的介电常数。
2.根据权利要求1所述的变压器电场时域仿真方法,其特征在于,步骤S5包括:采用离散傅里叶法对输出的目标电场向量进行时域-频域变换,得到高频电场频域离散序列,时域-频域变换公式为:其中,E(q)为目标电场向量的时域离散序列,N为总时间步数,q为时间步数。
3.根据权利要求1所述的变压器电场时域仿真方法,其特征在于,更新当前时间步长的电场向量的方程为:其中,i、j和k为基于FDTD离散网格的电场向量位置编号,q为时间步数, 和 为x、y、z三个正交方向上对应位置编号和时间步数的电场向量,Δt为时间步长,Δx、Δy和Δz为x、y、z三个正交方向上的最小网格尺寸, 和 为x、y、z三个正交方向上对应位置编号和时间步数的磁场向量,σ为对应网格内的等效电导,ε为对应网格内的介电常数。
4.根据权利要求3所述的变压器电场时域仿真方法,其特征在于,更新当前时间步长的磁场向量的方程为:其中,σ m 为磁导系数,μ为磁导率。
5.根据权利要求1所述的变压器电场时域仿真方法,其特征在于,FDTD算法的基本计算参数还包括空间步长、时间步长、计算停止判据、吸收边界和激励波形。
6.一种变压器电场时域仿真系统,其特征在于,包括:变压器模型构建模块,用于基于FDTD算法的基本计算参数构建变压器几何模型,FDTD算法的基本计算参数包括计算区域范围和网格离散策略;电场向量更新模块,用于在每个网格的任意一个正交方向上,根据前一个时间步长的电场向量和前半个时间步长环绕电场向量的四个磁场向量,更新当前时间步长的电场向量;磁场向量更新模块,用于在每个网格的任意一个正交方向上,根据前一个时间步长的磁场向量和前半个时间步长环绕磁场向量的四个电场向量,更新当前时间步长的磁场向量;第一判断模块,用于判断当前是否达到迭代次数或当前时间步长的电场向量与磁场向量是否满足收敛条件,若是,则将当前时间步长的电场向量与磁场向量作为目标电场向量和目标磁场向量进行输出,跳转至第二判断模块,否则,返回跳转至电场向量更新模块;第二判断模块,用于判断电场向量绝对值和电磁信号波长是否符合频率缩比数学模型应用条件,若是,则对输出的目标电场向量进行时域-频域变换,得到高频电场频域离散序列,频率缩比数学模型应用条件为:|σ c +jωε c |>>ωε d其中,σ c 为变压器导体在低频下的等效电导率,ω为低频下的离散角频率,ε c 为变压器导体的介电常数,ε d 为电介质的介电常数,λ d 为电磁波在变压器电介质中的波长,l为被仿真变压器的几何尺寸,μ为磁导率;低频电场分布输出模块,用于基于频率缩比数学模型对电场波形的频域离散序列进行低频下的变压器内部电场分布,频率缩比数学模型为:其中,E c (ω)为低频下的变压器内部电场分布,E′ c (ω)为高频电场频域离散序列,ω'为高频下的离散角频率,σ' c 为变压器导体在高频下的等效电导率,ε′ c 为变压器导体在高频下的介电常数。
7.根据权利要求6所述的变压器电场时域仿真系统,其特征在于,第二判断模块具体用于:采用离散傅里叶法对输出的目标电场向量进行时域-频域变换,得到高频电场频域离散序列,时域-频域变换公式为:其中,E(q)为目标电场向量的时域离散序列,N为总时间步数,q为时间步数。
8.根据权利要求6所述的变压器电场时域仿真系统,其特征在于,更新当前时间步长的电场向量的方程为:其中,i、j和k为基于FDTD离散网格的电场向量位置编号,q为时间步数, 和 为x、y、z三个正交方向上对应位置编号和时间步数的电场向量,Δt为时间步长,Δx、Δy和Δz为x、y、z三个正交方向上的最小网格尺寸, 和 为x、y、z三个正交方向上对应位置编号和时间步数的磁场向量,σ为对应网格内的等效电导,ε为对应网格内的介电常数。
9.根据权利要求8所述的变压器电场时域仿真系统,其特征在于,更新当前时间步长的磁场向量的方程为:其中,σ m 为磁导系数,μ为磁导率。
10.根据权利要求6所述的变压器电场时域仿真系统,其特征在于,FDTD算法的基本计算参数还包括空间步长、时间步长、计算停止判据、吸收边界和激励波形。