第4节　高速动车组列车电磁兼容仿真建模和预测分析研究现状

通过建立电路模型、数值模型等方法预测分析系统的电磁兼容是电磁兼容研究领域的最高阶段。这也是从设计阶段以最小的代价解决电磁干扰问题必不可少的方法和手段。高速动车组列车是非常复杂的电大系统，其电磁兼容建模预测方法比器件和设备的电磁兼容建模预测要复杂得多。

一般而言，电磁兼容仿真建模和预测分析的方法概括起来主要有解析法、经验法和数值计算法。所谓解析法是指对被研究对象进行简化和假设，利用矢量场计算方法或电路分析方法，建立电磁场发射或电路等效模型，用解析方法得到近似解；经验法是指通过实验或现场测量，从大量实测数据中提取被研究对象的特性参数，对被研究对象进行详细分析的方法；数值计算法是指基于电磁场的数值计算方法建立被研究对象的电磁兼容性数值仿真模型，利用数值计算软件计算得到被研究对象的特性。数值仿真模型以其相对简单直观且较为精确的计算分析特点在工程实践中得到了广泛应用。目前常用的电磁场数值分析方法有频域有限元法（Finite Element Method，FEM）、矩量法（Method of Moment，MoM）、时域有限差分法（Finite Difference Time Domain，FDTD）、物理光学法（Physical Optics，PO）、时域传输线法（Transmission Line Matrix method，TLM）等。各种数值计算方法适用的分析对象不同，因此，每种方法也都有它的使用局限性。

针对系统级的电磁兼容建模预测研究，C.E.Baum于1974年首先提出了电磁拓扑的概念。1978年C.E.Baum，T.K.Liu和F.M.Tesche在多导体传输线网络模型的基础上，提出了建立电磁拓扑的基本方法——BLT电报方程。电磁拓扑将图论、电磁场理论、数学矩阵等概念融为一体，在充分考虑系统内各部分之间相互关系的基础上，利用场路相结合的方法分析系统的复杂电磁兼容问题，这种方法被称为系统级电磁兼容预测分析的经典方法。但随着系统复杂性的增加，所建立的拓扑结构越来越复杂，节点及骚扰耦合途径数量迅速增加，使得电磁拓扑法已无法对复杂系统的电磁兼容进行准确的定量分析。因此，不少学者在电磁拓扑法的基础上，提出了层次分析的概念。例如田锦建立了通信系统电磁兼容指标体系的分层结构，用于对通信系统的电磁兼容进行分析和评估。国内有学者利用层次分析的概念搭建了复杂系统的电磁兼容故障分析模型。层次分析法虽然从一定程度上简化了模型的复杂度，但仍无法完全解决实质性的电磁兼容预测分析问题，复杂系统的电磁兼容预测分析仍停留在定性分析的层面。为了达到定量分析的目的，目前已有学者利用故障树、蒙特卡罗法、贝叶斯网络对系统的电磁兼容进行预测评估。例如，Emmanuelle Garcia使用概率统计方法建立了电子设备全生命周期的安全性量化分析模型，并以雷击场中的同轴线耦合为例，利用雷电骚扰信号的概率密度函数（Probability Distribution Function，PDF）和累计概率分布函数（Cumulative probability Distribution Function，CDF）分析了雷电骚扰信号对同轴线内有用信号传输的影响，最终给出了系统受雷电影响的概率。Evgeni Genender等人在器件敏感性的统计模型和电磁骚扰耦合评估结果的基础上建立了基于故障树的系统级电磁干扰故障率统计模型。Congguang Mao等人提出了故障树与贝叶斯网络相结合的方法，分析了强电磁脉冲对系统敏感性的影响。

综上所述，目前国内外系统级电磁兼容预测评估与定量分析研究的突出特点在于研究对象的针对性较强，模型缺乏可扩展性。

针对复杂大型系统的电磁兼容仿真建模和预测分析，进一步的研究方向是如何增加模型的灵活性和可扩展性，同时克服由于系统的复杂性所带来的系统各部分的状态组合过于复杂、计算量呈“爆炸”式增长的现象及计算不收敛等问题。