抢鲜看｜《电工技术学报》2024年第8期目次及摘要-电工技术未来发展趋势分析

发布：2024-01-30 11:21:19 作者：广东电工网点击：

《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》。

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电工理论

跑道型高温超导磁体的磁场解析计算模型

：龚天勇；马光同；任刚

摘要：基于均匀电流密度假设和毕奥-萨伐尔定律,该文建立了三种计算跑道型高温超导磁体磁场的解析模型。通过有限元仿真和实验测量验证了解析模型的有效性,对比分析了三种解析模型的计算精度和效率。基于解析模型,探究了椭圆段和电流密度穿透深度对跑道型超导磁体磁场分布的影响,揭示了自洽模型的磁场边界大小对超导磁体临广东电工网界电流估计值的影响规律。该文建立的磁场解析模型能够准确快速地计算复杂形状超导磁体和常导磁体的磁场,可进一步应用于磁体电感、临界电流、交流损耗和电磁力等参数的计算,以提升磁体电磁设计效率。

换流变压器直流偏磁对油箱涡流损耗的影响

：黄天超；王泽忠；李宇妍

摘要：换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗会大幅增加,导致变压器温度升高,威胁其安全稳定运行,因此快速评估直流偏磁下油箱涡流损耗的大小就显得十分必要。该文首先分析了换流变压器在额定和空载直流偏磁状态下油箱表面漏磁场的分布特点。再结合实际换流变压器非线性负载电流和励磁电流波形,得到了不同换流器触发角和直流电流下油箱涡流损耗的变化规律。并在IEC/I广东电工网EEE 60076-57-129标准的基础上,给出了换流变压器直流偏磁状态下油箱涡流损耗的计算公式。针对一台800 kV单相四柱式换流变压器,利用场路耦合法进行油箱涡流损耗有限元计算。通过对损耗仿真数值以及油箱表面磁通密度和涡流损耗分布的分析,验证了理论分析的正确性,并获得了不同工况下,计算公式中的损耗占比值。利用不同属性的线性负载替代换流器触发角的变化,对两台单相四柱式380 V交流变压器进行了直流偏磁实验,进一步验证了理论分析的正确性。

基于磁隔离驱动的双极性Marx脉冲源研制

：董守龙；周晓宇；余亮；刘鑫；姚陈果

摘要：该文针对脉冲功率技术在食品杀菌处理等领域的双极性高电压应用需求,设计了广东电工网一种基于磁隔离驱动的全固态双极性Marx脉冲源。该双极性脉冲源主电路采用双Marx型电路拓扑。驱动电路采用磁心传递控制信号,利用磁心堆叠和次级绕组反并联方式,使得系统仅需两路驱动信号即可实现双Marx主电路拓扑中四种开关的控制。驱动电路结构简单可靠,开关同步性高。基于此驱动电路和主电路,筛选了主要器件,开展了相应仿真,最终研制出全固态双极性脉冲源样机,并开展了样机的性能测试。测试结果表明,该脉冲源输出电压为0~±20 kV,脉冲宽度为3~10 μs,最大重复频率为200 Hz。脉冲源的输出电压、脉冲宽度、重复频率及正负脉冲间距均灵活可调,并可通过增加Marx模块的数量来实现更高等级的输出电压。广东电工网

计及磁路分布特性的电磁轴承解析模型建立与支撑性能影响因素研究

：戈宝军；杨子豪；陶大军；韩继超；黄秋彤

摘要：综合考虑磁路分布特性的电磁轴承解析模型是对电磁轴承优化设计的快速有效手段。该文通过计及铁心材料非线性磁导率、磁极边缘效应、磁场透入深度等影响因素,研究了磁极宽度对电磁轴承定子结构参数及其最大静态电磁力的影响,揭示了定子结构参数与磁路动态磁阻之间的规律,构建了计及磁路分布特性的电磁轴承解析模型。在此基础上,以异极径向电磁轴承结构参数为研究对象,分别以构建的解析模型和有限元法对其结构与最大电磁力及气隙磁通密度的影响规律进行计算对比,同时搭建了对应的实验平台进行验证分析,验证了解析模型的准确广东电工网性和有效性。另一方面,基于构建的电磁轴承解析模型,揭示了定子极弧系数、励磁电流、气隙长度对于电磁轴承支撑性能的影响规律,为径向结构电磁轴承的设计及运行控制提供理论参考。

电机及其系统

环形行波超声波电机动态接触摩擦特性建模与分析

：蒋春容；赵子龙；陆旦宏；金龙

摘要：超声波电机的接触摩擦模型对电机结构设计和性能优化具有重要作用。该文考虑定子齿结构,基于Dahl摩擦这一动态摩擦定律,分析了定子振动的瞬态响应过程、定子齿质点与转子的法向接触和切向摩擦及转子运动方程,建立了环形行波超声波电机定转子动态接触摩擦解析模型。基于所建立的模型,研究了定转子间的接触状态和法向接触应力,以及相对速度和切向摩擦应力,广东电工网并分析了电机的输出性能。最后,测量了样机的输出特性,将测量值与所建立模型的计算值进行比较,二者基本吻合。此外,也对比了忽略定子齿结构并采用库仑摩擦定律的接触摩擦模型的计算值,结果表明,所建立模型的计算值能更好地与实验值相吻合,说明所建立的模型能够更准确地描述定转子接触摩擦传动特性。

基于变模态分解的异步电机转子断条故障诊断

：夏志凌；胡凯波；刘心悦；李彬华；史婷娜

摘要：电机稳态运行时的故障特征频率与基频接近,难以实现转子断条时的故障电流分量的有效提取。对此,该文根据起动过程中转子断条故障特征信号频率易与基频区分的特点,采用变模态分解（VMD）方法对起动过程中的定子电流进行分析并对故障进行诊断。广东电工网首先,基于平均瞬时频率对VMD的模态个数进行优化,准确分解出能量集中的断条故障特征信号。在此基础上,利用维格纳准概率分布高时频分辨率的特点绘制断条故障特征信号的时频分布图,引入大津算法对图片进行抗噪处理,突出故障特征部分。然后,以故障特征信号能量值作为故障量化因子,以不同故障状态下多组实验数据的均值和标准差为依据设置阈值,实现系统自动故障预警的目的。最后,在一台5.5 kW异步电机上进行了实验,结果表明,所提诊断方法不仅能够实现包括不完全断条在内的故障诊断,还能够实现对断条故障严重程度的判断。

基于PI-Lead控制的永磁同步电机双环位置伺服系统

：杨明；刘铠源；陈扬洋；徐殿国

摘要：为提高位置广东电工网伺服系统轨迹跟踪精度及极限带宽,该文研究了一种位置-电流双环伺服结构,其位置控制采用结合相位超前环节的比例积分控制器（PI-Lead）。首先,探讨了P-PI-PI和PI-P-PI两种传统三环位置控制结构在轨迹跟踪精度上存在的局限,研究了速度前馈提升精度的机理及问题;然后,证明了PI-Lead双环结构相位超前环节对维持系统稳定的意义,详细分析了低通滤波器对系统性能的影响及其参数设计方法,给出了PI-Lead双环位置伺服系统基于闭环频域指标的参数整定策略;最后,对比分析了双环结构与传统三环结构的特点,推导了三种结构的位置极限带宽。实验结果表明,PI-Lead双环结构无需任何前馈补偿即可基本消除系统广东电工网动态跟踪误差,并具有更高的位置环极限带宽。此外,由于减少了速度控制环节,其无需速度测量且参数整定更加简单。

基于旋转高频电压注入的六相串联三相永磁同步电机系统转子初始位置解耦观测

：陈涛；周扬忠；屈艾文；钟天云

摘要：用一台逆变器驱动两台永磁同步电机串联系统,可以通过控制不同平面的电压矢量实现对两台电机的独立解耦控制。该文提出在一台六相逆变器的六相平面和三相平面下同时注入旋转高频电压信号,通过解调静止坐标系下电流响应的负序分量来分别获得两台电机的转子初始位置角。同时为了提高观测精度,利用解调电流响应中正序分量所获得的误差角对解耦获得的转子初始位置角进行补偿。此外,对于六相串联三相永磁同步电机（P广东电工网MSM）系统,考虑到系统中两台电机的浅磁饱和特性,在极性判断中利用了与传统单台永磁同步电机相反的结果来进行判断。根据该文所设计的旋转高频电压注入法,可以实现两台电机转子初始位置解耦观测。六相PMSM和三相PMSM的估计误差绝对值的平均值分别为3.72 °和1.81 °。最后,实验验证了所提观测算法的有效性。

电力电子

分立器件并联型叠层母排均流分析及优化设计

：於少林；张兴；王佳宁；周伟男；黄耀东

摘要：并联应用SiC MOSFET是一种适应大功率变流场景的有效方案,但是容易出现器件电流不均衡现象。该文根据一款分立器件并联型逆变器出现的静态不均流问题,在建立的寄生参数模型基础上分析寄生参数差异性对广东电工网于并联均流的影响,指出影响静态均流的关键因素。同时分析交流母排汇流点位置对于静态寄生参数的影响,提出一种定位真实汇流点的方法,从而可以准确提取静态寄生参数。最后探究路径间的耦合效应对于等效寄生电感的影响,通过调整交流母排汇流点匹配路径的自感和互感,实现等效寄生参数的均衡性。基于此,对该叠层母排进行优化设计,最终的实验结果表明,优化后的叠层母排极大地改善了静态均流,验证了该优化设计方案的有效性。

双面散热功率模块的低电感多端集成电容

：余跃；邹铭锐；曾正；孙鹏；姜克

摘要：双面散热功率模块能有效提升逆变器的功率密度,成为车用电机控制器的发展趋势。为了匹配双面散热功率模块的超低寄生电感,急需高性能的广东电工网低电感集成电容。然而,现有集成电容存在构-效机理不明、基础模型缺失和设计方法匮乏等问题,成为限制双面散热功率模块性能的关键技术瓶颈。该文结合功率器件的开关工作机制,基于场-路映射分析方法,采用有限元仿真工具,揭示集成电容的磁场分布和电流路径规律,建立集成电容的寄生电感模型,理论模型和仿真结果之间的误差小于16%。为了降低集成电容的寄生电感,衍生了六种集成电容的设计结构,揭示端子布局与寄生电感之间的构-效规律,提出多端集成电容的概念,寄生电感约为32nH,可以降低47%的寄生电感和21%的电压过冲。对标商业化集成电容产品,实验结果验证了所提多端集成电容在开关损耗、关断电压、能量密度等性能方面的技广东电工网术优势。该文的研究,为低电感集成电容提供了新的模型方法,为高功率密度车用电机控制器提供了新的研究思路。

基于阀侧电流时序特征的换流阀电流实时计算方法

：李晓华；殷珊珊；李昊；蔡泽祥

摘要：阀电流是晶闸管型换流器运行状态的直接体现形式。为提升换流器的能观性,该文提出一种利用阀侧电流时序特征实时计算阀电流的方法。首先,利用交直流电流的时序特性预估每个阀的导通/关断状态。其次,根据阀状态计算换流器的旁通组数,利用多相旁通组间的并联关系,构造旁通回路方程。最后,计算阀电流,利用阀的单向导电性,校正阀关断状态和阀电流。仿真和录波结果表明：在不同的阀状态和旁通组数下,所提方法均能准确计算换相失败暂态过程及其广东电工网故障恢复期间的阀电流,验证了其有效性。

互补非零矢量单传感器相电流重构策略

：申永鹏；武克轩；吴成中；梁伟华；张细政

摘要：针对传统单传感器直流母线采样系统中相电流重构盲区问题,该文分析传统空间矢量脉冲宽度调制（SVPWM）技术的电流采样方法和重构盲区产生的原因,精确地划分电压空间矢量平面的各个区域。提出一种互补非零矢量脉宽调制（CNSVPWM）方法,通过在中调制区添加互补非零矢量来延长电流采样窗口的时间,满足直流母线电流最小采样时间要求,消除了电流重构盲区,拓展了电机的运行范围。仿真及实验结果表明,采用CNSVPWM方法电流总谐波畸变率（THD）低于6.15%,重构误差低于3%,电机在动态工况广东电工网下运行正常。

一种改进的高铁牵引变流器反馈线性化控制策略

：喻文倩；刘志刚；张友刚；苟竞；刘嘉蔚

摘要：针对车网系统存在的低频振荡现象,提出一种结合虚拟磁链和滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制策略,在减少传感器数量的同时,提高系统的鲁棒性。首先,该文分析现有积分器的缺点,提出改进的虚拟磁链观测器,在消除直流偏置影响的同时可以进行滤波;然后,阐述所提控制策略的推导过程,包括反馈线性化控制、滑模观测器、虚拟惯量控制以及虚拟磁链观测器的设计;最后,在Simulink和硬件在环仿真平台中建立车网系统仿真模型,将该文所提控制方式与传统dq控制以及基于滑模观测器的反馈线性化虚拟惯量控制方式进行对比。仿真和实广东电工网验结果表明,所提控制策略具有更好的静态和动态特性,能有效地抑制低频振荡的发生。

基于变流器输出阻抗的直流微电网下垂并联系统振荡机理与稳定边界分析

：王晴；刘增；韩鹏程；张宏伟；刘进军

摘要：针对直流微电网下垂控制变流器并联系统中变流器间内部参数差异引发的并联稳定性问题,该文采用基于变流器输出阻抗的频域方法进行研究。首先,该文建立单台下垂控制Buck变流器的输出阻抗模型并分析其特征。然后,依据该输出阻抗特征,基于变流器输出阻抗的稳定性分析方法揭示下垂控制变流器并联系统的振荡机理。在此基础上,对变流器输出阻抗进一步简化,结合并联系统振荡机理提出并联系统关键参数的稳定边界。最后,搭建下垂控制Buck变广东电工网流器并联系统实验平台,通过实验验证了所提振荡机理及稳定边界的正确性。

电力系统与综合能源

基于改进双延迟深度确定性策略梯度算法的电网有功安全校正控制

：顾雪平；刘彤；李少岩；王铁强；杨晓东

摘要：新型电力系统中,由于源荷不确定性的影响,发生线路过载事故的风险增大,传统的有功安全校正方法无法有效兼顾计算速度及效果等。基于此,该文提出一种基于改进双延迟深度确定性策略梯度算法的电网有功安全校正控制方法。首先,在满足系统静态安全约束条件下,以可调元件出力调整量最小且保证系统整体运行安全性最高为目标,建立有功安全校正控制模型。其次,构建有功安全校正的深度强化学习框架,定义计及目标与约束的奖励函数、反映电力系广东电工网统运行的观测状态、可改变系统状态的调节动作以及基于改进双延迟深度确定性策略梯度算法的智能体。最后,构造考虑源荷不确定性的历史系统过载场景,借助深度强化学习模型对智能体进行持续交互训练以获得良好的决策效果;并且进行在线应用,计及源荷未来可能的取值,快速得到最优的元件调整方案,消除过载线路。IEEE 39节点系统和IEEE 118节点系统算例结果表明,所提方法能够有效消除电力系统中的线路过载且避免短时间内再次越限,在计算速度、校正效果等方面,与传统方法相比具有明显的优势。

基于时序卷积残羞网络的主动配电系统线路短路故障诊断方案

：褚旭；鲍泽宏；许立强；严亚兵

摘要：主动配电系统结构复杂、控制灵活,线广东电工网路短路故障特征微弱,亟须适应性强、精度高的诊断方法。该文提出一种基于时序卷积残差网络的主动配电系统线路短路故障诊断方案。该方案根据故障前后各特征通道之间在对应时刻的强相关性,利用时序卷积核沿时间轴方向卷积,提升感受野,减少信息损失,并利用残差网络的短接特性、深层挖掘故障特征,构建基于时序卷积（T-Conv）的残差网络模型。所提出的主动配电系统线路短路故障诊断方案融合故障检测、故障选型、故障定位功能,并将输出结果通过AND布尔算子结合,进一步提升故障诊断可信度。利用所搭建10kV主动配电系统电磁暂态模型进行仿真验证,与现有同类型方法进行对比,结果表明所提故障诊断方案诊断精度高、计算速度快、无需附广东电工网加信号处理算法,可直接端到端构建诊断模型。

高电压与放电

电磁式断路器状态监测与智能评估技术综述

：韩翔宇；纽春萍；何海龙；吴佳宝；陈子薇

摘要：在智能电网的发展背景下,电磁式断路器的健康管理对提高电力系统的供电可靠性、安全性和稳定性具有重要意义,因此受到了研究者们的广泛关注。状态监测和智能评估是电磁式断路器健康管理的主要内容。首先,通过对近些年相关文献的梳理,从传感监测、特征提取与降维、故障诊断、健康评估和剩余寿命预测方面总结当前的研究现状,并着重分析了现有技术中存在的局限。然后,简要介绍电磁式断路器健康管理系统的硬件实现方案,阐明了在实际应用上的不足。最后,讨论了状态监测与智能评估所面临的研究广东电工网挑战以及未来的发展趋势,希望能给该领域的研究人员提供一定参考。

一种基于低频窄带扫描的电磁式电压互感器杂散电容测量与精确建模方法

：沈泽亮；汪金刚；王谦；赵鹏程；颜晓军

摘要：与电力变压器相比,电磁式电压互感器（PT）具有更大的杂散电容,这将使其磁滞曲线的绘制以及宽频仿真模型的构建更加困难,难以进行精确的铁磁谐振仿真。目前,工程上常用频率扫描的方式计算高频高压变压器的分布电容。但是该方法需要数MHz的扫频范围,难以应用于工作在低频下的PT设备。该文提出一种低频窄带的频率扫描方法,通过在PT与变频电源端口之间串联电感的方式,将扫频试验的谐振点降至低频范围内,对杂散电容的数值进行了精确计算。该方法所广东电工网需的扫描频段窄、扫描频率低,降低了对电源与测量设备的硬件要求,避免了由于高频试验带来的损耗问题。进而,可以分离PT端口电流中的容性电流与励磁电流分量,对磁滞曲线进行精确绘制。最终,可以建立包含铁心磁滞与杂散电容的π型仿真模型。仿真结果具有较好的频率响应特性,与试验结果的相似系数保持在95%以上,优于现有的仿真模型。

基于电弧磁流体仿真的DC 1500V两极塑壳断路器气道优化设计

：陈默；陆宁懿；翟国富

摘要：该文开发了用于DC 1500V光伏和储能系统的新一代两极直流塑壳断路器样机。通过DC 1500V/15kA,时间常数10ms的短路分断实验发现,电弧电压快速升至350V是提升断路器限流和分断广东电工网性能的关键。为了加快初始燃弧阶段电弧运动速度使弧压快速上升,建立了断路器触头区域的二维局部电弧磁流体仿真模型,通过分析灭弧室温度、压力分布和气流速度变化曲线,明确了初始样机中电弧运动停滞的机理,并以此为依据提出了参差栅片排布和添加导流锥的气道优化设计方案。使用优化后的样机进行分断实验,比较优化前后的电压变化曲线和电弧运动高速摄像,验证了优化方案的有效性,对于DC 1500V两极直流塑壳的设计开发具有很强的实践指导意义。

基于电磁辐射时延估计的串联光伏直流电弧故障定位方法

：王尧；马桐桐；赵宇初；朱晨；邢云琪

摘要：串联直流电弧故障是光伏系统电气火灾的主要诱因,在系统运维中不仅需要识别电弧故障,更广东电工网需要确定电弧故障的发生位置。针对光伏串联直流电弧故障定位问题,该文提出一种基于电弧电磁辐射信号广义互相关时延估计的故障定位方法。搭建光伏串联直流电弧故障定位试验平台,分析光伏串联直流电弧电磁辐射信号特性,其在电弧产生初期具有明显的脉冲变化特征,且电弧电磁辐射信号强度与电流变化率成正比。通过对比分析,选取性能较为均衡的Vivaldi天线进行电弧电磁辐射信号测量,其带宽为100MHz~1GHz。采用4根天线构成的Vivaldi天线阵列进行电弧故障定位,其天线分别位于棱长1m的正三棱锥顶点。利用最大似然加权算法进行广义互相关时延估计的加权处理,减少信号噪声影响;同时用最小二乘法进行电弧电磁辐射信号互广东电工网相关频谱峰值拟合,从而减小频谱计算中栅栏效应的影响。试验结果表明,所提方法的定位误差在15%以内,为基于电弧电磁辐射的故障定位策略应用提供了依据。

基于目标像素宽度识别的电力设备红外成像单目测距改进算法

：杨帆；王梦珺；谭天；卢旭；胡冉

摘要：拍摄距离是影响红外成像效果的主要因素之一,拍摄距离的精确测量是提升红外成像检测设备故障准确度的主要方法之一。针对红外热像仪在电力设备巡检过程中的自动测距需求,该文研究了一种基于目标像素宽度识别的电力设备红外成像单目测距改进算法,实现了利用红外图像中电力设备的像素宽度自动识别距离,解决了电力设备红外成像因拍摄角度变换及设备拍摄不全导致的距离识别难度大的问题,广东电工网实现了12种常见电力设备的距离自动识别。首先基于SSD算法进行红外图像中设备类型的自动识别,获得设备类别及识别框的坐标;接着分析电力红外巡检的特点,提出基于目标像素宽度对单目测距算法进行改进;再通过图像处理识别设备的最小邻接矩形,计算目标的像素宽度;最终输出设备类型及距离。实验结果表明,该改进算法可以满足电力设备红外图像的单目测距需求。

基于多级二阶注意力孪生网络的小样本GIS局部放电诊断方法

：王艳新；闫静；王建华；耿英三

摘要：以数据驱动的智能故障诊断方法近年来取得了突飞猛进的发展,然而受现场复杂工况和小样本条件的制约,训练高精度、高鲁棒的气体绝缘组合电器（GIS）局部放电诊断模型仍然是一个广东电工网挑战。为此,该文提出一种新颖的孪生网络用于小样本GIS局部放电诊断,其主要由两个相同结构、参数的特征提取器和一个度量学习器组成。在特征提取器设计中,引入多尺度卷积来挖掘局部放电信号中更全面的特征信息。同时引入二阶注意力模块以有效利用不同通道之间的相关信息,提取具有鉴别性和代表性的特征,增强模型的特征提取能力。度量学习器用来对度量特征的相似度进行判断,依此来比较和匹配目标任务下的样本来实现GIS局部放电诊断。实验结果表明,所提出的多级二阶注意力孪生网络在每类支撑集数量为5时便可达到93.76 %的诊断精度,相比于其他方法而言优势明显,同时对非平衡样本具有很强的容错性,为现场小样本GIS局部放电高广东电工网精度、高鲁棒诊断提供了解决思路。

ZnO@PS粒子分散特性及改性乙丙橡胶绝缘性能研究

：刘凯；张鹏鹏；高波；杨雁；吴广宁

摘要：为研究核壳ZnO@PS粒子分散特性及其掺杂对三元乙丙橡胶（EPDM）绝缘性能的影响,该文采用聚合改性法制备了ZnO@PS复合颗粒,并利用透射电镜、粒度分析、红外光谱及热失重分析等测试手段对样品的形貌、结构和分散性进行了表征。另外,以ZnO@PS/EPDM复合材料为研究对象,研究了其电导特性、介电特性和耐电晕性能随纳米颗粒掺杂比例的变化规律。试验结果表明：改性纳米氧化锌（ZnO）、表面聚乙烯醇（PVA）及聚苯乙烯（PS）长链以无规则形式粘结,PVA作为“桥梁”交联多条PS广东电工网长链,其对纳米ZnO表面羟基的去除效果明显,当PVA占比为6.32 %时包覆效果相对良好,团聚现象得到明显改善。同时由于ZnO@PS掺杂物的引入,使得ZnO@PS/EPDM复合材料具备了非线性均压特性,耐电晕放电能力也明显提升,且随着纳米颗粒掺杂比例的增加,其非线性特征更加明显,当ZnO@PS颗粒质量分数为5%时,相比于未改性乙丙橡胶起晕电压增加了95.5 %,ZnO@PS复合颗粒在改性EPDM绝缘性能方面发挥了主要作用。研究结果对电缆终端功能性材料的制备具有重要的参考价值。

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