抢鲜看｜《电工技术学报》2024年第20期目次及摘要-电工技术未来发展趋势分析

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《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

基于J-A模型的电工钢片磁致伸缩特性模拟与实验

：李岱岩；张艳丽；荆盈；王振；张殿海

摘要：电工钢片的磁致伸缩现象是引起电机、变压器铁心振动的一个重要原因。磁致伸缩特性与铁心的磁化方式密切相关。电机定子铁心存在大量旋转磁场，相比于交变磁化，旋转磁化会引起更大的磁致伸缩应变，准确模拟旋转磁化下电工钢片的磁致伸缩特广东电工网性是实现电工产品性能优化的前提和基础。该文借鉴Jiles-Atherton（J-A）磁滞模型对磁化过程中磁畴畴壁移动和磁矩转动而产生滞后行为的表征方法，提出一种能够描述旋转磁化下磁致伸缩正应变和剪切应变矢量、滞后特性的磁致伸缩模型。基于电工钢片旋转磁特性测量系统提供的特性数据，采用粒子群优化算法实现了模型参数辨识，并验证了模型的准确性。制作并搭建硅钢叠片铁心局部磁致伸缩特性测量系统，给出了所提磁致伸缩模型计算铁心磁致伸缩形变的具体过程，通过与测量结果的比较，进一步分析了所提理论模型的有效性。研究表明，旋转磁化下电工钢片磁致伸缩具有滞后行为，该文从磁化机理角度提出的磁致伸缩模型可以有效地表征这种广东电工网特性。

变厚板塑性形变超声非线性响应及其实验

：赵国梁；刘素贞；张闯；金亮；杨庆新

摘要：超声波在变厚板中的传播特性尚不明确，构建高精度超声非线性响应模型是将超声非线性技术用于变厚板早期损伤检测的关键。基于金属塑性形变的本构关系，推导单轴拉伸下变厚板塑性应变的分布方程，将表征变厚板塑性应变分布的函数与超声波波动方程结合，构建变厚板超声非线性响应模型。由构建模型可知：二次谐波幅值（A2）与基波幅值（A1）二次方的比值（A2/A12）随传播距离及波数均呈“二次方”增长；相同传播距离，A2/A12与总体塑性形变呈正相关，A2/A12携带了变厚板塑性形变信息。在COMSOL中构建铝合金变厚板弹塑性模型，广东电工网验证了利用线性方程描述变厚板塑性应变分布的合理性；构建电磁超声系统，验证了超声非线性响应模型的有效性。制备不同塑性形变的变厚板试件，研究电磁超声表面波在其中的传播规律。实验结果表明，构建的超声非线性响应模型能够精确描述变厚板中超声波的传播行为。该文为利用超声非线性技术实现变厚板塑性损伤的量化检测提供理论基础，为超声非线性技术在异形结构上的应用提供了研究思路。

含次同步分量下电力变压器铁心无功功率分析

：孙佳安；李琳；于静茹

摘要：随着远距离风电外送系统并网引起的次同步振荡现象和风险的增加，电力变压器经常会运行在含次同步分量的条件下，其铁心的非对称偏置磁化会导致谐波畸变和无功功率增加。含次同步分量广东电工网下电力变压器铁心无功功率分析属于时-频域混合计算问题。针对该问题，首先，在时域下建立基于定点法的三维场路耦合有限元模型并编写计算程序，以求取不同次同步分量注入时变压器的励磁电流；其次，提出通过最大基波无功和平均基波无功的变压器基波无功特性分析方法，以及基于多重矢量功率理论的变压器频域无功特性分析方法；再次，通过一台物理变压器模型的空载实验，验证该文提出的时域场路耦合模型能够准确模拟变压器励磁电流中显著分量的频谱特性；最后，通过对该模型的仿真，分别对变压器的基波无功特性和多频率无功特性进行计算，并对计算结果进行分析讨论。

电机及其系统

基于代理模型的电机多学科优化关键技术综述

：谢冰川；张岳；徐振广东电工网耀  张凤阁；刘文慧

摘要：随着电机应用领域的不断拓宽，电机多学科优化技术已经成为电机优化技术的重要研究方向。该文概述了目前电机优化技术领域中囊括的多学科模型，分析了代理模型的优势；阐述了高精度电机代理模型的构造流程，提出了不同代理模型在电机多学科优化中的选取原则；探讨了电机不同子学科之间协调策略、耦合形式、耦合参数的最新研究进展情况，比较了不同协调策略在电机多学科优化中的优劣并提出了改进方向；分析了几种优化算法在电机多学科优化中的使用情况；最后讨论了基于代理模型的电机多学科优化技术面临的问题，展望了未来的发展方向。

形状记忆合金执行器研究综述

：徐殿国；白凤强；张相军；杨世华；顾吉祥

摘要：智能广东电工网材料家族中的形状记忆合金（SMA）具有独特的形状记忆效应、超弹性、高阻尼、自感知和生物相容等特性。形状记忆合金执行器（SMAA）具有高功重比、高应变应力、高驱动频率和高设计自由度等特点，目前在航空航天、机器人、生物医疗、汽车自动化和信息电子领域已经开展了相关的理论研究和应用设计工作。基于SMAA的新型现代驱动技术与传统基于电磁、气动和液压原理的技术相比，在某些领域和应用场景下具有高功率密度、高精度和低成本的优势，因此SMAA工程应用前景和潜力较大，然而SMAA的本体设计、系统建模和控制涉及多学科的理论分析和设计思想，目前还没有发展出综合性的设计理论，因此该文总结归纳和分析了SMAA理论研究和应广东电工网用发展的现状和趋势，进一步探索了SMAA综合设计理论，为SMAA今后发展综合设计理论提供参考，并为SMAA相关领域的科研人员提供理论研究和实际应用的参考。

级联式无刷双馈电机的矢量控制系统和功率流研究

：程明；许利通；曹政；魏新迟；宁新福

摘要：该文主要研究了级联式无刷双馈电机的矢量控制以及功率流。首先建立了其动态和稳态模型，对网侧变换器使用电网电压定向矢量控制，对机侧变换器使用定子磁链定向矢量控制，以实现无刷双馈电机的变速恒频运行以及有功与无功功率的解耦控制。同时背靠背变换器的矢量控制可实现功率的双向流动。然后进行了功率流分析，探究了其有功功率分配和不同转速下功率绕组和控制绕组的功率状态，揭示广东电工网了考虑铜耗下控制侧功率流的变化趋势。通过仿真和实验，验证了矢量控制的有效性以及功率流分析的正确性。

电力系统与综合能源

基于改进一致性算法的工业园区分布式综合需求响应

：徐成司；董树锋；华一波；徐航；朱勐婷

摘要：针对目前集中式、集中-分布式综合需求响应（IDR）方法的实现依赖于园区层能量管理系统的问题，研究一种基于改进一致性算法的工业园区分布式IDR方法。首先，设计工业园区的分布式信息交互机制；其次，提出一种在均衡状态下能使用户个体最优与园区整体最优的IDR方案相一致的工业园区IDR市场机制；然后，基于一致性算法和工业园区集中式IDR模型，提出分布式IDR模型；最后，为提升模型实际适用性，对一致广东电工网性算法进行改进，通过使全局偏差达成一致，并利用分布式的排队法提升收敛性，建立最终的工业园区分布式IDR模型。算例结果表明，所提分布式IDR方法可在不依赖于园区层能量管理系统及减少用户对外提供信息的同时得到与集中式IDR一致的IDR方案，并且用户可获得比各自独立参与IDR更高的收益。

直流微电网储能系统的NF+QPR+LPF双闭环2次谐波电流抑制方法

：徐卿瀚；蒙显辉；杨苓；叶美婷；何江伦

摘要：直流微电网中储能系统直流侧的电感电流含有2次谐波分量，将会增大变换器中开关管的电流应力和通态损耗。该文首先通过分析得到，传统的双闭环控制方法对2次谐波电流的抑制效果不明显，且使得系统在负载跳变时的动态特性广东电工网变差。针对这两个问题，提出一种引入陷波器（NF）、准比例谐振器（QPR）及负载功率前馈（LPF）的双闭环控制方法，在不降低电压调节器的幅频增益以及不改变等效阻抗的频率适应性的条件下，该方法可以增加直流侧电感支路的等效阻抗在2倍输出频率处的幅值，对2次谐波电流有很好的抑制效果，同时使得直流侧电感支路等效阻抗在2倍输出频率外的幅值降低，改善了系统的抗负载突变能力。最后，通过实验验证了所提控制方法的有效性。

单相短路故障条件下级联模块中压光伏发电系统的有功功率回流抑制

：杜磊；赵涛；冯之健；王明达；吴孟泽

摘要：有功功率回流是级联H桥型光伏并网逆变器在电网不对称跌落故障条件下固有的问题，可能导致系统没广东电工网有平衡运行点，H桥直流母线电压持续增大，逆变器因过电压保护而停机脱网。为此，该文以电网故障发生率最高的单相短路故障为研究目标，回顾现有控制方法，并定量地分析其局限性——在电网电压跌落较深且光伏阵列输出功率较低的工作场景下无法避免有功回流。在此基础上，提出一种适用于级联模块化中压光伏发电系统在单相短路故障条件下的有功功率回流抑制策略，根据光伏阵列实际输出的有功功率将系统的运行划分为两个区域，通过合理地设计系统的调制度，并在不同的运行区域内采用不同的控制方法，能够提高级联H桥光伏并网逆变器对不同的输出功率以及不同电网跌落深度的适应性，以改善系统的故障穿越能力。最后，通过实验验证了所提控制策略的有效广东电工网性和可行性。

电力电子

一种基于物理的SiC MOSFET改进电路模型

：李鑫；罗毅飞；史泽南；王瑞田；肖飞

摘要：碳化硅（SiC）材料因其在禁带宽度、击穿电场、电子饱和速度等方面的优势，使得SiC MOSFET具有高频、高压以及高温等优势。然而SiC MOSFET的特殊材料、结构以及高开关速度使得开关瞬态过程中器件内部的物理机理更为复杂。传统的SiC MOSFET模型沿用了部分硅（Si）器件的建模方法，难以准确评估器件在装置中的动静态特性。为此，该文提出一种基于物理的SiC MOSFET改进电路模型。基于器件的工作机理，分析传统SiC MOSFET模型的不足，并针对不足进行改进建模。电流扩散方式广东电工网是影响SiC MOSFET静态特性的重要因素，由于器件N漂移区较窄，导致漂移区电流扩散呈梯形，进而对漂移区电阻进行改进建模。SiC MOSFET开关瞬态模型刻画了器件的高频应用特性，基于突变结、穿通特性以及负电压关断分别对器件结电容进行改进建模。最后基于CREE 1 200V/325A的SiC MOSFET器件进行实验，仿真与实验具有较好的一致性，验证了改进模型的准确性。

功率模块封装键合线的通流能力：模型与实证

：艾盛祥；曾正；王亮；孙鹏；张嘉伟

摘要：与Si芯片相比，SiC芯片具有更高的电流密度、结-壳热阻和工作结温，以及更少的芯片面积、键合面积和并联键合线，导致键合线的电-热应力急剧增加广东电工网，对SiC功率模块的安全可靠运行，面临着严峻挑战，因此急需掌握功率模块封装键合线的通流能力极限。从电流密度和工作结温两方面，该文厘清SiC功率模块封装键合线的技术问题，基于键合线的电-热耦合模型，计及持续电流和脉冲电流的运行工况，考虑单根键合线和多根键合线并联的影响，建立定量描述键合线通流能力的数学模型，针对多种常用直径的键合线，采用大量的仿真和实验对比研究，验证了模型及其方法的有效性和正确性，发现并联键合线的电流退额效应，为SiC功率模块的封装键合线设计，提供基础理论和技术方法指导。

基于开关电容与双降压变换器的三相AC-AC变换器

：王汝田；李辉；刘闯；裴忠晨；孔令国

摘要：针对配电网中传统广东电工网自耦变压器铁心体积大、电压调控难等问题，该文提出一种基于开关电容（SC）与双降压变换器（DBC）的三相AC-AC变换器进行替代。该拓扑采用双级式功率变换结构，具有高降压比、电压连续可调、易于模块化拓展等特性，能够满足配电网电压变换需求。首先，详细介绍所提变换器的拓扑结构及工作原理，通过双级式功率变换与无死区控制的设计与应用，实现输出电压柔性调节；其次，推导三相AC-AC变换器输出增益表达式与等效电路模型并设计简单的电压闭环控制策略，探讨三相AC-AC变换器关键参数设计方法，通过与几种结构对比清晰地反映变换器特点；最后，搭建一台3.5kW实验样机，验证了所提拓扑结构的正确性和可行性。

一种中间电容广东电工网谐振型级联双向DC-DC变换器

：李福；邓红雷；张国驹；裴玮；邓卫

摘要：为满足分布式储能系统中蓄电池组与直流母线互联时对DC-DC变换器的高效率、高功率密度、宽电压调节范围的要求，该文提出一种中间电容谐振型级联双向DC-DC变换器。该级联变换器的低压侧采用改进的谐振型双有源桥（DAB），与传统DAB不同，该结构利用DAB高频变压器漏感与级联拓扑的中间直流母线电容进行谐振，工作频率在2倍谐振频率且在最高效率点运行；高压侧采用传统双向Buck-Boost拓扑，以提升电路的整体电压调节范围。该级联变换器具有中间直流母线电容小、电压调节范围宽、控制复杂度低、效率高、功率密度高的优点。该文首先，分析了广东电工网变换器的拓扑结构、工作原理和控制策略；其次，推导了关键状态变量和电压增益；然后，建立了变换器的损耗模型，并据此进行谐振参数设计；最后，搭建了一台额定功率7.5kW的样机，其功率密度为1.15W/cm3，满载效率为95.9%，实验验证了该级联变换器高效率、高功率密度和宽电压调节范围的特性。

电力电子换流器离散小步合成实时仿真模型

：李子润；徐晋；汪可友；吴盼；李国杰

摘要：随着电力电子换流器的开关频率越来越高，对电力电子化系统实时仿真的精度提出更高的要求，基于电感/电容（L/C）等效的定导纳开关模型是目前的主流开关模型之一，但这种模型的开关暂态过程存在“虚拟功率损耗”问题，开关频率越高，仿真结果失广东电工网真越严重。该文首先构建电力电子换流器小步长模型的离散状态空间形式，基于此，构建电力电子换流器的小步合成实时仿真模型，保留L/C模型恒导纳特性的同时有效地消除了由开关支路主导的工作模态的暂态过程，进一步分析L/C开关模型支路对电力电子换流器的工作模态的影响，通过小步合成模型消除L/C模型引入的特征值，使L/C模型更精准地模拟理想开关，同时保留系统的正常工作模态。分别构建双有源桥、三相两电平逆变器和三电平逆变器的小步合成模型并进行实时仿真，与传统实时仿真模型对比表明，所提小步合成模型在不影响仿真效率的前提下，有效地解决了L/C开关模型的“虚拟功率损耗”问题，且具有较好的通用性，无需重新设置开关参数广东电工网即可适用于多种拓扑。

基于Haar小波变换重构开关序列的MMC子模块电容值在线监测方法

：罗丹；陈民铀；赖伟；夏宏鉴；冉立

摘要：电容器作为模块化多电平换流器（MMC）系统子模块核心部件，因长期工作于交流、大功率的工作环境，使其成为最容易失效的部件之一。因此，电容器健康状态的实时监测对MMC系统可靠运行具有重要意义。该文提出一种基于Haar小波变换重构开关序列的MMC子模块电容值在线监测方法，首先，通过对MMC系统实测的电容器电压信号进行Haar小波变换重构出子模块投入与切除的开关序列；其次，基于重构的开关序列提取电容器的充电时段电压信号，并结合桥臂实测电流信号实现电容器容值在线反演计算；最后，广东电工网通过MMC系统工况模拟平台验证了该文所提方法的准确性和有效性。该方法仅需控制系统原有采集的电容电压和桥臂电流信号为监测方法输入，即可实现对电容器容值的评估，去除了对开关信号的需求，极大地降低了监测的难度，为MMC系统电容器的健康状态监测和主动运维提供了方法和数据基础。

考虑死区电压矢量的三电平变换器模型预测控制

：周汉斌；杨建；陈晓娇  黄连生；董密

摘要：针对三电平变换器，该文提出一种考虑死区电压矢量的有限集模型预测控制策略。基于死区效应，将控制集中基本矢量和对应的死区电压矢量合成虚拟矢量，并通过优化死区时间构建新的虚拟矢量控制集。为减少计算量，首先，基于无差拍预测得到参考矢量，严格证明了输出广东电工网矢量和参考矢量的欧氏距离与传统价值函数中电流预测部分的等价性，从而构建新的价值函数，有效地降低了迭代计算的复杂度；其次，利用相关基本矢量来构建简化控制集，显著地缩小了寻优空间；最后，通过基于欧氏距离的价值函数从虚拟矢量控制集中选择最优虚拟矢量，实现了变死区时间模型预测控制。通过仿真和实验验证，与传统模型预测控制相比，该文提出的控制策略可使输出电流脉动减小，电流总谐波畸变率降低约40%～50%，显著地提高了变换器的控制性能。

T型三电平逆变器合成脉冲宽度调制相电流重构策略

：申永鹏；王帅兵；梁伟华；刘东奇；王延峰

摘要：针对传统T型三电平逆变器空间矢量脉冲宽度调制单电流传感器相电流重构技术存在不可广东电工网观测区问题，该文分析T型三电平中点电流采样原理以及中点电流不可观测区的存在机理，提出中点电流单传感器采样合成脉冲宽度调制相电流重构策略，通过在不同区域对不满足最小采样时间要求的可观测电压矢量进行补偿，同时利用合成零矢量原理对补偿矢量进行抵消以满足伏秒平衡原理，消除了不可观测区。最后通过实验验证所提方法的电流重构误差低于2.5%，相电流总谐波畸变率低于3.21%，可为控制系统提供准确的重构相电流。

基于双脉宽调制的交错Boost集成型CLLLC谐振变换器宽增益控制策略

：李小强；马永超；黄金伟；王心潭；伍小杰

摘要：交错Boost集成型CLLLC谐振变换器具有高增益、高效率等优点，在使用脉宽调制时广东电工网理论上可得到较宽的电压增益范围，但其在现有的定频同步PWM下会随着占空比逐渐偏离0.5而出现越来越大的电流尖峰，导致占空比调节范围受限，其电压增益范围相比于传统的谐振变换器无明显优势。为实现宽增益，该文采用双脉宽调制的方法克服了定频同步PWM的缺点，提出定频同步双脉宽调制与变频双脉宽调制两种调制方式，并通过分析，构建两种调制方式的切换点，最终形成一种宽增益控制策略。该文分析了所提出宽增益控制策略的工作原理及运行特性，并通过实验验证了该控制策略的可行性与理论分析的正确性。

基于优化移相的双有源串联谐振变换器前馈控制策略

：范恩泽；李耀华；葛琼璇；赵鲁

摘要：传统的基于单移相调制的双有源串联谐振变换广东电工网器（DBSRC）在非单位电压增益下循环功率大，导致谐振电流幅值大。针对此问题，采用基波模型分析DBSRC在多重移相调制下的传输功率和谐振电流特性，利用拉格朗日函数对谐振电流幅值进行优化解析，得到基于谐振电流幅值优化的多重移相调制策略。理论结果表明，优化调制可以显著降低DBSRC在中轻载下的谐振电流大小。基于优化移相的调制方法，为了提高变换器对负载变化的动态响应，提出一种输出功率前馈的电压闭环控制策略。最后，通过仿真和实验验证了优化移相调制和输出功率前馈控制策略的可行性和有效性。

高电压与放电

基于混沌吸引子的真空断路器永磁斥力机构机械故障方法

：刘晓明；张煦松；姜文涛；陈海；陈军平 等

摘要：广东电工网针对真空断路器斥力机构故障时振动信号瞬态、非线性且难以进行故障定量评估与的问题，该文提出一种基于吸引子形态的混沌吸引子矩特征量和粒子群优化支持向量机的斥力机构故障评估与方法。以斥力机构分合闸过程中典型故障，特别是分闸油压缓冲器不同过调故障程度的振动信号为分析对象，首先采用混沌理论相空间重构方法和Wolf算法，得到最大Lyapunov指数，表明斥力机构振动信号具有明显的混沌特性，通过三维相图定性分析振动信号混沌吸引子演变规律；然后引入混沌吸引子矩理论，提取四种二维吸引子矩，利用最小二乘法线性回归计算第一区域曲线斜率为吸引子形态特征量，同时提取时域信号共同组成特征向量库；最后比对分析支持向广东电工网量机算法与粒子群优化-支持向量机组合算法的准确率。实验结果表明，文中所用方法可精准斥力机构故障类型。

磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧室性能优化方法

：赵杰；游颖敏；舒亮；王景芹；张延平

摘要：低压断路器开断过程产生的电弧是影响其开断性能的重要因素，研究并优化低压断路器灭弧性能是提高其品质的关键。该文提出一种磁流体仿真与正交试验融合设计的灭弧性能优化新方法。建立了基于磁流体理论的电弧等离子体模型，研究了跑弧道形状、灭弧栅片数量、横向磁场、灭弧室压力等对灭弧性能的影响，得出优化因素组合及变量范围。在此基础上，建立了多维电弧参量测试系统，将磁流体仿真与正交试验进行融合，分别设计了四因素三水平、广东电工网四因素四水平正交试验，融合后获得五个因素对灭弧性能影响强弱的排序为：灭弧室压力、横向磁场、跑弧道形状、栅片数及触头材料。最后结果表明，灭弧室压力、横向磁场、跑弧道弧度、触头Agcd比例变大均能减小电弧转移时间，栅片为7片时电弧转移效果最好。

2024年12月6日-8日  武汉