中国电工技术学会活动专区
CES Conference
其他
抢鲜看｜《电工技术学报》2021年增刊2目次及摘要
《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》主编。
电工理论
磁场耦合式无线电能传输耦合机构综述
作者：李阳；石少博；刘雪莉；马靖男；黄悦蓬 等
摘要：近些年,越来越多的电气科技工作者关注无线电能传输技术的研究,其应用领域也逐渐扩大。耦合机构作为无线电能传输系统的重要组成部分,其优化设计对系统的传输效率、传输距离、功率及抗偏移能力有直接的影响。针对磁场耦合式耦合机构的设计,该文从传输线圈、补偿网络和电磁屏蔽结构三个方面对当前的研究现状和热点问题进行简要综述,分析讨论当前亟待解决的问题及今后的发展趋势,为其他研究人员提供有益的参考。
基于无线电能传输系统多线圈结构参数优化设计
作者：何祥瑞；荣灿灿；刘明海
摘要：多线圈系统常用于实现均匀磁场分布,而线圈系统的尺寸优化则决定了磁场均匀程度,为此构建亥姆霍兹型多线圈系统产生磁场的数学模型以及相应的遗传算法,分析单特征点磁场均匀程度作为决策指标的劣势与多特征点作为决策指标的优势,对三线圈与四线圈系统进行几何结构优化,并对比两线圈系统的磁场分布规律,确定线圈个数对系统性能的影响。分析表明,优化后的四线圈亥姆霍兹系统产生了比较均匀的磁场。数值仿真与理论分析具有很好的一致性,该文结果对于无线电能传输技术的耦合机构优化设计及其相关应用具有重要的指导意义。
基于改进BP神经网络的无线电能传输系统接收线圈参数优化
作者：闻枫；荆凡胜；李强；赵文翰；朱雪琼
摘要：为提升无线电能传输（WPT）系统的传输性能,该文研究了磁谐振式无线电能传输（MR-WPT）系统的磁通与接收线圈内半径的变化规律,提出了最优接收半径的概念,通过分析平面方形、平面盘式和空间螺旋形三种类型发射线圈WPT系统,揭示了最优接收半径的固有存在性,并探究了最优接收半径随WPT系统参数的变化规律,从而确定影响最优接收半径的参数。在此基础上通过采用遗传算法改进的BP神经网络对最优接收半径随影响参数的变化规律进行学习,实现了在不同线圈参数下最优接收半径的精确预测。最后通过有限元仿真和实验验证了WPT系统最优接收半径的存在和改进BP神经网络预测结果的准确性。
超导与电工材料
轨道交通对沿线220kV变电站中性点电流及振动影响
作者：李晓华；褚福源；时胜寒
摘要：轨道交通运行时泄露到大地中的杂散电流侵入沿线变压器中性点将会使变压器铁心工作磁化曲线发生偏移,引发变压器直流偏磁效应。与高压直流输电单极大地运行和太阳磁暴引起的地磁场变化相比,轨道交通杂散电流引起地磁场变化具有明显的周期性且更为常见。该文首先理论分析杂散直流对于变压器铁心及绕组振动的影响特性;然后对广州北片区轨道交通沿线三座典型变电站主变压器随轨道交通运行的动态振动特性进行多物理量同步检测;最后对测试结果进行分析,研究得出各站主变压器箱体振动与杂散电流之间的联系,验证了理论分析的正确性,同时为变压器直流偏磁监测提供了理论依据。
电工材料介电谱中的电极极化特性与分析
作者：侯帅；周福升；赵学童；李宇鹏；聂永杰
摘要：在电工材料介电性能测量时,可移动的载流子在电极-试样界面处积累形成空间电荷,产生宏观电极极化。电极极化通常被误认为是材料的本征电极化,或者覆盖材料的本征电极化,导致对材料介电性能的错误认知。因此,完善对电工材料电极极化特性的研究,对进一步理解材料的介电弛豫和正确分析材料的电气特性有重要的意义。该研究通过理论分析和电路模型对电极极化的特性进行分析,并通过有机交联聚乙烯绝缘、无机储能陶瓷和液体电缆油进行实验验证。研究发现,电极极化一般发生在低频1Hz以下,通常伴随着样品的高漏电导率,电极极化的产生将会在电极-试样界面产生附加电容,其特征是导致低频介电常数急剧增大,低频介质损耗随频率偏离成反比变化,同时复电导率虚部在低频区表现为随测量频率的下降呈先减小后增大的趋势。
二维钼基双过渡金属碳化物作为锂离子电池阳极材料的电化学性能研究
作者：王航宇；刘浩良；成永红；肖冰
摘要：二维过渡金属碳化物或氮化物（MXenes）作为一种新型二维材料,凭借其制备工艺简单、理化性能灵活可控、结构稳定性高等特点,受到了广泛关注。然而,大多数研究集中于单一过渡金属MXenes的性能,双过渡金属MXenes及其表面修饰结构对电化学性能的影响尚未被系统研究。因此,该文采用基于密度泛函理论的第一性原理计算方法,对35种Mo基有序双过渡金属MXenes的电化学性能进行了系统的评估,包括本征结构Mo2MC2(M=Sc、Ti、V、Zr、Nb、Hf、Ta)以及对应的4类修饰结构Mo2MC2T2(T=H、O、F、OH)。计算结果表明,材料表面不同修饰基团对MXenes表面的吸附与锂原子扩散性能起着决定性作用;稳定吸附结构的容量在121~195mA•h/g之间,且本征与H修饰结构能够获得理想的开路电压（0.5~0.8V）;同时本征结构表面极低的离子扩散势垒（0.03~0.06eV）能够大幅度提升锂离子电池的充放电效率。
一种双C型高温超导直流感应加热装置及其性能分析
作者：张文峰；姜永将；张晓红；李捷
摘要：超导直流感应加热装置利用超导磁体产生的直流磁场在旋转的金属工件中感应涡流加热工件,较传统交流感应加热技术具有更高的效率,市场竞争优势大。该文在现有超导直流感应加热装置基础上提出一种双C型结构,较传统C型结构减少了铁磁材料的使用。针对该结构感应加热装置,通过研究气隙磁场分布对涡流损耗的影响,提出采用弧形气隙提升装置的加热效率。建立等效模型分析了直流感应加热装置起动转矩的影响因素,得到起动转矩随转速、工件半径等因素的变化规律。针对双C型超导直流加热装置双线圈、双铁心的特殊结构提出采用变气隙的方式进行弱磁起动,解决了超导直流感应加热装置起动转矩过大的问题。相关研究结论可以为有铁心感应加热装置设计提供参考。
电机与电器
永磁同步磁阻电动机全负载区域功率因数特性分析
作者：王瑾；李岩；于占洋；张佳霖
摘要：永磁同步磁阻电动机（PMSRM）是最有希望替代永磁同步电动机（PMSM）的机型之一,但全负载区域高功率因数是PMSRM必须面对和解决的问题。该文应用改进集中参数法结合有限元法对PMSRM全负载区域功率因数特性进行分析,得到其主要包含三种典型状态：轻载区局部下凹状态、轻载区整体下垂状态、全负载区高功率因数状态,同时得到三种状态的分布规律,能够有效指导PMSRM的工程设计。最后,通过5.5kW样机试验,验证了分析结论的正确性。
强化液冷牵引变压器电磁结构设计及优化
作者：温志伟；熊斌；程自然
摘要：随着我国高速铁路机车牵引功率的快速增加,综合考虑效率、电磁参数、绝缘性能和散热等问题的牵引变压器轻量化设计需求日渐突出。该文基于液体冷却的强化换热和冷却系统的绝缘设计,提出一种高铁车载牵引变压器的芯式电磁结构。变压器绕组采用饼式线圈,其间设计有液体冷却工质流动通道。以高低压绕组匝数、铁心直径和工作磁通密度作为优化参数,变压器损耗、绝缘和电抗参数等作为约束条件,采用遗传算法实现了牵引变压器的轻量化设计,并研制了一台900kV•A采用非油类液体强化冷却的牵引变压器原理样机。优化分析表明,铁心部分对整机轻量化目标的实现有显著影响,提高铁心工作磁通密度、绕组工作电流密度和强化冷却可以有效降低变压器整体质量。对样机的试验测试验证了变压器损耗、短路电抗等参数优化设计结果的正确性和电磁结构轻量化方法的有效性。
基于小波变换与逻辑斯蒂回归的混合式配电变压器故障辨识
作者：张立石；梁得亮；刘桦；柳轶彬；李大伟
摘要：混合式配电变压器（HDT）在智能配电网中能够代替传统配电变压器实现无功功率补偿、谐波治理和电压调节等功能。为了区分当HDT发生故障的时候,是变压器内部故障还是电力电子故障,该文首先通过仿真得到HDT不同故障工况下的大量一次侧、二次侧、三次侧、四次侧电流特征量数据,然后借助小波变换理论,对得到的数据进行四层离散小波变换,从中抽取小波域下数据的归一化能量、归一化能量矩和样本熵作为电流特征量数据的特征值。利用机器学习的方法,构建逻辑斯蒂回归分类器,将特征值组成的特征矩阵作为分类器的输入、训练模型,得到受试者工作特征（ROC）曲线和混淆矩阵表现很好的分类器模型。最后多次随机抽取数据,统计训练得到的机器学习模型的HDT故障识别的准确率均在90%左右。
交流接触器触头系统运动分析及故障诊断研究
作者：刘树鑫；宋健；刘洋；曹云东；李静
摘要：为了解决现有交流接触器触头系统故障诊断技术存在的运行状态识别率较低的问题,该文以改进多尺度排列熵（MMPE）与能量矩为特征向量,提出一种基于粒子群优化（PSO）算法最小二乘支持向量机（LSSVM）的交流接触器触头系统运动分析及故障诊断方法,能够有效提高运行状态识别率。经实测数据验证表明,所提方法可以完成交流接触器运行状态的有效识别,能够更有效地完成交流接触器故障定性诊断,并可以有针对性地对设备进行检修和维护。
电力系统与综合能源
基于柔性多状态开关互联的微配网一体化规划及运行评估
作者：李正天；叶雨晴；王子璇；吴宇奇；徐海波
摘要：柔性多状态开关（FMS）是未来微配网的新型电力电子设备,可用于改善电网潮流分布、提高分布式电源渗透率,并可在微电网孤岛运行后,实现较小冲击的柔性再并网。鉴于其造价高昂,针对由多微电网基于FMS互联构成的主动配电网,以运行经济性为目标,探究FMS接入位置和时序运行值。首先,对含有FMS的主动配电网进行约束建模,并综合配电网用电成本、FMS及储能的安装运维费用构建目标函数;然后,对配电网模型中的非线性求解项进行线性化处理和二阶锥转换,以提高规划问题的求解效率;最后,将目标函数在约束条件下进行求解,比对各种方案下配电网的综合运行经济性指标和电压偏移量,获取最优的FMS定址规划方案,并通过典型场景分析、微电网并网暂态仿真和算法对比,验证了FMS对于提升微配网运行水平的有效性和求解算法的高效性。
考虑极限场景的主动配电网重构与无功电压调整联合鲁棒优化
作者：赵平；赵期期；艾小猛
摘要：随着大量可再生分布式电源接入,其出力固有的随机性,使传统的电网重构和无功优化方法难以满足配电网安全经济运行的需要。为此,提出一种基于极限场景的两阶段主动配电网重构与无功电压调整联合鲁棒优化方法。该方法采用极限场景法处理随机变量,对电网重构与无功电压调整进行联合优化,在保证经济性的同时,能有效应对可再生分布式电源出力的大幅随机波动性。首先,以系统运行网损最小为目标,建立主动配电网重构与无功电压调整联合优化模型,并采用大M法、二阶锥松弛方法将原非凸模型转换为混合整数二阶锥规划模型;然后,考虑可再生分布式电源出力的随机性,采用极限场景法,在第一阶段决策出重构方案和有载调压分接头等慢速调节设备的运行状态,从而使第二阶段的快速调节设备能应对可再生分布式电源出力的随机大幅波动;最后,在修改的IEEE 33节点配电网上进行仿真,验证了所提方法的可行性与有效性。
基于下垂控制的多端直流系统稳定性分析
作者：吴琦；邓卫；谭建鑫；沙济通；秦晓亮 等
摘要：多端直流系统是未来电网的重要形态之一,其稳定控制是保障系统经济、高效运行的重要基础。下垂控制作为多端直流系统的主要协调控制方式,其控制策略以及系统关键参数皆与系统小信号稳定息息相关。为了提升系统稳定性,该文构建基于下垂控制的多端直流系统小信号模型,并采用主导特征值分析方法探究控制器参数、直流侧电容等不同参数对系统稳定性的影响,进一步分析对应的灵敏度,并寻找影响系统稳定性的关键参量。最后通过Matlab/Simulink仿真模型进行证明,结果表明,该文所述方法能够有效揭示影响系统稳定性的关键因素,通过合理调整其大小可以有效改善系统的稳定运行能力,提升系统的直流负荷接入容量。
直流微网的大信号稳定性分析及有源阻尼补偿方法
作者：明佳；王玉斌；王璠；田鑫娜
摘要：直流微网中,多种电力电子变换器通过不同的控制方式与直流母线相连接。其中有一类功率变换器表现为恒功率负载特征,呈现负阻抗和非线性特性,对直流微网的稳定性产生不利影响。针对含多个恒功率负载的直流微网大信号稳定性问题,该文搭建含多个恒功率负载的直流微网模型,利用T-S模糊模型法对直流微网的渐近稳定域进行估计。为了改善直流微网的稳定性,提高其渐近稳定域,引入了有源阻尼补偿。通过分析和比较在不同位置引入有源阻尼补偿对直流微网渐近稳定域的提升作用,得到最佳有源阻尼补偿位置。最后,通过仿真和RTLAB硬件在环实验对理论分析和有源阻尼补偿方法的有效性进行验证。
基于滑模控制的直流微电网一致性控制策略
作者：王宇彬；杨晓东；谢路耀；张有兵；徐崇博
摘要：对于含多组蓄电池储能单元（BSUs）的直流微电网系统,传统的下垂控制会带来电压偏差大、功率分配不平衡等问题。针对上述问题,该文提出一种基于一致性算法的多组储能控制策略。所提控制策略的一次控制采用传统下垂控制来协调多个直流储能系统;二次控制基于一致性算法,结合电压观测器观测各节点母线电压以有效提升直流母线电压水平,在此基础上,通过BSUs的荷电状态（SOC）以及各变流器与邻居变流器之间的通信,对蓄电池功率进行合理分配。另外,考虑到在不同的负载波动下,比例积分控制器往往需要调节参数使系统在大范围波动下有一个良好的性能,进一步提出采用鲁棒性能更好的滑模控制（SMC）。SMC用于控制每个变流器的输出电压的误差值与输入电流的误差值,控制目标为迫使电压误差与电流误差按照设定相轨迹运行,进而到达设定滑模面稳定运行。仿真结果表明,所提分布式控制策略具有良好的动态性能,并且通过仿真验证了孤岛直流微电网在应对负载波动以及光伏出力波动等情况下,SMC相较于PI控制具有更好的鲁棒性及可靠性。
受端混联型LCC-VSC直流输电线路快速后备保护
作者：武传健；张大海
摘要：混联多端直流输电技术集中了电网换相换流器（LCC）和电压源型换流器（VSC）两种换流器技术的优势,具有广阔的发展前景,多端混联导致其输电线路故障特性区别于传统单一直流系统。该文对LCC-VSC混合多端直流输电线路故障特性进行分析,发现输电线路故障时存在两侧电流不平衡、LCC支路和VSC支路对后备保护时间要求不同的问题,传统的微分欠电压保护和电流差动保护难以作为整条输电线路的后备保护。针对此问题,提出基于单端电气量的双加速反时限过电流保护方案作为输电线路行波保护的快速后备保护,利用两端不同整定值的方案解决两侧电流不平衡问题;利用反时限特性同时配合两条支路的主保护,并且其受分布式电容和过渡电阻的影响较小。最后通过仿真实验证明了该方案的有效性。
一种直流电压的串联有源补偿电路及其在多端直流电网中的应用
作者：杨荣峰；于雁南；王国玲；吴德烽；俞万能
摘要：直流整流电路中直流侧通常通过并联电容方式进行滤波,但直流侧电容可能造成短路时巨大的放电电流,同时在高压应用中,直流侧电容体积大、成本高。为此,该文提出一种串联的有源补偿电路,输出谐波电压以补偿整流器输出电压中的谐波,从而不用电容即可实现直流稳压输出。为了稳定该电路的独立电容电压,以及准确地对谐波电压进行补偿,该文提出基于双环PI和基于滑模变结构的两种电压控制方法,并对负载突变情况进行了分析。针对该电路应用于多端直流电网（MTDC）带来的问题,该文提出一种对潮流进行控制的主从结构方法,以避免不同控制功能的相互影响。最后,通过大量仿真对所提出的电路及控制方法进行了验证。
基于马尔科夫链的自适应储能需求功率预测模型
作者：何俊强；师长立；韦统振
摘要：针对储能辅助火电机组二次调频时储能需求功率随机性强的问题,提出一种基于马尔科夫链的自适应储能需求功率预测模型。首先,针对火电机组响应自动发电控制（AGC）指令时功率随机变化性强且难以实时监测的特点,运用马尔科夫随机过程理论来描述储能未来有限时域内的需求功率,并采用后验功率信息实时自适应调整预测模型以适应AGC指令的周期性波动;然后,针对需求功率随机场景繁多的问题,提出一种可变预测时域的场景树生成方法来选择预测场景,该方法能够在树节点数一定的情况下更有效地选择场景;最后,进行了算例分析。结果表明,相比无自适应调整的马尔科夫模型,所提自适应预测模型的预测精度提高了8.28%;采用该文所提场景树方法的预测精度相对于固定场景树结构方法提高了6.67%,较极大似然估计法提高了4.65%。
局部遮挡下光伏阵列的快速建模及极值点分布特征研究
作者：周亮；武美娜；胡安
摘要：该文通过引入Lambert W函数,将光伏电池的电压电流非线性超越方程进行解耦,分别推导出单个光伏电池、电池串、光伏组件、光伏组串的电压或电流显式表达式。在此基础上,提出一种基于组串特性曲线线性插值叠加的光伏阵列建模方法,建立考虑局部遮挡下的光伏阵列模型,避免了传统建模方法计算复杂且耗时长的难题。实验结果证明了光伏阵列建模方法的正确性和有效性。该文利用光伏阵列模型,进一步研究了局部遮挡下的光伏组串和光伏阵列的多个极值点分布特征,并推导出直接计算极值点电压、电流和功率的表达式,仿真及实验结果验证了计算公式的正确性。
电压不平衡条件下电动汽车充电机电流分析模型
作者：王金浩；李胜文；常潇；杨超颖；徐少博
摘要：电网运行过程中,三相负载不平衡、线路参数不对称及不对称故障等因素均可能引起三相电压不平衡。不平衡电压作用下,电动汽车充电机输入电流将存在完全断续、完全连续及混合状态等不同续流状态。为精确且全面地描述电动汽车充电机在电压不平衡条件下的输入电流特性,以三相电流续流状态为依据,提出不平衡条件下涵盖全部运行范围的充电机运行状态划分方法;以此为基础,充分考虑网侧电压不平衡分量与谐波分量影响,建立包含无源功率因数校正环节、线路等效阻抗及交流侧滤波电感的充电机不同运行状态对应电流分析模型。理论计算与实验结果证明了所提模态划分方法的有效性和所提建模方法的精确性。
电力电子
考虑寄生参数的功率MOSFET开关损耗简化计算方法
作者：马昆；施永；苏建徽；赖纪东；于翔
摘要：变换器设计过程中,金属-氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的开关损耗计算是变换器散热设计和参数优化的理论依据之一。现有计算开关损耗的方法在数学建模过程中需要求解微分方程组,计算过程较为复杂,不利于实际工程应用。该文提出一种简洁易用的MOSFET开关损耗简化计算方法。首先,推导出MOSFET非线性电容及跨导系数取值公式,并细化了MOSFET开关过程中的模态;然后,通过对各模态电流、电压波形进行分段线性近似处理,避免求解微分方程组,推导出相应模态的持续时间以及电流、电压的简化解析式及开关损耗计算公式;最后,通过对比计算结果和Pspice模型仿真结果,验证了该计算方法的准确性。
基于单向脉冲电路和SiC器件的超高频感应加热电源
作者：石新春；马莽原；柴艳鹏；李亚斌；付超
摘要：针对超高频感应加热电源中存在的输出功率小、寄生参数引起的电压电流冲击严重、开关损耗大等问题,提出基于单向脉冲电路和SiC器件的超高频感应加热电源。该电路采用RLC负载并联谐振和单向脉冲供电的工作方式,增大输出功率。开关器件采用新型SiC MOSFET,开关时间短,可以提升工作频率。此外,直流母线串接大电感,可以吸收母线的杂散电感,通过的直流电流不会对开关器件产生电压冲击,同时,连接线路采用简单的平行母排结构,减小了线路的杂散电感,减弱了对开关器件的电压冲击。开关器件工作在软开关状态,可以降低开关损耗。研究分析电路的工作原理和特性,并通过仿真和1MHz/1kW的样机进行验证。
电流源驱动电路效率提升及损耗分析研究
作者：桑汐坤；王懿杰；徐殿国
摘要：该文对一种新型电流源门极驱动电路的两种不同的工作方式进行研究,为了分析系统参数对两种工作方式下驱动电路损耗的影响,对电路的工作模态和各部分的功耗进行详细的分析。此外,还对两种工作方式下驱动电路的损耗进行比较,从系统损耗的角度提出这种电流源门极驱动电路在两种工作方式下的选择方法。最终,将该电流源驱动电路应用到改进型SEPIC升压变换器中,通过实验测试分析了开关管驱动信号的开通关断过程,并与传统Si8271电压源驱动做出对比分析,进一步验证了该电流源驱动电路对于提升系统效率的意义。
全碳化硅辅助变流器功率回路振荡问题
作者：余宝伟；郭希铮；部旭聪；刘伟志；游小杰
摘要：以SiC MOSFET替代传统的Si IGBT,可获得更高的开关频率和更低的损耗,但高di/dt造成SiC MOSFET结电容和寄生电感谐振,从而引发高频振荡和过冲电压等问题。该文在充分考虑系统寄生参数的基础上,对于SiC MOSFET关断振荡建立小信号模型,推导解耦电容对于线路寄生电感完全解耦的条件,并在频域上对高频振荡和低频振荡进行分析。在此基础上,该文针对功率回路存在的低频振荡问题,提出一种低频振荡谐振分析模型,建立阻抗分析网络对低频谐振电流进行计算。最后通过仿真和实验结果验证了关断振荡分析以及谐振电流解析的准确性,并对系统参数设计提供了指导意见。
基于SiC MOSFET的同步Buck变换器电磁干扰噪声分析及预测
作者：成林；欧宏；毕闯；冯思朦；吴经锋
摘要：碳化硅（SiC）MOSFET相比于传统的硅型MOSFET,具有更高的工作结温和更大的功率密度。但由于其更快的开关速度以及电路中存在的寄生参数,SiC MOSFET的输出波形会产生很大的开关振荡。该文基于开关过程的等效模型,建立分析模型以计算同步Buck变换器开关波形的频谱以及相应的频谱边界。通过将实验结果与数值计算结果进行比较,准确地预测出开关波形频谱的边界,并且发现,SiC MOSFET的寄生参数对高频成分含量及其边界具有明显的影响。
基于GaN器件的高频高效LLC谐振变换器
作者：童军；吴伟东；李发成；杜光辉
摘要：传统功率器件在高频下,器件本身产生较大的损耗,严重制约着高效、高功率密度的开关变换器的需求,第三代宽禁带半导体器件氮化镓（GaN）的出现能够进一步地提高变换器的效率和功率密度。GaN器件具有开关速度快以及无反向恢复损耗等特点,该文利用这一特性,结合印制电路板（PCB）平面变压器,将其应用于LLC谐振变换器中,最终设计一款48V输入、12V输出、120W、1MHz的实验样板。实验结果表明,该样板的体积得到大幅度地降低,通过采用GaN器件极大地提高了变频器的效率和功率密度,为采用GaN器件的高功率密度变换器的设计提供了参考。
基于移相控制的无线电能传输系统离散迭代建模
作者：马天录；王跃；胡秀芳；林子杰
摘要：该文考虑电容和电感寄生电阻的影响,建立基于移相控制的串联补偿无线电能传输系统的离散迭代模型。给出一个开关周期内,离散迭代建模不同状态区间的划分原则,并通过列写每一状态区间的物理方程,得到状态表达式。同时,总结不同状态区间系统状态方程系数矩阵和输出矩阵与系统参数的关系,最终建立一个开关周期内系统精确的离散迭代模型。利用离散状态空间表达式求取系统的稳态工作点。为了描述无线电能传输系统的动态性能,利用扰动传递的思想,建立基于离散迭代模型的小信号模型。仿真和实验结果证明了所建立模型的有效性和准确性。
基于单一矢量的两电平逆变器快速模型预测控制
作者：陈琢；王琛琛；成前
摘要：近年来被广泛应用于两电平逆变器（2L-VSI）控制的有限集模型预测控制（FCS-MPC）算法,由于存在计算量大、权重因子分配复杂等问题,严重限制了其实用性。该文结合无差拍控制思想提出一种基于单一矢量的快速模型预测控制（F-MPC）算法,与传统FCS-MPC需要8次预测才能得到最优矢量相比,该算法只需1次预测和矢量定位即可确定最优矢量,在大幅度降低计算量的同时保证了与FCS-MPC在两种单一电流控制代价函数形式下的等价性。在此基础上,当两电平逆变器的开关频率和电流一起作为控制目标时,该算法通过简单地调整滞环区域宽度解决了权重因子分配复杂的问题。该文从稳态、动态性能等方面对F-MPC和FCS-MPC算法进行单一控制目标下的等价性验证;同时验证了F-MPC算法的多变量控制能力。仿真和实验结果验证了所提方法的正确性和有效性。
三相VIENNA整流器的混合空间矢量脉宽调制策略
作者：陈杰；沈禹廷；沈佳茜；史明明；陈家伟
摘要：基于连续空间矢量脉宽调制（SVPWM）的三相VIENNA整流器输入电流存在过零畸变,导致输入电流总谐波畸变率升高的问题。为了消除过零畸变,该文从共享矢量的角度对过零畸变产生的原因进行深入的分析,并比较连续SVPWM和断续SVPWM各自存在的优势与不足,进而提出一种混合SVPWM策略,可以有效解决过零畸变问题。此外,还从共模电压的角度对两种脉宽调制进行归一化处理,优化混合SVPWM的算法实现。最后,通过仿真和实验验证了所提控制策略的正确性。
基于移相控制的谐振开关电容变换器占空比优化策略
作者：闫成章；杨晓峰；刘妍；温飘；郑琼林 等
摘要：谐振开关电容变换器（RSCC）通常采用移相控制调节输出电压,但该方法易增大谐振电流峰值,影响RSCC效率。为此,该文提出一种基于移相控制的占空比优化策略,通过改变占空比实现零电压软开关,降低开关损耗。首先在RSCC移相控制调压原理分析基础上,采用状态轨迹法研究其软开关下的电压比范围;然后建立RSCC通用电压比模型,通过分析占空比对RSCC谐振特性影响规律,进而提出RSCC的占空比优化策略;最后通过实验结果表明,与传统移相控制相比,该文所提占空比优化策略可有效改善RSCC的软开关电压比范围,提高整机效率。
一种基于H∞ 闭环控制器的混合式配电变压器
作者：高亚晨；梁得亮；李大伟；周堃；柳轶彬
摘要：为提升混合式配电变压器（HDT）应对电网中发生的电压暂升/暂降以及频率波动的能力,进一步提升电能质量,建立dq0坐标系下的HDT数学模型,推导基于H∞ 闭环的前馈/反馈（FF/FB）控制器的数学模型和传递函数,利用多变量调节理论和卡尔曼滤波器建立基于H∞ 闭环控制理论的控制器模型,建立基于该控制器的三相HDT拓扑结构并进行原理分析,实现利用HDT解决电压暂升/暂降、谐波电流补偿、平衡负载电压、校正功率因数的功能。通过该HDT结构,可以更好地实现零稳态误差和更优的鲁棒性,进一步提高HDT提升负载侧电能质量的能力。最后通过在Matlab/Simulink平台进行仿真实验,验证了该控制器的有效性。
一种基于模糊控制的混合式配电变压器的控制策略
作者：李大伟；梁得亮；高亚晨；张明康；张立石
摘要：混合配电变压器（HDT）具有丰富的电压、电流调控功能。为了更好地实现HDT直流母线电压控制,将模糊控制（FLC）引入到传统比例-积分（PI）控制器中。通过选取适当的隶属度函数,构建相应的专家数据库,利用重心法解模糊,提出一种基于FLC的HDT直流母线电压控制策略,从而有效地提高了直流母线电压控制系统的暂态性能。在Matlab/Simulink中针对上电阶段、电网电压波动以及负载功率突变时的控制过程进行仿真分析,仿真结果验证了所设计的FLC控制的正确性和可行性。
可靠性导向的城轨车辆牵引变流器控制策略
作者：林帅；方晓春；黎白泠；林飞；杨中平
摘要：作为城市轨道交通车辆的关键子系统的牵引变流器,其可靠性受到了广泛的关注。根据工业调查,绝缘栅双极性晶体管（IGBT）是电力电子变换器中最易受损的部件之一。IGBT模块的工作状态取决于牵引电机的输出功率。牵引变流器运行工况的变化会导致IGBT结温的波动,从而对IGBT造成损伤。因此,为了节省成本和提高系统可靠性,该文对IGBT可靠性技术进行了研究。首先,进行基于任务剖面的城市轨道交通牵引变流器IGBT模块的寿命预测。然后,分析牵引变流器控制方式对IGBT寿命的影响;最后,研究以可靠性为导向的牵引变流器控制策略,该策略能够提高牵引变流器的可靠性和可用性。
高电压与放电
舰船电缆绝缘在线监测技术综述
作者：吴沛航；吴旭升；高嵬
摘要：舰船电缆作为舰船电网的重要组成部分,决定了整个舰船电力网络的可靠性、稳定性。舰船工作环境的湿度、温度以及各种物理、化学因素远比陆地复杂,关于舰船电缆发生绝缘老化的研究表明,绝大部分的舰船电网故障都来源于电缆故障,而绝缘老化等缺陷导致的故障占电缆故障的绝大多数。因此,对电缆实现有效的在线监测可以实现故障预警,减少舰船电网因绝缘故障造成的损失。该文主要介绍直流分量法、交流叠加法、直流叠加法、双频信号注入法、单频信号注入法、S注入法、介质损耗因数法以及局部放电法等针对舰船电缆设计的在线监测方法的工作原理,重点分析信号注入法对绝缘进行监测的方法。对每种方法的特点和适用范围进行总结,对舰船电缆绝缘在线监测技术目前存在的问题进行分析,并给出总结和展望。
110kV变阻抗变压器短路电流首峰值限制方法
作者：马奎；王曙鸿；姚晓飞
摘要：该文研究110kV变阻抗变压器（VIT）短路电流首峰值限制方法。发生短路时,通过人工过零回路在短路电流上升阶段开断快速开关,使短路电流流过与高压绕组串联的内置限流电抗器从而被限制。仿真计算变阻抗变压器短路电流首峰值随短路瞬间电压相位的变化关系,结果表明,仅当电压相位处于[-180°, -120°]、[-60°, 60°]以及[120°, 180°] 3个区间时才有必要进行人工过零限流,现有快速真空开关分闸时间及短路故障识别算法时间满足限流方案要求。快速开关开断后,变阻抗变压器绕组的短路电流将继续增长。通过提前触发人工过零回路,同时减小人工过零回路电容器电容量,可将变阻抗变压器短路电流首峰值限制到与快速开关保持分闸状态相同的水平。限流方案可采用大电流试验回路进行验证,其对快速开关开断能力的考验比实际变压器出口短路更严格。
脱气处理对高压直流电缆绝缘特性的影响
作者：罗兵；孟繁博；王婷婷；贾磊；陈向荣
摘要：为了研究不同脱气时间对高压直流电缆绝缘特性的影响,该文采用超纯交联聚乙烯（XLPE）电缆料,利用平板热压法制备试样,通过70℃、常压下脱气处理,得到0h、12h、36h和90h四种不同脱气时间的试样。采用电流密度、空间电荷、直流击穿和X射线衍射（XRD）测试,研究XLPE试样脱气前后绝缘特性的变化规律。研究结果表明,脱气12h后,试样空间电荷分布得到明显改善,电极附近几乎无空间电荷积累;脱气36h后的实验具有最佳的电气性能,其电流密度明显降低,击穿场强提高了约18kV/mm;脱气90h后,试样的结晶度特性变化明显,结晶度下降了约11%,结晶衍射峰强度下降了约62%。上述结果表明,脱气处理有利于XLPE试样中交联副产物的挥发以及其绝缘性能的提高,而且可以通过最优化脱气时间改善材料的绝缘性能,从而降低企业的生产和时间成本。
500kV SF6瓷质套管多工况仿真与故障分析
作者：赵建利；姚顺；岳永刚；姚树华；杨兰均
摘要：SF6填充式瓷质高压套管的炸裂事故对电力系统的稳定运行十分不利,同时也给相关工作人员的人身安全造成了极大威胁。近年来,我国北方发生了多起SF6瓷质套管炸裂事件,但事故原因尚未明确。因此,该类套管在多种工况下的运行特性还需要更加深入的分析。针对这一问题,该文对500kV电压等级的SF6填充式瓷质高压套管在电场、电热耦合场中的运行特性进行仿真,考虑了积污、雨雪环境等外绝缘因素,以及套管内温度分布、低温下套管内壁SF6气体液化等因素对于套管内部气体主绝缘特性的影响。仿真计算结果表明,雨雪、积污等外绝缘因素以及温度分布对于套管内电场分布的影响较小,因此基本不会成为套管炸裂事故的诱因;但在低温环境下,SF6气体在套管内壁上的液化现象会引起液膜端部电场激增,甚至可能导致局部电场高于SF6气体的击穿场强,从而致使绝缘失效、气体放电等情况发生,最终引发瓷质套管炸裂事故。
磁悬浮列车碳纤维复合材料车体接地系统设计
作者：蔡娇；王舒瑾；张立伟；杨君；申璐
摘要：接地系统是影响磁悬浮列车运营安全的重要因素,磁悬浮列车的车体构造、轨道结构和受流方式与其他轮轨交通方式明显不同,因此接地设计需特殊考虑。同时,随着轻量化的碳纤维复合材料在磁悬浮车体上的应用,该车体变为不良导体,无法通过车体将需要接地的设备接入大地,从而使接地系统成为碳纤维车体设计中的一个难题。基于此,该文分析碳纤维复合材料结构对车体接地回路的影响,在介绍磁悬浮列车主要接地技术分类后,针对碳纤维复合材料的车体结构,提出一套接地系统设计思路。后续在理论分析的基础上用Maxwell仿真软件搭建接地回路模型,仿真计算出车体接地回路电阻,最后分析接地回路中故障电流的分布以此评估接地系统的有效性。
基于双有源全桥拓扑直流变压器中中频变压器的绝缘问题及处理
作者：苟建民；谢晔源
摘要：针对当前基于双有源全桥（DAB）拓扑直流变压器的研究热点，讨论了应用于该类型直流变压器的中频变压器所面临的绝缘问题及处理方法。该文讨论了变压器尺寸减小、kHz工作频率及陡上升沿对中频变压器绝缘的影响。三种因素同时存在，共同影响变压器的绝缘。为了应对上述因素所带来的挑战，需要重点在变压器绕组设计、绕组间及绕组内部匝间和层间绝缘需求分析、绝缘材料选用、绕组绕制及变压器加工工艺环节进行研究。
联系我们
《电工技术学报》：010-63256949/6981
邮箱：dgjsxb@vip.126.com
《电气技术》：010-63256943
邮箱：dianqijishu@126.com
编务：010-63256994；订阅：010-63256817
广告合作：010-63256867/6838