抢鲜看｜《电工技术学报》2024年第13期目次及摘要

《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

用于细胞活性研究的高重频脉冲磁场装置

作者 ：樊俊显；张绍哲；李可欣；相文佩；韩小涛

摘要 ：一定时间的脉冲磁场序列可刺激某些类型的细胞和组织产生有益的生物效应。由于磁体本质上是一个大感性负载,难以同时实现磁体电流的高di/dt和高精度调节。为此,该文提出一种两级联合调控拓扑,前级电路为同步降压电路,用于实现di/dt随磁场期望值同步调节,后级电路是桥式电路,用于实现脉冲磁场波形周期、振幅、稳定度、刺激间隔等参数的控制,为了实现电流从快速上升到稳定值的平滑过渡,引入一种由滞环控制器和PI控制器组成的混合型控制器。

在此基础上,研制了频率范围为1 Hz~5 kHz、脉冲边沿小于50 μs、可调精度为0.1 mT、峰值强度高达10 mT的便携式高频脉冲磁场发生装置样机,并应用于脉冲磁场对高龄小鼠的体外成熟卵母细胞受精和胚胎发育能力影响的研究。在脉冲磁场作用下囊胚形成率从15.15%提高至52.94%,表明脉冲磁场显著促进了高龄小鼠体外成熟卵母细胞的发育能力。

基于低频表面超材料的超低场磁共振成像信噪比增强方法

作者 ：孔晓涵；张雅娜；吴嘉敏；贺玉成；徐征

摘要 ：超低场磁共振成像（ULF-MRI）设备具有成本低、质量轻、体积小等优点,在特殊领域的应用需求越来越大,如移动磁共振成像救护车、床旁监护、偏远地区等。但由于其磁场强度低,导致信噪比也较低,图像分辨率差,因此提升信噪比对促进ULF-MRI技术的发展具有重要意义。

该文基于低频表面超材料的特性,提出一种电感-电容谐振阵列,用来提升ULF-MRI的信噪比。首先,建立了等效电路模型来评估磁场增强效果;其次,利用部分元等效电路法计算射频线圈的等效电阻和信噪比,根据成像要求设计优化谐振线圈结构,并提出考虑谐振耦合的匹配方法和线圈阵列的解耦方法。最后,利用自主研发的54.6 mT的ULF-MRI系统（工作频率：2.32 MHz）进行成像实验,图像信噪比得到显著提高。

电力系统与综合能源

基于单边调制映射函数的LCC-HVDC直流侧阻抗精确建模

作者 ：汪娟娟；莫泽；刘岳坤；周盛宇；傅闯

摘要 ：阻抗模型是电网换相换流器型高压直流输电系统小信号稳定性分析的重要基础,阻抗模型的准确程度直接影响系统小扰动稳定性分析。该文首先从同步触发原理出发,引入基于单边调制产生的映射函数,该函数蕴含控制及换相信息,可以准确建立换相/非换相期间交直流侧的映射关系;其次,考虑换相动态并通过谐波线性化和傅里叶变换建立完整的直流侧电压和交流侧电流的频域小信号动态模型;再次,考虑控制和换流阀阻尼回路,建立整流侧和逆变侧直流阻抗解析模型;最后,以CIGRE高压直流标准测试模型为例,基于PSCAD/EMTDC平台验证了直流侧阻抗模型的准确性及其用于小扰动稳定性分析的有效性。

基于暂态关键特征逻辑推理的复杂电网响应驱动暂态稳定性判别

作者 ：杨浩；伍柏臻；刘铖；孙正龙；蔡国伟 等

摘要 ：暂态稳定实时性判别是响应式稳定控制的核心,新能源和直流输电并网下电网的结构、运行和响应特征复杂程度骤增,现有实时性判别方法的准确性和泛化性面临挑战。该文针对含新能源和直流输电的复杂电网暂态稳定性,提出了一种基于可量测暂态能量特征的自适应逻辑推理判稳方法,实现无电网模型依赖且具有可解释性的实时性稳定性判别。

首先,基于发电机转子运动的能量关系,结合特勒根定理构建了面向复杂电网响应信息的能量函数并论证了其守恒性;然后,根据系统动能-势能能量转换特征定义了稳定预判因数,并结合最大功角差构成了判稳关键特征量,提出了基于自适应模糊推理神经网络（ANFIS）的关键特征量与稳定状态之间的映射模型,实现了暂态稳定性实时推理评估;最后,在简单系统中量化分析了关键特征量与系统稳定性间的关系,并在修改后含新能源与直流输电的IEEE 10机39节点系统中验证了该文所提方法的有效性与泛化性。

非线性弹性耦合下双馈风电机组的暂态能量转移与振荡特性分析

作者 ：张祥宇；黄泳漩；付媛

摘要 ：新能源与同步发电机组间高效暂态能量转移是新型电力系统抑制功率振荡的关键。该文首先分析同步发电机组和双馈风电机组间处于虚拟同步运行时的虚拟轴系耦合关系;其次,通过非线性功率耦合,引入立方刚度,建立非线性弹性耦合下含风电的两自由度系统动态模型;再次,基于哈密顿原理,分析引入立方刚度后风电并网系统的暂态能量转移过程,推导机组间能量完全转移的必要条件,并提出双馈风电机组的非线性弹性耦合控制策略,依据所得必要条件完成控制器参数优化设计;最后,搭建风电高比例仿真系统,验证了双馈风电机组在所提控制方法下能够高效转移暂态能量,显著提升其功率振荡抑制和频率支撑能力。

基于非线性仿射的风电场电压实时计算和优化方法

作者 ：张兆毅；胡浩；王子江；商犇；樊友平 等

摘要 ：该文提出一种基于非线性仿射的风电场电压实时计算和优化方法。

首先,以网损和并网电压波动综合最小为目标,建立风电场多时段动态无功优化模型,利用半不变量法分析风电功率不确定性对机端电压的影响,采用改进内点法实现模型的高效求解;其次,提出一种非线性仿射方法,快速准确地获得计及风电功率波动后的系统电压状态,并通过计算风机无功调节量来实现系统电压实时优化;再次,设计考虑风电功率对机端电压和并网电压综合影响的事件触发算法,降低风电功率波动平缓时风机的无功控制频率;最后,在我国某实际风电场的仿真试验表明,非线性仿射法能够快速获得系统实时电压状态,电压实时优化方法能够有效地防止机端电压越限并减小并网电压波动。

分支定界搜索信息深度引导的电-气互联系统调度决策加速求解方法

作者 ：高倩；杨知方；李文沅；卢毓东

摘要 ：电-气互联系统调度决策问题旨在实现天然气系统和电力系统中可调节资源的最佳配置,其精准性与高效性直接影响电-气互联系统运行的安全性与经济性。为描述可调节资源离散状态、非线性运行特性等物理性质,电-气互联系统调度决策问题中含有规模庞大的离散决策变量,模型复杂度高,使得现有依赖于商业混合整数线性规划（MILP）求解器的电力系统运筹优化技术面临“组合爆炸”的计算负担。为此,该文提出一种分支定界搜索信息深度引导的电-气互联系统调度决策加速求解方法。

所提方法利用分支定界初始搜索阶段的信息构建小规模辅助MILP模型,并内嵌于分支定界搜索过程,引导剪除更多冗余搜索空间,在不损失最优性的前提下加速收敛。基于RTS-GMLC电力系统和天然气系统不同负荷水平及线性分段数下的30个算例仿真结果说明,相比于直接使用商业MILP求解器,所提方法在不损失最优性的前提下可实现平均4.20倍的加速,验证了所提方法的有效性。

基于磁流体力学模型与模型预测控制的地磁暴期间超高压、特高压电网电压波动平抑优化调度

作者 ：辛文凯；王泽忠；刘春明；王古玥

摘要 ：地磁暴期间,电网中的变压器受到地磁感应电流（GIC）影响而导致无功损耗会显著增大,这种不确定的、突发群发的无功扰动会引发电网电压波动。超高压、特高压电网由于其特殊的电气特性更容易受到地磁暴的侵害,造成电压跌落至不合格区间甚至引发电压崩溃而导致大规模停电。

该文以地球三维磁流体力学（MHD）模型预测的地磁扰动（GMD）为基础,采用模型预测控制（MPC）方法修正MHD模型计算的无功扰动并调整可控主导节点的注入功率进行优化调度,平抑地磁暴期间超高压、特高压电网电压波动。该文还以华东超高压、特高压电网为算例,仿真对比了特大地磁暴发生期间电网实施优化调度前后的电压波动,并提出了波动率指标验证了所提方法的有效性,为保证地磁暴期间的电压稳定性和合格率提供了指导。

基于自适应移频滤波的电力系统谐波分析方法

作者 ：李建闽；曹远远；姚文轩；梁成斌；于佳琪

摘要 ：随着非线性负荷和冲击性负荷的不断增加以及新能源的大规模并网,电网环境日趋复杂,各类电能质量问题日益凸显。其中,谐波问题尤为突出,准确估计谐波参数不仅是谐波治理的关键,也是电力企业和用户评价电能质量的重要依据。为此,该文提出一种基于自适应移频滤波的电力系统谐波分析方法。

首先,对电网谐波信号进行初次移频滤波操作,以获得信号实际基波频率;然后,根据信号实测基波频率,对信号进行二次移频滤波处理,进而准确获取各次谐波的幅值和相角;最后,仿真实验表明,该文所提算法能够有效地克服非同步采样和噪声的影响,并且具有测量精度高、实时性好和适应性强等特点。此外,通过实际构建的硬件测试平台,进一步验证了所提算法的准确性和可靠性。

电力电子

双频DC-DC变换器的磁集成技术

作者 ：高圣伟；李永宵；田金锐；刘磊

摘要 ：双频 Buck 变换器由两个降压单元级联构成,具有动态响应快,开关损耗小等优势。然而不足的是磁件占据了整个系统的大部分体积与重量,降低了系统的功率密度。针对这一问题,提出一种三段式绕制磁集成技术,将磁件以解耦的方式集成在一副磁心中。

该文首先建立集成磁件的磁路等效模型,通过抵消各绕组之间的耦合作用推导出解耦条件,并详细阐述了磁心的选取、匝数以及气隙的设计原则。其次,利用有限元仿真平台对所提集成磁件进行建模分析,与现有的集成方法相比,磁通密度分布更为均匀,磁心的利用率得到了有效提升。最后,搭建一台48 V/12 V、108 W 的实验样机,体积和重量同分离磁件相比降低了 31.2%和25.3%,提高了系统的功率密度,验证了该集成方法理论分析的正确性和可行性。

九边形模块化多电平变换器的解耦模型与控制策略

作者 ：程启明；杜婷伟；程尹曼；赖宇生

摘要 ：九边形模块化多电平变换器（N-MMC）是一种具备多端口、低频性、高可靠性等特点的AC-AC变换器,在海上风电领域应用前景广阔。但是,九边形变换器存在不同频率的电气分量强耦合的问题。为此,该文提出了一种九边形变换器的解耦方法。

首先,根据九边形变换器的拓扑结构,分析了其桥臂电压、电流的关系,建立了九边形变换器的解耦模型;然后,在此基础上推导了PI控制策略和非线性的无源控制（PBC）策略;最后,在Matlab仿真平台和RT-Lab半物理平台上进行了多种工况的仿真和实验验证,对比了解耦后采用PBC控制、PI控制、未解耦直接采用准比例谐振（QPR）控制的效果,验证了所提解耦模型与PBC控制的可行性与优越性。

考虑架构灵活重构的混合式贯通牵引供电装置应急管控与故障恢复策略

作者 ：王鑫；郭祺；涂春鸣；侯玉超；肖凡

摘要 ：基于牵引变压器与两相交流输入至单相交流输出（两相-单相）变换单元的混合式贯通牵引供电系统（HATPSS）凭借其设备利用率高、改造成本低等优势而受到关注。然而,两相-单相变换单元作为系统中的薄弱环节,其任意端口故障会导致系统出现负序电流与功率缺失等问题,严重者将引发整个贯通系统失稳。此外,受HATPSS供电架构特殊性及其控制目标多样性的影响,传统牵引系统冗余备用方案与应急管控技术适用性差等问题突出。

鉴于此,该文针对两相-单相变换单元的输入/输出端故障工况,综合考虑牵引站中既有设备应急管控潜能与两相-单相变换单元控制自由度的特点,分别提出面向HATPSS的应急管控与故障恢复策略。仅通过牵引变压器、联络开关、两相-单相变换单元等系统既有装置间的协同配合,实现在不同故障工况下HATPSS额定功率运行与负序电流抑制。最后,仿真与实验验证了在不同工况下该文所提应急管控策略的可行性与有效性。

基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

作者 ：许水清；许晓凡；何怡刚；柴毅

摘要 ：为提高中点钳位型三电平（3L-NPC）并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性,针对其开关管开路故障和电流传感器故障,提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。

该方法首先针对3L-NPC并网逆变器,设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值;其次,利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量;同时,利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障;在此基础上,构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量,实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

高电压与放电

输电线路单导线自由扭转覆冰动态仿真研究

作者 ：杨国林；蒋兴良；廖乙；胡建林；张志劲

摘要 ：输电线路冰灾长期威胁电网安全稳定运行,结合输电线路实际覆冰情况,建立准确的输电线路覆冰增长模型对电网冰灾防御具有重要意义。但现有的输电线路覆冰增长模型多忽略了输电线路自由扭转覆冰过程。

该文基于野外自然环境下输电线路单导线自由扭转覆冰的观测结果,建立了反映导线自由扭转覆冰动态过程的仿真分析模型。在重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站开展GJ50导线自由扭转覆冰实验,将实验结果与数值仿真结果进行对比分析。结果表明：导线扭转角度和单位覆冰质量沿单导线中心点对称分布;仿真获得的导线覆冰形状与实际情况吻合;导线扭转角度和单位覆冰质量仿真值与测量值误差平均值均在10%以内。

基于强跟踪滤波器的水中高频振荡放电参数分析

作者 ：康忠健；高崇；邵在康；傅雪原

摘要 ：为探明水中放电高频振荡阶段参数及其变化特性,提出一种基于自适应噪声完备集合经验模态分解（CEEMDAN）和强跟踪滤波器的时变参数辨识方法。通过该方法分解水中放电实验平台采集的电压、电流信号得到不同频率特征的信号分量,对最适应原始波形的信号分量开展Hilbert变换并求得相应的瞬时幅值、频率,进而得到所需的电阻和电感。

实验数据离散度分析结果表明,放电进程中参数变化具有随机性,故利用强跟踪滤波器进一步对实验数据进行辨识处理,可有效地降低随机放电造成的离散性,并获得具备普适性的电阻值和电感值。偏离度分析结果表明,辨识电阻与测量数据除在气泡崩塌阶段随机性过大外,前期偏离度集中在23.26%以下,降低了偏离度处于80%~110%内数据点的干扰,电感偏离度集中在2.35%以下。该方法能够有效地应用于水中高频振荡放电过程的时变参数处理研究中。

基于图像信息熵与多元变分模态分解的电缆局放信号去噪方法

作者 ：王晓卫；王雪；王毅钊；张志华；梁振锋

摘要 ：局部放电（PD）检测是评估交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘状态的主要手段。针对电缆终端与中间接头局部放电现场检测时存在白噪声、周期性窄带干扰,以及去噪过程中自适应性较弱的问题,该文提出了一种基于图像信息熵与新型自适应多元变分模态分解的去噪方法。

首先,对信号进行多元变分模态分解,重组信号并转换成灰度图像,进而计算图像一维信息熵。在考虑算法执行效率的同时,将Pearson相关系数与图像信息熵优化算法的模态参数相结合。其次,通过计算各本征模态分量的峭度来判定其主导分量的性质特征,利用峭度对噪声敏感的特性区分PD特征信息与噪声干扰分量,进而对噪声干扰分量进行3σ准则滤波。最后,通过新型改进小波阈值算法得到去噪信号。

利用该方法对PD信号进行去噪,并与基于Spearman的变分模态分解（S-VMD）法、自适应集合经验模态分解（NAEEMD）法、短时傅里叶变换-奇异值分解（STFT-SVD）法进行对比分析。结果表明,该方法对现场PD信号具有良好的抑噪性能,且耗时少、执行效率高、工程应用价值高。

交流电压下伞型结构对染污绝缘子电弧路径及绝缘性能的影响

作者 ：宋治波；杨昊；申巍；肖康泰；薛建鹏

摘要 ：绝缘子是电力系统主要绝缘设备之一,其绝缘性能影响着电网的安全稳定运行。增大爬电距离是提高绝缘子闪络电压的有效手段。然而在有限空间内增大爬电距离会使绝缘子结构复杂化,局部电弧在复杂的伞裙和伞棱间跳跃发展,会导致闪络电压不增反降。为探究绝缘子结构对电弧路径及闪络电压的影响规律,该文设计玻璃绝缘子试验模型并搭建电弧路径拍摄试验平台,研究绝缘子伞间空间深度和最大伞棱长度对绝缘子绝缘性能的影响。

结果表明,绝缘子伞间电弧路径形式主要为沿面电弧和跃进电弧,受到结构参数的影响而呈现一定的概率分布;伞间空间深度系数（伞间距/ 伞伸出）建议值为0.8~1.2,过小则电弧跃进发展概率更高,过大则会导致空间利用率不足,均不利于提高绝缘子闪络电压;伞间最大伞棱长度系数（最大伞棱长度/伞间距）参考值为0.4~0.5,过大时对爬电距离的利用程度较低,造成闪络电压下降;此外,最大伞棱结构设置在伞裙边缘时相比于设置在伞裙内部的闪络电压更低。

配电网用气体间隙开关触发腔性能劣化进程及剩余寿命预测方法

作者 ：董冰冰；陈子建

摘要 ：气体间隙开关重复触发动作导致其触发腔的机械性能、电气性能降低,在配电网快速控制与保护应用场景中的影响或将更加显著,亟须开展触发腔性能劣化及其寿命预测研究,为此搭建了气体间隙开关触发放电研究平台。

研究结果表明,随着触发放电次数的累积,触发腔针电极处内径、喷口直径与内壁表面粗糙度均逐渐增大,喷口内壁出现凹坑、凸起点,针电极处的烧蚀孔洞由“点—线—面”发展,引起气体开关触通过程中的等离子体喷射特性参数（喷射高度、喷射直径、喷射面积）逐渐减小,触通时延、击穿时延均明显增大。在强绝缘、强电负性SF6触发环境中,计及放电烧蚀分解产物的电负性效应,致其喷射等离子体发展过程受到明显抑制,显著制约了触发寿命。

选取喷射高度为预测因子,建立基于长短期记忆神经网络（LSTM）的气体开关剩余触发寿命预测模型,模型预测值与试验值间的方均根误差、平均绝对百分比误差分别低至0.063、0.055,剩余触发寿命预测误差在10%以内。研究结果可为气体开关运行稳定性及寿命预测提供参考。

2/3匝线圈式纵磁触头大开距真空断路器分闸速度设计

作者 ：马飞越；姚晓飞；刘志远；孙尚鹏；白涛

摘要 ：合理设计纵磁触头真空断路器的分闸速度特性,可有效避免大电流开断过程中真空电弧阳极斑点的形成或缩短阳极斑点持续时间,显著提升断路器短路电流开断性能。然而,现阶段仍然缺乏线圈式纵磁触头真空断路器全行程分闸速度特性的量化设计方法。

该文试验研究了电弧电流、分闸速度对2/3匝线圈式纵磁触头大电流真空电弧阳极放电模式演变的影响规律,获得了不同分闸速度下线圈式纵磁触头阳极放电模式图,据此提出线圈式纵磁触头分闸速度的量化设计方法：初始分闸速度v1应不小于其从强电弧模式演变为扩散态电弧模式的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;平均分闸速度v2应不大于大开距活跃阳极放电模式形成的临界触头开距峰值所对应的分闸速度;同时,对比实际开断过程中触头间隙磁感应强度与阳极放电模式演变的临界纵向磁感应强度,可校验上述分闸速度特性设计的合理性,并能预测该纵磁触头以任一分闸速度开断任一短路电流时的阳极放电模式演变特性。

应用上述方法,该文确定了126 kV单断口真空断路器的分闸速度特性设计值为v1=3.5 m/s、v2=3.0 m/s,并通过型式试验验证了断路器在上述分闸速度特性下的短路电流开断性能。

电器装备及智能化

基于深度学习的冲击电压老炼过程中真空击穿机制甄别优化方法

作者 ：李世民；徐勋晨；张潮海

摘要 ：冲击电压老炼技术是提高真空电极间隙绝缘能力的有效手段,快速准确地甄别真空击穿机制对揭示冲击电压老炼过程的物理演化机理具有重要意义。该文提出了一种基于深度学习的通过突显击穿前过程提高真空击穿机制甄别准确度的优化方法。

对五对相同的无氧铜球形电极开展同样的冲击电压老炼试验,分别获得时间提取范围为0~400 μs的完整击穿电压电流波形样本和0~200 μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本,并通过深度学习模型对两种击穿电压电流波形样本开展脉冲电流诱发、场致发射诱发和微粒诱发三种真空击穿机制的甄别训练与测试,并将测试结果与真实结果进行对比分析与评估。

结果显示：时间提取范围为0~200 μs的突显击穿前过程的击穿电压电流波形样本的击穿机制甄别准确率均在87.99%以上,平均提高了2.55%,其对应的精确率、召回率和F1分数均更优。研究结果表明,突显击穿前过程的击穿电压电流波形处理能够有效地优化真空击穿机制甄别的效果,具有良好的工程应用前景。

基于YOLO-2MCS的输电线路走廊隐患目标检测方法

作者 ：郑含博；胡思佳；梁炎燊；黄俊杰；汪涛

摘要 ：输电线路在跨越高速铁路、高速公路和重要输电通道场景下易受到外力破坏,可能严重影响输电线路安全可靠运行。针对此问题,该文通过构建输电线路走廊隐患目标数据集,提出新模型YOLO-2MCS用于输电线路走廊隐患目标检测。使用混合数据增强策略对数据集进行有效扩充,以提高模型在复杂场景下的泛化性和鲁棒性;在EfficientRep骨干网络引入卷积注意力机制模块,有效提升模型对多尺度目标的检测能力;构建使用softplus激活函数的双向特征金字塔结构加强模型特征学习能力;在检测头使用SIoU损失函数进一步提升模型检测精度。

实验结果表明,相较于原YOLOv6网络,该模型在0.5:0.95的严苛阈值下平均精度均值提升4.4%;将该模型与主流的检测模型Faster R-CNN、YOLOX、YOLOv5和YOLOv7分别进行对比评估,该模型的检测精度、检测速度、模型复杂度均获得最优性能,其平均检测速度高达约300帧/s,且内存仅为40.7 MB,同时满足在边缘计算设备上部署的要求。

基于光辐射强度的日盲紫外放电检测结果一致性校准方法

作者 ：李泳霖；黄世龙；刘云鹏；耿江海；杨家骏

摘要 ：随着紫外放电检测技术的广泛应用,为解决不同型号日盲紫外成像仪的检测结果缺乏一致性和可比性的问题,该文基于MODTRAN模型分析了温度、湿度、气压和检测距离等不同因素对日盲紫外波段光辐射的大气传输过程的影响特性,建立了紫外检测辐射传输模型,搭建了辐射计量一致性校准平台,提出了紫外检测结果一致性校准方法。

利用该方法建立了3台不同型号紫外成像仪的检测结果一致性校准公式,可将紫外成像仪测得的光斑面积换算为检测目标产生的光辐射强度。使用3台紫外成像仪对棒-板模型电晕放电和氘灯光源进行紫外放电检测,由一致性校准公式所得检测目标的光辐射强度计算值的相对标准偏差均小于0.1，验证了一致性校准方法的普适性。

基于运行数据的风电场风速传感器运行品质评价方法及应用

作者 ：李阳；沈小军；杨伟新；张扬帆

摘要 ：风电场风速传感器运行的可靠性和稳定性是机组高效发电和安全运行的关键,精准识别风速传感器的失稳和失准等缺陷模式,客观地描述其运行品质对于风电场提寿增效意义重大。该文对风电场风速传感器运行品质评价展开研究,围绕运行、测量、抗扰动等维度,建立风速传感器运行品质标签架构、量化规则和评价模型,提出基于数据驱动的多维标签应用体系,挖掘风电场风速传感器的扰动敏感度、韧性、性能演化趋势、集群特征,为辨识设备的运行态势提供一套精细化数学建模方法。以某风电场运行数据为研究对象,对所提的运行品质评价体系及应用策略进行阐述,验证所提方法在风电场主动运检和精益化管理方面的工程应用价值。

电能存储与应用

电池储能系统均衡方法研究综述

作者 ：郭向伟；王晨；钱伟；陈思哲

摘要 ：电池储能系统具有调节速度快、布置灵活、建设周期短等特点,在包含高比例可再生新能源的新型电力系统中发挥重要作用。电池储能系统的显著特点是单体数量众多,各单体间不可避免的一致性差异将对其能量利用率、循环寿命、安全性产生严重影响。该文对电池储能系统均衡方法进行了综述。

首先,分析了串并联电池组的特点及均衡的必要性;其次,重点评析了不同类型均衡变量、均衡拓扑、均衡控制方法所具备的特点,通过详细对比研究,表明各自的发展趋势;最后,对电池储能系统主动均衡方法进一步的研究方向进行了展望。该文旨在为未来进一步开展电池储能系统主动均衡方法的研究提供参考。

基于变分深度嵌入-带有梯度惩罚的生成对抗网络的锂离子电池老化特性建模

作者 ：李弈；张金龙；漆汉宏；魏艳君；张迪

摘要 ：锂离子电池老化实验是研究电池老化性能的基本手段,但针对大量电池的老化实验一般很耗时。为了节约时间和测试成本,获得更多电池数据,该文将变分深度嵌入（VaDE）模型与带有梯度惩罚的生成对抗网络（WGANGP）相结合,组成VaDE-WGANGP架构,进而基于该生成模型设计了一种电池老化特性建模与数据生成的方法。

该文以一套开放的电池全寿命周期测试数据集为依据展开研究,首先,将电池放电过程中的电压、电流和放电容量这三个外特性作为模型的输入,通过VaDE的编码器将原始数据映射到隐空间,再通过优化获得符合特定规则的分布;然后,通过一定方式对该分布空间进行采样,并将采样所得的隐变量输入解码器中进行数据生成;后续数据测试表明,VaDE-WGANGP在电池外特性数据生成上具有较好的性能,可以实现对电池老化过程中基础外特性的模拟,在数据量不足时也可以为某些数据驱动算法提供有效的扩展数据资源。

基于分类回放双延迟贝叶斯深度确定性策略梯度的燃料电池温度控制

作者 ：赵洪山；潘思潮；马利波；吴雨晨；吕廷彦

摘要 ：质子交换膜燃料电池（PEMFC）是一种难以精确建模的非线性系统,因此需要具有较强鲁棒性与高适应性的控制器来控制PEMFC电堆温度。该文提出一种基于深度强化学习的数据驱动控制器来控制电堆温度。考虑PEMFC系统的特点,包括其非线性、不确定性和环境条件的影响,提出一种新的深度强化学习算法,即分类回放双延迟贝叶斯深度确定性策略梯度（CTDB-DDPG）算法。

该算法的设计引入贝叶斯神经网络、分类经验回放等技术,提高了控制器的性能。通过仿真结果与RT-Lab实验平台的结果表明,利用CTDB-DDPG算法的高适应性与强鲁棒性,所提算法可以更有效地控制 PEMFC电堆温度,具有一定的实际意义。

抢鲜看｜《电工技术学报》2022年第6期目次及摘要

《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

闭合Fe-Si结构中磁致伸缩引起的机械共振研究

作者 ：李劲松；梁振宗；孙英伦；李国锋；余恪平

摘要 ：降低电力变压器和电机产生的有害噪声一直是诸多学者的研究热点。而产生这种噪声的振动系统很可能处于共振状态,并使之进一步加剧,其共振源又可能来自机械力或电磁力。该文研究叠置电工钢片结构磁致伸缩变形与机械共振之间的相互作用。

对共振现象的研究,通常考虑的是验证电磁力的频率及空间分布与固有频率及匹配结构振型相一致,但此次分析表明,磁致伸缩在无前述情况下也可以诱导共振,且采用冷轧晶粒取向（GO）和非晶粒取向（NO）电工钢片构成的框型和环型两种闭合结构证实了这一假设。针对振动位移进行有限元（FE）仿真计算和试验测量的数据对比,并描述铁磁性材料磁致伸缩张力引起的机械共振及相应的振动频谱。

交直流电缆共沟敷设电磁环境影响因素

作者 ：严有祥；朱婷；张那明；王曙鸿

摘要 ：随着城市电力的扩张以及电力需求的增大,为解决地下电缆传输空间用地紧张的问题,新建的直流电缆将敷设在原有的交流隧道中,从而使电缆隧道内电磁场变得更为复杂。

该文针对±320kV直流电缆和220kV交流电缆共沟敷设隧道建立电磁场仿真模型;计算隧道内的电磁场分布以及交流电缆在直流电缆上产生的感应电压;分析交直流电缆之间的距离、交流电缆和直流电缆的敷设方式以及单相交流电缆故障对电缆隧道电磁环境的影响,最后根据计算结果提出交直电缆间的最小距离以及交直流电缆的最优敷设方式。

基于解析插值离散时间傅里叶变换的精确频率估计

作者 ：杨超；李波；胡绪权；付志红

摘要 ：短时波动周期下,来自负频率的频谱泄漏是频域插值算法估计误差的主要来源。为消除频谱泄漏影响以实现任意波动周期下实正弦信号频率的精确估计,该文提出一种基于广义离散时间傅里叶变换（DTFT）插值解析的频率估计算法。

该算法利用位于频谱主瓣范围内的任意DTFT谱线构建对应实/虚部的线性方程组,进而通过方程组求解得到基于解析插值DTFT的无偏频率估计公式。此外,考虑实际中加性白噪声的影响,根据频率估计的统计特性分析给出一种简单且有效的迭代方法,从而确保频率估计的方均误差（MSE）在任意波动周期下能够一致逼近无偏频率估计的克拉美罗下届（CRLB）。仿真和实验结果验证了所提算法优于现有的DFT插值算法。

四回非全线平行线路零序分布参数测量方法

作者 ：高明鑫；胡志坚；倪识远；张志毅；牟洪江

摘要 ：随着电力系统的不断发展,输电走廊日益狭窄,四回线路共用一部分走廊的情况非常普遍,目前尚未有相应的线路分布参数测量方法。该文提出一种四回非全线平行线路分布参数精确测量方法,建立四回非全线平行线路的非均匀传输线模型,通过拉普拉斯变换完整地得到四回线路的传输矩阵,获得线路分布参数与线路两端的电压、电流之间关系的数学表达式。

在四种独立测量方式下同步测量四回非全线平行线路首末两端的零序电压与零序电流,代入该文所提计算公式,精确求解出24个零序分布参数。通过PSCAD仿真软件证明了该文方法的准确性,并与现有测量方法进行了比较。仿真结果表明,该文方法较现有测量方法具有更高的测量精度。

空间辐射环境对航天器分布式电力系统关键部件的影响及应对策略

作者 ：周荔丹；闫朝鑫；姚钢；胡文斌；赵敏

摘要 ：航天器分布式电力系统在运行过程中会遭受各类高能粒子的持续辐射,进而出现性能退化和故障激发,尤其是其集成的关键电力部件一旦发生故障,将严重影响在轨航天器的安全可靠运行。

基于航天器上搭载的分布式电力系统,梳理其可能遭受的各种空间辐射环境及常见的辐射效应,探析系统中太阳电池、锂电池、电力电子器件、绝缘材料及电能控制器件等关键部件在辐射环境下的性能退化与故障激发机理,并且基于此机理提出材料、工艺、电路与版图设计、外部防护、软件算法、可靠性评估与故障态势感知等辐射应对策略,最后指出该领域有待开展深入研究的关键问题,为开拓该领域的后续研究提供参考。

电机及其系统

磁齿轮复合永磁电机拓扑及应用综述

作者 ：黄海林；李大伟；曲荣海；任翔

摘要 ：磁齿轮复合电机（MGM）是一种自带减速效应的新型多气隙磁场调制型永磁电机,因其转矩密度大、功率因数高,近年来在混动/电动汽车、低速大转矩直驱、航空航天等领域的应用前景获得了业界的广泛关注;MGM非接触传动的特点使其在医药食品、新能源发电、石油化工等方面具有发展潜力。

该文首先介绍磁力齿轮及多种磁齿轮复合电机的工作原理,介绍和比较磁齿轮与电机常见的复合方式及其特点;按照单元排布方式、调制结构、电机及磁齿轮类型等分类梳理近年来MGM在拓扑结构上的研究和创新,介绍各类磁通方向及运行方式MGM的研究。然后介绍MGM近年来在高减速比、低成本、无级变速等一些关键问题上的进展。最后总结磁齿轮复合电机的业界应用现状,并对其应用前景进行展望。

不等宽不等厚Halbach部分分段永磁同步电机电磁性能解析计算与优化分析

作者 ：高锋阳；齐晓东；李晓峰；陶彩霞；高鹏

摘要 ：针对高功率密度的永磁同步电机电磁转矩波动和永磁体涡流损耗大的问题,提出一种Halbach部分分段结构,永磁体采用Halbach充磁方式,每极分为三段,主磁极采用单侧部分分段,边界磁极与主磁极不等厚且不等宽,并将其永磁体扩展为两种型式,即Hat型和T型。

采用精确子域模型法,将求解域划分为槽身、槽口、气隙以及永磁体四个区域,在二维极坐标下计算电机负载气隙磁通密度分布和电磁转矩。建立10极12槽三维电机模型对Hat型、T型以及其他相关五种电机结构进行电磁仿真、分级优化以及对比分析,求出最优Hat型和T型结构。

结果表明,Halbach部分分段结构可以降低永磁体涡流损耗、电磁转矩波动以及负载气隙磁通密度总谐波畸变率（THD）,T型Halbach部分分段结构的电磁性能高于Hat型,而Hat型Halbach部分分段结构可以进一步减小永磁体体积,节约生产成本。同时,在有限元应力场中建立三维永磁同步电机求解模型,求得等效应力和总变形,确保Hat型和T型Halbach部分分段结构永磁体的机械强度都维持在允许范围内。

电力电子

基于IGBT结温波动平滑控制的主动热管理方法综述

作者 ：魏云海；陈民铀；赖伟；张金保；胡宇隆

摘要 ：IGBT作为功率变流器的核心器件,被广泛应用于电动汽车、轨道交通、航空航天和电力系统等领域,由于功率变流器的运行环境复杂多变,处理功率大幅波动,导致IGBT内部结温发生剧烈变化,器件在热应力持续作用下引起疲劳老化失效,进而影响系统运行可靠性的问题已受到业界的普遍关注和高度重视。

近年来,国内外学者围绕如何通过内部热管理来平抑功率器件的结温波动、延长运行寿命展开了大量的研究工作,从不同的角度提出各种主动热管理方法,这对延缓功率器件疲劳老化速率、提升器件运行可靠性有着重要意义。

该文分别从功率器件层面和变流器运行控制层面系统性地阐述和归纳现有IGBT主动热管理方法的原理和特点,并基于IGBT器件寿命评估模型对各类主动热管理方法的效果进行量化评估,从热应力缓解程度、实现难度、寿命延长倍数和适用范围等多角度进行综合对比分析,并对IGBT器件主动热管理方法的进一步研究提出建议,为IGBT器件健康管理和运行可靠性的提升提供参考意义。

考虑寄生参数的双管升压变换器高频工作特性分析

作者 ：郭英军；孔德楷；汤雨；孙鹤旭；董砚

摘要 ：相比传统的Boost变换器,双管升压变换器可以获得更高的增益,有效地降低了开关管的电压/电流应力,可以作为光伏系统和燃料电池系统的接口变换器。为了提升功率变换系统的功率密度,需要进一步提升开关频率。然而低开关频率下对电路分析可以忽略的寄生参数在高频条件下将对变换器的增益和器件应力带来重要影响,但目前针对双管升压变换器的分析方法难以评估高频下电路寄生参数对性能的影响。

针对该问题,该文建立高频下考虑寄生参数的双管升压变换器模型,根据潜电路分析法提出考虑寄生参数的双管变换器潜在的电路模态,分析高频条件下寄生参数对双管升压变换器增益、功率器件的电压/电流应力、变换器损耗和效率等方面的影响。最后,在实验室中建立双管升压变换器实验平台,对高频下电路性能进行验证。

串联谐振间接矩阵型电力电子变压器高频电流特性分析及开关频率设计

作者 ：胡钰杰；李子欣；罗龙；赵聪；李耀华

摘要 ：串联谐振间接矩阵型电力电子变压器（PET）通过高频开关并减小直流电容容值可实现高功率密度。然而,小直流电容会改变谐振回路等效电容,并影响高频谐振电流特性,进而影响零电流软开关（ZCS）的实现。该文建立小直流电容下串联谐振间接矩阵型PET等效电路,推导高频电流时域解析表达式,并对ZCS条件下的开关频率进行设计,揭示直流电容和死区时间对开关频率的影响规律。仿真和实验结果验证了该文理论分析的正确性。

开关变换器传导干扰抑制策略综述

作者 ：何杰；刘钰山；毕大强；李晓

摘要 ：开关变换器广泛应用于可再生能源并网、电机驱动系统、消费电子供电等领域,其电磁干扰问题日益突出,因此该问题的解决非常重要。该文总结开关变换器传导干扰抑制策略及其最新进展,重点说明这些策略的基本原理、研究现状和作用特点。总结的策略主要包括滤波、电桥平衡、反相补偿、改进脉宽调制、改进功率器件/模块封装、优化电路板设计、改善开关过程等,这些策略可分为阻断传导干扰的耦合路径和削减干扰源的传导发射两大类。最后对开关变换器传导干扰抑制技术的关键问题和发展前景进行了讨论和总结。

基于重复控制和状态反馈的三相逆变器最优预见控制

作者 ：兰梓冉；郝瑞祥；角宏林；游小杰

摘要 ：针对离网逆变器带非线性负载时输出电压存在畸变问题,该文提出一种基于六倍频重复控制器与最优预见控制的复合控制策略,将六倍频重复控制器具有的无差调节和快速调节的优势与最优控制的线性二次型设计方法相结合,仅给定控制加权矩阵和输出加权系数就可求解出状态变量、重复控制器和指令的反馈系数,并保证系统稳定。根据被控对象的状态空间方程和六倍频重复控制器,设计扩大误差方程,将重复控制器参数设计问题转化为线性二次型问题,并通过黎卡提方程对控制参数进行最优整定。最后,搭建一台容量为10kV•A的样机,验证该文所提方法的有效性。

一种基于方波注入的星形级联静止同步补偿器的负序电流补偿策略

作者 ：陆道荣；魏缪宇；于宇；张钰铭；胡海兵

摘要 ：星形级联H桥静止同步补偿器（SCHB STATCOM）补偿负序电流时会产生三相不平衡有功功率,造成相间直流电压不均衡。为了实现相间直流电压均衡,通常需注入零序电压以重新分配三相有功功率。然而,传统的零序电压注入算法普遍基于有功功率的代数模型,方程组求解复杂且无法直观地表明零序电压的产生机理。此外,零序电压的注入将极大地增加STATCOM的输出电压,限制了负序电流的补偿范围。

该文借助几何分析方法,构造零序电压相量在三相电流方向上的投影三角形,推导零序电压相量与该三角形外心的几何关系,揭示零序电压的产生机理,从而提出一种新的零序电压计算方法。在此基础上,进一步将零序电压以方波形式注入,提高了STATCOM的直流电压利用率,从而拓宽了负序电流补偿范围。最后,分别在SCHB STATCOM结构10kV/±1Mvar仿真和400V/±7.5kvar实验平台验证该文提出的零序电压注入算法的可行性。

基于组合补偿网络的抗偏移恒流输出无线电能传输系统研究

作者 ：谢文燕；陈为

摘要 ：针对无线电能传输（WPT）系统线圈相对位置偏移引起传输效率降低、输出电流不稳定和发射线圈过电流问题,提出一种抗偏移恒流输出型WPT系统及其参数配置方法。该系统将LCC-LCC和串联-串联（S-S）补偿网络进行输入串联和输出串联,并采用QDQPs磁耦合结构。

在此基础上,通过合理的参数配置,不仅实现了与负载无关的恒流输出,而且可以实现抗x方向、y方向、z方向以及xy方向线圈同时偏移的性能,还可以避免发射线圈过电流。该文分析所提系统的传输特性,从理论上证明了系统具有良好的抗偏移性能。最后,搭建了一个280W实验平台,验证了理论分析的正确性和可行性。

LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电

作者 ：巩兆伟；李金刚；同向前；张宁超

摘要 ：针对电动汽车无线充电线圈偏移造成充电电流不稳定和效率低的问题,提出基于参数优化的LCC-LC串联混合型抗偏移恒流无线充电设计方法。建立LCC和LC补偿网络的数学模型,分析二者电流输出特性,得到LCC输出电流与互感呈正相关,LC输出电流与互感呈负相关。

采用DDQ线圈结构,解决初级、次级线圈同侧解耦及异侧解耦控制,实现LCC和LC均与负载无关的独立恒流输出;通过系统参数优化选择合适的谐振网络参数,采用串联混合结构实现补偿网络电压输入互补,进而使系统具有抗偏移恒流输出能力。最终搭建310W实验样机,验证系统恒流抗偏移输出效果。实验结果表明,在横向偏移50%范围下系统输出电流仍能保持较好的稳定性,在设定值的5%范围内波动,并且最高效率可达91%。

高电压与放电

纳/微秒复合脉冲提高细胞电融合效率的仿真与实验研究

作者 ：李成祥；李新皓；柯强；姚成；姚陈果

摘要 ：传统的细胞电融合技术通常采用持续时间为微秒级的短时高压电脉冲诱导细胞电穿孔来实现。然而,高幅值微秒脉冲在促进细胞电融合的同时易导致细胞过度穿孔而死亡,从而限制了细胞的融合效率。

为进一步提高细胞电融合率,该文基于纳秒脉冲电场所诱导的“超穿孔现象”,结合常规的微秒脉冲电融合技术,提出纳/微秒复合脉冲协同诱导细胞电融合的方法。以SP2/0小鼠骨髓瘤细胞为实验对象,利用COMSOL软件分析复合脉冲作用下细胞膜上跨膜电压与穿孔密度的分布,并进行初步的电融合实验,探究该融合方法对细胞融合率和死亡率的影响。

仿真结果显示,传统微秒脉冲作用下,细胞膜的两极与接触区域的跨膜电压均超过穿孔阈值,显著穿孔面积超过10%。而等剂量的纳/微秒复合脉冲作用下,跨膜电压仅在细胞接触区域达到较高值,电穿孔也集中于该区域。实验结果同样证明,该方法能够保证较低细胞死亡率（10%）的同时达到较高的细胞融合效率（75%）。该研究为细胞电融合技术的进一步发展提供了新的思路。

微秒脉冲电场强度对BNNSs取向程度和环氧树脂复合材料热导率的影响

作者 ：米彦；葛欣；刘露露；苟家喜；戴锦炎

摘要 ：脉冲电场可以诱导绝缘高导热填料在基体中取向排列,使其在热流方向上形成高效热传导网络,可以有效地提高复合材料的热导率,但电场强度的影响规律尚不清晰。因此,该文使用微秒脉冲电场诱导氮化硼纳米片（BNNSs）取向排列,研究不同脉冲电场强度对BNNSs取向程度及复合材料热导率的影响,同时基于固化过程中BNNSs的受力情况,分析电场强度对填料取向程度和复合材料热导率的影响机理。

结果表明,BNNSs的取向度和复合材料的热导率均随电场强度的增加而增加,在12kV/mm的高电场强度作用下,BNNSs平均取向角达到75.56°,复合材料的热导率提高到纯环氧树脂的2.6倍。但电场强度对两者的影响规律并不完全一致,在较高电场强度下,BNNSs的取向程度趋于饱和,而复合材料热导率的增加没有出现饱和现象。该研究是对微秒脉冲电场诱导填料取向以提高复合材料热导率的初步研究,可以为低填充量下制备具有高热导率的复合材料提供指导。

高压频域介电谱诊断XLPE电缆局部绝缘老化缺陷的研究

作者 ：王昊月；李成榕；王伟；王晓威；徐启龙

摘要 ：热老化和水树老化是导致交联聚乙烯（XLPE）电缆绝缘性能下降的重要原因,及时发现和处理热老化和水树老化缺陷,对于电缆安全运行具有重要意义。为了解决超低频（0.1Hz）介电损耗检测对电缆局部老化检测灵敏度不高、无法实现老化缺陷类型区分的问题,开展高压频域介电谱诊断XLPE电缆绝缘老化缺陷的研究。

通过加速老化,制备了水树老化和热老化电缆线段,在不同电压等级下检测27.4m长10kV电缆局部老化前后的频域介电谱（0.01~0.1Hz）,构造和分析介电谱曲线的分层度S和迟滞度D,并与超低频（0.1Hz）介电损耗检测的方法进行比较。

研究结果表明,超低频难以发现局部热老化和70%贯通的局部水树老化缺陷,而高压频域介电谱对局部热老化和局部水树老化反应灵敏;局部热老化和局部水树老化缺陷试样的曲线分层度S均大于1,可作为电缆老化的判断依据;局部水树老化试样的曲线迟滞度D显著大于局部热老化试样,可以作为XLPE电缆局部热老化和局部水树老化区分的特征量。

基于陷阱分布的PI/ZnO复合薄膜介电特性

作者 ：李天娇；张博；乌江

摘要 ：航天器在空间环境中的运行稳定性与聚酰亚胺（PI）等航天介质材料绝缘性能息息相关,而其介质内部载流子陷阱是影响绝缘性能的重要因素之一,因此,探究陷阱分布对介质电气性能的影响对保障航天器介质安全使用具有重要意义。

该文制备不同掺杂量（质量分数0.5%、1%、3%）的纳米PI/ZnO复合薄膜并进行介电性能测试,通过热刺激电流法和表面电位衰减法分别测量薄膜体陷阱和表面陷阱能级分布并计算其载流子迁移率,测量体积电阻率和击穿场强。该文基于多核模型对纳米ZnO的引入使聚合物的介电性能发生改变的现象进行解释;从陷阱能级的角度分析深、浅陷阱对极化离子的影响机制,讨论陷阱整体的分布对介电常数变化的影响。这些分析和研究为调控材料的绝缘性能、提高航天器的安全性提供了新的思路和方法。

单组分光敏微胶囊/纳米SiO2/环氧树脂复合绝缘介质的自修复特性

作者 ：梁琛；司马文霞；孙魄韬；刘丰萁；邵千秋

摘要 ：以环氧树脂为代表的固体绝缘介质在长期电/机械应力作用下不可避免地会产生局部裂纹,严重影响其服役寿命。该文针对上述问题制备一种含有单组分紫外光敏微胶囊的环氧树脂复合绝缘介质,当环氧树脂表面产生裂纹损伤时,机械应力集中于胶囊壳体并使其破裂,囊芯光敏修复剂流出填充损伤通道,在外施紫外激励下实现损伤通道的固化自愈。同时通过向环氧基体内引入纳米SiO2作为紫外光屏蔽介质,实现对囊芯光敏修复剂的紫外保护。

该文利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱仪、热重分析仪、宽频介电谱分析仪等测试微胶囊与复合介质的本征性能与自修复特性,结果表明,微胶囊壳体致密且均匀,具有良好的耐热性能;SiO2复合介质紫外屏蔽效果显著,能保证囊芯修复剂的反应活性;复合介质在保持环氧材料良好本征性能的同时实现了对机械损伤的自修复。

基于改进TOPSIS模型的绝缘纸机-热老化状态评估方法

作者 ：姜雅男；于永进；李长云

摘要 ：为克服传统逼近理想解排序（TOPSIS）法中权重矩阵赋值及获得正、负理想值时人为因素引起的随机性,该文利用主成分分析（PCA）法对多特征量进行融合,依据主成分确定综合评价指标,联合实验数据得到正负理想值,从而建立改进TOPSIS模型,并结合振动与温度联合作用下换流变压器用绝缘纸的老化状态评估算例验证了改进TOPSIS模型的有效性。

首先结合绝缘纸加速机-热老化实验及试样的机械、电气性能指标和对应裂解产物的糠醛含量,由改进TOPSIS模型对聚合度、抗拉强度、糠醛含量和特征频率下介质损耗因数等表征绝缘纸老化的多特征量进行融合;然后获得综合评价指标与绝缘纸抗拉强度间的量化关系,并依此将绝缘性能优良和严重劣化时对应的抗拉强度分别作为正、负理想值;进一步结合绝缘纸抗拉强度损失率给出贴近度序区间的设置原则,实现了绝缘纸老化状态的量化评估。

研究表明,改进TOPSIS法既纳入了可表征绝缘纸老化状态的多个特征量,亦克服了传统TOPSIS法的不足,可用于准确评估机-热协同老化时绝缘纸的老化状态。

高压直流继电器磁吹系统的建模与设计

作者 ：苏伟龙；许志红

摘要 ：高压直流（HVDC）继电器触头系统结构紧凑,难以利用栅片或产气材料来提高触头的开断性能。通过磁吹系统的外加磁场能够加快电弧的运动速度,提高灭弧能力。永磁体作为磁吹系统的关键部分,其外部磁感应强度分布不均匀,且尺寸对磁场的大小和分布影响较大,这对磁吹系统的设计造成了一定的困扰。

针对此问题,该文建立磁吹系统三维有限元模型,重点分析永磁体尺寸对其外部磁场的影响,并建立相关数学模型;分析永磁体外部磁场分布的特点,得出外部磁场分布均匀度与永磁体尺寸的关系。最后,结合高压直流继电器的开断电弧特性,考虑电弧的受力情况及电弧的停滞时间,对永磁体的尺寸、充磁方向及安装位置进行设计,为提升高压直流继电器触头开断性能奠定了理论基础。

考虑空间形位偏差的万能式断路器关键零件断裂失效研究

作者 ：周学；李东晖；金玥；翟国富

摘要 ：在万能式断路器合闸时,弹簧所储存的能量以撞击的形式经打击杆传递给连杆机构。由工艺因素引起的打击杆形位偏差对打击杆的断裂过程产生影响,使操作机构的使用寿命远低于设计指标。该文根据多体动力学理论,建立操作机构的虚拟样机模型。通过试验采集储能杠杆和联动轴的运动状态,对虚拟样机的准确性进行验证。然后使用实际产品的测量数据,获得打击杆端点相对滚子的空间形位偏差范围。再使用虚拟样机参数建模表现偏差情况,分析打击杆载荷峰值和裂纹萌生周期的变化。最后假设打击杆上已存在椭圆形裂纹,研究偏差对裂纹尖端应力强度因子的影响。该文给出打击杆空间形位偏差对其断裂过程的影响,可以为设计及工艺改进提供理论指导。

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