抢鲜看｜《电工技术学报》2023年第19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。

东南大学电气工程学院100周年院庆专刊序言

东南大学电气工程学院：吴在军；花为；阳辉

十秩峥嵘岁月，百载薪火赓续。金秋十月，东南大学电气工程学院喜迎办学百年华诞。作为东南大学的最早设立的三大工程学科之一，电气工程学科历经国立中央大学时期百家争鸣，随校西迁时期沧桑变迁，建国初期院系调整，南工时期革故鼎新，复名东大后再展华章，新时代以来宏图再展，成为中国高等教育史上电气工程学科院系建设与发展的典范。东大电气人始终胸怀实现中华民族伟大复兴之崇高理想、秉承“止于至善”的校训、坚守“嚼得菜根，做得大事”的奋斗精神绘就了一幅乘风破浪、砥砺奋进的百年画卷。

一百年来，学院以人为本，团结奋进。学院以培养具有家国情怀和国际视野、担当引领未来和造福人类的一流电气领军人才为根本任务，始终践行立德树人的根本宗旨，与国同频共振，为国育才铸器，为国家培养输送了各类人才，为国家建设贡献了东大电气人的青春和力量，毕业生质量受到社会各界的广泛好评。

十秩弦歌，百载弥新！今年，面向碳达峰碳中和、交通强国、海洋强国等国家战略需求，深度融合电气工程、新能源、交通载运、信息通讯、网络安全等跨学科跨领域知识，学院在全国首设“电动载运工程”本科新专业，彰显了东大电气在人才培养、科学研究等方面的开创精神和使命担当。

值此百年华诞之际，东南大学电气工程学院联合《电工技术学报》编辑部，精心组织了“东南大学电气工程学科办学百年特刊”。该特刊主要征集了本学院 在高品质电机及驱动、高效电能变换、新型电力系统、“电气+”学科交叉等领域的近期优秀研究成果，并邀请各领域专家对于本领域的发展现状及未来的研究方向进行了总结和展望。

借此机会，谨向长期以来关心东南大学电气工程学院发展的海内外校友、国内外同行、社会各界友人，表达最诚挚的感谢和最崇高的敬意！也希望在大家的支持下，东南大学电气工程学院在新的历史时期能够再谱华章！

电机及其系统

混合叠压圆筒型永磁直线振荡电机电磁特性分析

作者：张洪彬；徐志科；金龙；沈湛

摘要：圆筒型双定子永磁直线振荡电机因其结构简单、功率密度高而广泛应用于压缩机领域。然而，电机的定子通常采用传统的硅钢片周向叠压方式，导致其叠压系数低、磁路易饱和。因此，该文提出一种新的混合叠压方法。

首先，介绍了双定子永磁直线振荡电机的基本拓扑结构和工作原理，给出磁路特有的分布方式；然后，对采用电工纯铁和硅钢片混合叠压方式进行分析，推导了硅钢片数量与电工纯铁之间的占比关系，并对不同硅钢片数量对电机反电动势、电磁推力和损耗的影响进行分析；最后，通过三维有限元分析对采用传统叠压方式和混合叠压方式的双定子永磁直线振荡电机的电磁特性进行了比较和分析。实验结果验证了混合叠压方式在提高电磁推力和简化制作工艺方面的优势。

多三相分数槽集中式绕组容错电机匝间短路故障温度场分析

作者：汪波；黄珺；查陈诚；程明；花为

摘要：匝间短路是一种常见的电机绕组故障，会产生巨大的短路故障电流，导致绕组局部过热并使电机性能下降，造成严重的安全事故和连带损失。该文研究了一台多三相永磁磁阻电机在不同运行工况下匝间短路故障的电磁和热特性。通过精细化绕组建模将故障线圈和健康线圈加以区分，建立三维全域流固耦合仿真模型提高仿真精度。

论文基于2D电磁模型和3D热模型的联合仿真分别探究了短路线圈位置、短路线圈匝数、负载电流以及转速对永磁电机匝间短路温度的影响，并加工一台功率为5 kW的样机进行实验验证。实验结果验证了仿真模型的准确性，同时为预防匝间短路故障提供了依据。

一种基于有限元法与改进无网格法耦合的双定子电机振动噪声分析方法（英）

作者：李思泽；徐炜；金振；徐涛

变磁通记忆电机非线性模型与调磁电流脉冲轨迹优化研究

作者：阳辉；刘兴；吕舒康；林鹤云

摘要：变磁通记忆电机（VFMM）克服了传统永磁同步电机（PMSM）气隙磁场不可调节、调速范围受限等缺点，可根据运行工况需求实时地在线调节气隙磁场，具有全域高效运行的优势。

该文针对一台混联磁路型VFMM（HMC-VFMM）磁路复杂及非线性强等问题，研究非线性模型的建立及调磁电流脉冲轨迹的优化。首先，测试磁化曲线、电枢磁链特性与电感特性，建立VFMM的非线性模型，以实现电机特性的精确描述；其次，分析正弦型电流脉冲轨迹与所需电压变化特性，并基于此提出一种非对称电流脉冲轨迹与优化方案，在实现充去磁的同时，降低调磁过程产生的损耗；再次，为实现调磁电流的精确控制，基于上述非线性模型，提出一种基于实测参数的前馈电流控制器；最后，通过实验验证所提电流控制器的有效性以及理论分析的正确性。

基于无人配送车辆运行工况的交替极游标轮毂电机优化设计

作者：樊英；陈秋蒴；陈俊磊；雷宇通

摘要：针对无人配送车用低速大转矩电机驱动系统的多工况运行需求，结合前期针对不等Halbach交替极游标轮毂电机的研究，提出一种基于电机整体运行工况的优化框架。该电机采用磁场调制原理与不等Halbach阵列拓扑，具备强聚磁特性以及高输出性能，但存在转矩脉动、成本高、损耗较大等问题。并且传统基于额定点的多目标优化方式，难以在全工况域满足车辆性能需求。

因此结合所提出的优化框架，针对电机成本、效率、转矩脉动进行参数寻优，以满足全工况需求。为提升优化速度，利用聚类分析选出代表性工作点，并基于灵敏度分析建立高敏参数响应面模型，结合非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）确定全局全工况下的最优解。最后，基于优化后的参数制作样机并进行实验验证，以证明所提出电机和方法的可行性与准确性。

基于降阶动态相量模型的电感耦合式励磁系统间接励磁电流估计

作者：付兴贺；夏宏伟；熊嘉鑫

摘要：电励磁同步电机（EESM）具有稀土永磁材料依赖性低、励磁磁场可控、调速范围广的优点，在新能源汽车驱动领域拥有良好的应用前景。利用电感耦合式无刷励磁技术可以有效降低传统有刷EESM的摩擦损耗和维护成本。但是，无刷励磁技术的引入导致励磁电流无法直接测量，因此提出一种基于降阶动态相量模型的间接式励磁电流估计方法。

首先利用电感耦合关系将励磁电流的直接估计转换为间接估计，有效地提高了算法的鲁棒性；然后推导出励磁电流降阶动态相量估计模型，进一步提高间接估计方法的精度；接着考虑电流谐波影响，提出变系数改进方法；最后通过仿真和实验验证了估计方法的有效性。

基于单母线电流传感器的三相永磁同步电机驱动方法

作者：郑晔明；张建忠

摘要：该文研究基于单母线电流传感器的三相永磁同步电机驱动方法，无需使用相电流传感器而是通过单母线电流传感器重构三相电流信号，为消除母线电流传感器重构死区的影响，提出基于两步预测控制的三态脉宽调制方法，利用3个相邻的开关状态构建参考电压，通过两步预测计算下一个周期的参考电压，避免了逆变器多相桥臂同时动作。

所提出的单母线电流传感器驱动方法具有共模电压峰-峰值低、电流谐波含量小、采样点固定的优点。最后，通过实验验证了重构电流的准确性和所提出驱动方法的有效性。

位置伺服永磁电机鲁棒性无差拍预测转速控制

作者：王政；温从剑；朱辰雨；张子越；余开亮 等

摘要：为了提高永磁同步电机位置伺服系统的控制性能，该文提出一种鲁棒性无差拍预测转速控制策略。首先，根据无差拍控制原理对速度环和电流环进行设计。其次，采用增量模型消除了永磁磁链对电流预测的影响。再次，设计扩展状态观测器，对参数不匹配、负载和逆变器非线性造成的扰动进行观测。然后，根据位置伺服系统的特点提出一种补偿策略。最后，通过实验对提出的控制策略进行研究，实验结果表明，该方法能提高系统的稳态控制精度和动态响应速度。

电流源型逆变器电机驱动系统的直流链电流控制

作者：赵文祥；周书文；宋世昌；陶涛

摘要：电流源型逆变器（CSI）电机驱动系统通常使用电压源串联电感来实现恒定的直流链电流，然而因这种方式未对直流链电流进行控制，直流链电流会出现断续或持续增加的问题。为此，采用DC-DC变换器电路设计PI控制器，可以实现对直流链电流的控制。同时，详细分析一个周期内DC-DC变换器与CSI的电压变化规律，通过优化CSI的电流矢量序列，使得直流链电流纹波得到抑制，提高了输出端电机的电流波形质量。实验结果验证了所提出的直流链电流控制方法的可行性与有效性。

基于直接判据提取方式的直轴电流补偿型IPMSM最大转矩电流比控制算法

作者：付兴贺；陈锐；殷凯轩；江政龙

摘要：为实现内嵌式永磁同步电机（IPMSM）高性能运行，该文提出一种最大转矩电流比（MTPA）决策与控制算法，旨在简化控制结构、加快系统动态响应、增强系统鲁棒性。该算法根据dq轴电流直接计算电磁转矩的微分项，并以此作为MTPA状态的决策判据。根据判据值对d轴电流参考值进行补偿，实现对MTPA状态的在线追踪。

所提算法无需实际或虚拟信号注入和解算环节，系统动态性能得以提高。d轴电流补偿控制解决了算法收敛速度对负载条件较敏感的问题，提升了控制系统的鲁棒性。理论分析、仿真计算和实验结果验证了该方法的有效性和优越性，与虚拟信号注入法相比，所提出的算法在不同负载下对MTPA状态的收敛时间降低为原来的1/5～1/2。

电力系统与综合能源

受控电压/电流源型变流器混合多机暂态电压支撑策略

作者：杨铭；曹武；赵剑锋；朱凌志；王宝基

摘要：以新能源为主体的新型电力系统暂态电压问题极大地影响电网稳定运行及大规模新能源消纳，发掘新能源场站多机变流器的动态无功补偿能力是适应新型电力系统暂态电压控制需求的关键。

因此该文提出受控电压/电流源型变流器混合多机暂态电压支撑策略，首先分析了暂态电压支撑需求和混合多机暂态电压主动支撑的关键因素；然后研究混合多机暂态电压支撑控制模式，将两变流器控制模式特性进行互补，重点对变流器暂态控制策略进行改进，提出柔性限幅结合暂态有功阻尼控制提高混合多机的动态无功补偿能力及可靠性，自适应补偿控制提高混合多机动态无功输出准确度，共同实现暂态电压的可靠支撑，并进一步分析了参数整定方法；最后通过全面的仿真和实验分析验证所提策略的有效性和实用性。

风电机组双向支撑能力分析与自适应惯量控制策略

作者：胡正阳；高丙团；张磊；王文倬；潘沈恺

摘要：针对高比例新能源电力系统暂态频率支撑需求，提出一种考虑双向支撑能力的风电机组自适应惯量控制策略。首先，基于典型风电并网模型，分析了不同渗透率、控制参数和扰动下系统的频率动态响应特性。其次，结合风电出力与转速关系曲线，给出风电机组对频率上升/下跌事件的双向惯量支撑能力定量分析方法。再次，提出风电机组自适应惯量控制策略，给出各参数的设计方法并基于状态空间方程分析了控制系统的小扰动稳定性。

最后，基于RT-LAB搭建了实时仿真算例验证所提方法的可行性和有效性。仿真结果表明，所提控制策略能够保证风电机组根据自身能力和系统需求提供有效的惯量支撑，与已有典型控制策略相比，改善了低风速与高风速场景下的频率响应特性。

基于维特比算法改进的稳暂态混合非侵入式负荷识别方法

作者：刘宇；刘丛笑；赵欣；高山；黄学良

摘要：非侵入式负荷识别技术因其具有诸多优势，成为目前负荷运行状态监测的主流方法。通常可将其分为基于稳态特征的负荷识别和基于暂态特征的负荷识别。考虑相邻稳态过程和暂态过程之间的负荷运行状态开关逻辑，该文构建了时序校核模型和策略，以此排除不可信的结果以提高识别精度。

首先，分别采用离散粒子群优化算法和动态时间规整进行基于稳态特征和暂态特征的负荷识别；然后，基于概率评价选取多个识别结果构建负荷识别结果候选集，联立多个连续的稳态和暂态过程的候选集，基于维特比算法构建时序识别结果的概率序列和评价方法，并进行优选以确定最终的识别结果；最后，分别在仿真数据集和实测数据集上对该方法进行验证分析。实验结果表明，该方法能有效提高整体的负荷识别精度，并明显改善大功率负荷的识别效果，同时保持小功率负荷的识别准确率。

高渗透率分布式发电并网下公共配电网市场化收费的思考

作者：林雪杉；张汀荟；王蓓蓓

摘要：“3060”双碳目标势必带来分布式发电（DG）在公共配电网中的大量接入，传统按接入电压等级平均分摊成本的配电网收费方式会引发连锁反应的“死亡螺旋”问题，因此，适应高渗透率DG并网的未来配电网收费方式将成为保障P2P等能源共享用户公平性和配电网高效可持续运行的重要基础。

首先，该文根据世界各国对未来配电网收费方式的探索，分别从DG自发自用和余量上网两种模式下的配电网收费方式进行总结分析，同时，将配电网收费分为容量收费、电量收费和需求收费三个方面，比较其优劣和适用性；然后，对典型国家的配电网收费方式结合其电力市场运行特点进行对比分析；最后，结合中国的DG分布情况，从实际运行的角度提出对配电网收费方式的建议。

电力电子

一种适用于新能源中压直流汇集的无环流零电流软开关三电平谐振式复合全桥变换器

作者：何晓坤；胡仁杰；陈武

摘要：直流变换器是中压直流（MVDC）汇集系统中的关键部分，起着升压、隔离、电能传输等功能。相比传统的中压交流汇集方案中体积巨大的变压器，中压直流方案中的变换器由于采用中高频控制可大幅减少装置体积。

为适应新能源发电端口电压越来越高的发展趋势，该文提出一种无环流零电流软开关（ZCS）三电平复合全桥变换器，其由一个半桥三电平电路和全桥电路共同复用2个开关管而构成，从而所有开关管的电压应力只有输入电压一半，不仅有利于该变换器应用于高输入电压场合，同时还保留所有开关管的软开关特性且消除一次侧环流。

为进一步降低所有开关管的峰值电流和辅助开关管的关断电流，又引入了LC串联谐振技术，可大幅降低辅助开关管的关断电流，从而使其开关损耗得到进一步降低。该文对变换器中关键参数进行分析设计，通过PLECS进行仿真，并制作了一台150 V/750 V/1 kW的样机进行了实验验证。

基于直流侧混合电压谐波注入的低谐波串联36脉波整流器

作者：王英；王亚兰；陈小强；陈涛；母秀清

摘要：为满足整流器高电压输出和提升串联12脉波整流器谐波抑制能力，提出一种使用直流侧混合脉波倍增技术的低谐波串联36脉波整流器。基于隔离型串联12脉波整流器，在其直流侧设置混合电压谐波注入电路且负载端并联滤波电容，可同时抑制交、直流侧谐波，实现低谐波运行。混合谐波注入电路参与调制两个整流桥间电流和电压波形，最终使交流侧输入电压阶梯数由12提升至36。

该文分析所提36脉波整流器工作机理，设计注入变压器最优电压比、功率管IGBT导通角及其控制电路，研究正常状态下和IGBT故障下整流器的运行特性，并使用硬件在环（HIL）测试系统验证了理论分析的正确性。实验结果表明，所提整流器器件利用率高、谐波含量低，IGBT故障下具备鲁棒性强、输出电压增益高的特点，可应用于高电压、高功率变流场合。

高电压与放电

国产特高压大吨位悬式瓷绝缘子机电性能提升与工艺优化方法

作者：李群；高嵩；杨生哲；胡秦然；姜乃松；吴在军

摘要：随着特高压输变电项目的不断建设，绝缘子的使用数量急剧增长。绝缘子作为输电线路上不可或缺的关键部件，起着防止电流回地和支撑导线的重要作用，直接影响着输电线路的安全稳定性。近年来，特高压工程中出现的多起瓷绝缘子头部断裂事故表明，在绝缘子头部结构、材料等方面的设计仍存在盲区，未能充分考虑特高压大吨位瓷绝缘子的外部使用条件。

对此，该文对特高压大吨位瓷绝缘子可靠性进行了研究。首先，通过有限元分析软件Ansys对特高压大吨位悬式绝缘子进行了力学特性分析和头部电场强度计算，对头部结构进行了优化设计；然后，对绝缘子的胚料配方和头部釉配方进行了优化；并在此基础上，通过大量试验，对绝缘子的多项生产工艺进行了改进；最终得到了低质量、低投入、高性能的特高压大吨位悬式瓷绝缘子。试验结果表明，改型后的绝缘子机电破坏性能可提升16.5%左右。

C4F7N气体电弧的辐射输运特性研究

作者：仲林林；王逸凡；顾琦

摘要：辐射作为电弧能量输运的主要方式，在灭弧过程中起着关键作用。该文以环保型气体C4F7N及其与CO2和N2的混合气体为对象，建立了耦合净辐射模型的气体电弧二维磁流体动力学模型，分析了触头运动过程中C4F7N电弧的辐射输运特性，探究了电流大小和混合气体配比对电弧形态、温度及辐射能量的影响。进一步地，搭建电弧光学诊断实验平台，分别利用高速相机和光谱仪捕获电弧形态并采集电弧光谱信息，验证了仿真模型的有效性。

研究发现，受电弧辐射能量沿轴线分布影响，C4F7N气体电弧形态呈葫芦状。随着电流增大，电弧辐射能量增强，葫芦状形态逐渐明显。随着C4F7N气体含量增加，电弧在径向洛伦兹力的作用下逐渐收缩。

电能存储与应用

基于特征提取的锂离子电池健康状态评估及影响因素分析

作者：顾菊平；蒋凌；张新松；华亮；程天宇

摘要：健康状态（SOH）评估是电池管理系统的核心功能之一，是确保电化学储能系统安全稳定运行的重要前提。为解决现有评估模型精度不足、复杂度高与可解释性低的问题，提出一种基于特征提取的锂离子电池SOH评估及影响因素分析方法。

首先，提出两个量化初始循环充电电压曲线和当前循环充电电压曲线相似性的新健康特征，即动态时间规整距离特征和Wasserstein距离特征；其次，采用CatBoost方法评估电池SOH，并引入SHAP方法分析各健康特征对评估结果的影响及特征间的耦合关系；最后，利用马里兰大学电池老化数据集中多块电池数据进行实验验证。实验结果表明，提出的SOH评估方法精度较高，平均误差均小于2.2%，且能定量解析SOH影响因素。

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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》主编。

华中科技大学电气与电子工程学院70周年院庆纪念专刊序言

作者：华中科技大学电气与电子工程学院：文劲宇；熊紫兰；胡家兵

七十载栉风沐雨，七十载薪火相传。金秋十月，华中科技大学电气与电子工程学院即将喜迎建院（系）70周年华诞。作为华中科技大学（原华中工学院）的创始专业之一，学院在新中国的朝阳中诞生，在共和国的旗帜下成长，在改革开放中腾飞，在新时代迈向世界一流。“厚积薄发、担当致远”，华中大电气人的精神随着学院的诞生、成长、发展而生生不息，融入了每一位华中大电气人的血液，打造出中国高等教育史上电气工程学科院系建设与发展的典范。

七十年来，学院以人为本，团结奋进。学院始终践行立德树人根本宗旨，荟杰出师资，育拔尖人才，为国家培养输送了三万余名各类人才，为国家建设贡献了华中大电气人的青春和力量；承担了教育部首批新工科教学改革项目，创建了全新的电气专业荣誉学位培养体系，毕业生质量受到社会各界的广泛好评。

七十年来，学院坚守初心，开拓进取。学院建成了完备的电气学科体系，电气工程一级学科下辖的电机、电力系统、高电压、电力电子、电工理论与新技术全部五个二级学科均为国家级重点、国防特色学科，形成了“五系三所一中心”的整体构架。同时勇于打破传统，率先提出了“电气化+”的学科交叉融合发展战略，拓展了电气工程学科的宽度，并建成了以脉冲强磁场与聚变、加速器与等离子体、先进电工材料与器件等研究方向为代表的世界一流强电磁新技术学科领域。2017年电气工程成为国家首批双一流建设学科，首轮建设整体成效显著，并入选一流培优行动计划。依托学院建立的强电磁技术全国重点实验室，在现代能源体系中发挥不可替代的战略科技支撑作用。

值此七十华诞之际，华中科技大学电气与电子工程学院联合《电工技术学报》编辑部，精心组织了“华中科技大大学电气与电子工程学院70周年院庆专题”。该专题主要征集了本学院各学科领域（包括电机与电器、 电力系统及其自动化、 高电压与绝缘、电力电子、电工理论与电磁新技术以及教育与教学等）近期优秀研究成果，并邀请各领域专家对于本领域的发展现状及未来的研究方向进行了总结和展望。

借此机会，谨向长期以来关心、支持华中科技大学电气工程学科发展的海内外校友、国内外同行、社会各界友人，表达最诚挚的感谢和最崇高的敬意！也希望在大家的支持下，华中科技大学电气工程学科在新的历史时期能继续砥砺前行！

电力系统与综合能源

分址建设直流输电系统拓扑方案与运行特性研究

作者：孟沛彧；向往；潘尔生；赵峥；李探；文劲宇

摘要：针对我国西部地区大规模可再生能源跨区输送场景,提出一种适用于不同地理位置新能源基地接入的分址建设特高压直流输电系统。首先,介绍该系统在常规直流与柔性直流换流器两种可行方案下的拓扑结构与控制方式。考虑分址建设场景下电网强度和地理距离对系统的影响,研究系统在交直流故障下的暂态响应与故障穿越方案。然后,根据两种方案的暂稳态运行特性,从经济性、技术性的角度对方案进行对比,并给出改进措施与推荐方案。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建分址建设特高压直流输电系统模型,仿真验证系统暂稳态下的运行特性。

含风电继电保护应用中的电流互感器饱和电流重构方法

作者：黄梓欣；林湘宁；马啸；吴宇奇；魏繁荣

摘要：传统继电保护研究往往将抗电流互感器（CT）饱和视作离线判据整定的必要条件,实际上,利用在线快速重构所得电流数据参与保护计算是一种新思路。但在风电接入系统后,流经CT的是风电与同步机的混合故障电流,然而现有的电流重构数值计算方法难以对风电间谐波进行解析建模,数据驱动方法则在计算速度和抗噪能力上有所欠缺。

对此,该文提出一种含风电继电保护应用中的电流互感器饱和电流重构方法,主要分为两个阶段：离线阶段,首先结合影响CT饱和的多重因素生成样本数据集,然后训练堆叠式长短期记忆神经网络（Stacked LSTM）,继而构建CT二次电流到一次电流的映射模型,再结合贝叶斯优化求取模型最优超参数;在线阶段,首先对故障后CT半周二次电流进行白噪声降噪,再将其输入离线模型重构整周一次电流,最后利用重构电流数据参与保护计算。

仿真结果表明,该方法在各种CT工况下具有较强的适应性,对含间谐波和噪声的电流重构精度较高,能为继电保护提供真实有效的数据。

发电机定子接地故障双频有源消弧策略及故障类型辨识

作者：王义凯；尹项根；谭力铭；乔健；尹昕

摘要：海洋核动力平台运行环境恶劣,发电机定子接地故障频发,故障严重时将损伤定子铁心,但盲目快速切机会导致核反应堆负荷失电,威胁平台安全运行。为保证发电机自身安全及核反应堆负荷供电安全,该文提出基于双频电压调控的发电机定子接地故障有源消弧及辨识方法。

基于电压补偿型消弧原理,在发电机中性点外加包含基波及3次谐波分量的电压源,通过控制输出电压与故障电动势幅值相等、相位相反,抑制故障点电压为零,实现有效熄弧。在辨识接地故障类型时,与接地故障安全风险分析相结合。安全风险高的情况下,调节外加基波电压的同时控制接地故障电流在安全电流范围内,并利用瞬时性和永久性接地故障条件下中性点基波零序电流和基波零序电压间相位差的差异构建故障辨识判据。仿真和动模实验结果验证了所提方法的有效性。

面向分布式电源功率波动平抑的变频空调集群多时间尺度模型预测控制策略

作者：杨炜晨；苗世洪；刘志伟；涂青宇；林毓军

摘要：为发挥变频空调（IAC）集群在平抑分布式电源波动方面的调控潜力,该文提出一种变频空调集群多时间尺度模型预测控制策略。首先,根据IAC调控方式的不同,构建基于温度指令调控的等效电机模型与基于直接功率控制的等效储能模型,分别用以实现IAC集群的15min级与1min级控制。

在温度指令调控方面,考虑IAC响应目标温度所需的动态过程,利用集中式控制架构实现温度指令的优化整定,并进一步研究了IAC的有序动作策略以缓解大规模IAC同时动作所带来的功率冲击问题;在直接功率控制方面,计及IAC间的状态差异,采用集中优化、自主响应的方式实现IAC集群的功率优化与快速响应。最后,经算例仿真,验证了该文所提控制策略可实现IAC集群的多时间尺度协同,能够有效平抑分布式电源的功率波动。

电力电子

电动汽车电机驱动系统零转矩充电复用技术简介

作者：蒋栋；高加楼；李柏杨；孙伟；周敏

摘要：在电动汽车应用中,车载储能电池的充电一般通过充电桩或者车载充电机实现。利用电动汽车的驱动电机及逆变器与电网连接,实现从电网交流电到直流电的电能变换,最终完成对车载储能电池进行充电,可以有效节省硬件和装置建设成本,还能有效提升车载充电容量。但相关策略在实现时,存在的最大挑战是如何抑制由绕组交流电流引起的电机转矩和振动。该文着眼于并网过程中电机的转矩问题,对实现驱动电机逆变器与电网之间可靠电能变换的方法进行了介绍。

该文介绍的零转矩并网方法,其核心是结合电机绕组的型式和逆变器的电流控制来调整定子磁动势,从而合理布控电枢反应磁场与永磁磁场的空间关系使其满足零转矩条件。相关工作旨在为电动汽车传导式车载充电提供一种可行的硬件复用方案。

有源中点钳位逆变器的损耗均衡和效率优化策略

作者：万文超；段善旭；余天宝；米慧瑶

摘要：针对有源中点钳位（ANPC）逆变器,基于开关损耗分配的基本原理,建立开关器件的损耗估计模型,提出一种主动调节损耗分布的方法,通过合理分配不同开关器件来承受开关损耗,调节各模态的起始时间和持续时间,尽可能地减小各开关器件之间的损耗差异,并扩展到变功率因数角的场合,该方法实施简单且有效。此外,当桥臂输出电压被钳位到直流中点时,通过对驱动时序的调整和重新构造,使两条零电平回路同时导通（TZCC）进行续流,有效地减小了导通损耗,进一步提升变换器效率。

较传统的损耗均衡或效率优化单一目标上,所提方法在损耗均衡的同时又能兼顾其运行效率,充分地发挥出ANPC逆变器的优势。最后,通过仿真和实验验证了所提策略的有效性。

一种模块化多电平换流器子模块开路故障的快速检测与诊断方法

作者：刘座辰；林磊；殷天翔；黄一洪；时晓洁

摘要：基于模块化多电平换流器（MMC）子模块（SM）开关器件故障引起的电容电压异常变化问题,该文提出一种故障快速检测与诊断方法。首先通过局部离群因子（LOF）算法分析桥臂中所有子模块对应的电容电压逐段求和值,从而同时实现对故障子模块的快速检测与定位;之后通过判断故障子模块所在桥臂中正常子模块电容电压的变化趋势快速识别故障开关器件,完成故障分类。

由于所提方法具有局部异常特征分析的特性,可适用于单一故障、同桥臂多故障及不同桥臂多故障发生的全部故障类型。同时,该方法不受系统参数不确定性的影响,适用性强,且相较于传统方法具有更快的诊断速率。仿真与实验结果验证了所提方法的有效性。

双馈风电机组无撬棒故障穿越技术研究综述

作者：朱东海；邹旭东；胡家兵；康勇；周党生；张东来

摘要：风机故障穿越失败导致大面积连锁脱网,严重威胁电力系统的安全稳定运行。撬棒是双馈风电机组广泛采用的故障穿越方案,但存在可控性差、转矩脉动大和吸收无功多等固有缺陷,难以适应日趋严格的电网标准。近年来,国内外学者针对无撬棒故障穿越技术开展了广泛研究,并提出了一系列控制方法,但鲜有针对该研究工作进行归纳整理和分析总结。为此,该文整理了各国电网标准中故障穿越相关的最新技术规范,梳理了双馈风电机组实现无撬棒故障穿越的技术要点,并对技术现状进行了分类与对比。最后,从新的技术规范、新的运行场景和新的控制模式等方面对未来发展方向进行讨论与展望。

6.5kV SiC MOSFET 模块加权优化设计与实验研究

作者：尚海；梁琳；王以建；杨英杰

摘要：针对高压SiC模块的封装关键问题（即绝缘性能、寄生参数、热管理）,该文提出多目标加权优化方法,实现6.5kV SiC MOSFET模块多个性能指标的折中和优化。首先,通过建立电、热、力多物理场有限元模型分别对量化指标寄生电容、焊料层热应力以及电场强度进行建模,并对三者进行加权优化,得到最优尺寸参数以保证6.5kV SiC MOSFET模块的整体性能;然后,通过对外壳和端子的设计,保证模块外部绝缘可靠的同时尽可能降低寄生电感,实现模块寄生电感和外部绝缘性能的折中;最后,通过双脉冲实验、耐压测试等验证所研制模块的性能优势及多目标加权优化方法的有效性。

结果表明,所提研制模块能够在4 500V/14A的条件下可靠工作;在寄生参数、绝缘性能得到优化的同时,保证了模块整体性能的优越性。

电机及其系统

双机电端口电机系统综述与发展展望

作者：梁子漪；曲荣海；陈智；任翔；李大伟

摘要：双机电端口电机是一类多功能一体化的新型电机,含有至少两个转子和两套绕组,用于实现多个机械端口与电端口间功率传输及分配,和两个机械端口转矩与转速的解耦控制,具有紧凑性好、集成度高和多端口协同运行的优势,在风力发电、新能源汽车、混合动力船舶等领域具有较好的应用潜力。

该文首先介绍双机电端口电机的基本结构与工作原理,简要分析其实现多功能的方式;接着按照结构特征和工作原理,分类梳理了有刷和无刷双机电端口电机在拓扑结构上的研究和创新,总结了各自的优缺点;然后从解耦控制、能力管理和动态及稳态优化三个方面介绍了双机电端口电机控制方法;最后对双机电端口电机的研究方向和发展趋势进行了展望。

考虑谐振抑制的永磁同步电机长线缆驱动系统转子初始位置辨识技术

作者：陈东东；王晋；李子博；周理兵

摘要：在永磁同步电机长线缆驱动系统安装LC滤波器可能会引起谐振,导致转子初始位置辨识失败。主动阻尼控制能够抑制LC滤波器引起的谐振,从而保障转子初始位置辨识的成功。在估计的同步旋转轴系上注入高频电压信号,对高频电流响应解调后得到两种可能的结果,对应不同的极性。根据电机磁路的饱和效应,施加不同的直流电流激励并对比每种激励下的实验结果,可以完成极性辨别。在注入高频电压信号和施加直流电流激励的过程中,LC滤波器将引起系统谐振。

针对这一问题,提出一种基于高通滤波器的主动阻尼控制方法,在传统电流环的基础上增加一个反馈通路,等效地增大谐振频率处的系统阻尼;然后进行主动阻尼控制方法的参数设计和稳定性证明;最后开展实验,得到成功抑制谐振后的实验结果,证明所提考虑谐振抑制的永磁同步电机长线缆驱动系统转子初始位置辨识技术的有效性。

基于电流优化的无速度传感器感应电机零频穿越策略

作者：罗成；李孺涵；杨凯；徐智杰；郑逸飞

摘要：无速度传感器感应电机在低频区运行时,转速可观测性较差。特别是在定子零频工况时,转速不可观测。为此,该文提出了一种基于电流优化的无速度传感器感应电机零频穿越策略。

首先,推导观测转速与转速误差的传递函数,证明零频工况下转速不可观测的根本原因;其次,介绍所提出零频穿越策略的原理,并对典型工况电机运行点的变化进行分析,保证在低定子频率下的转速可观测性;此外,为了在零频穿越过程中获得最优电流,提出一种主动零频穿越边界点电流轨迹优化方法,结合转矩、电流和可观测性等限制条件,将转速能观性和最小定子电流作为优化目标,推导出主动零频穿越边界点优化选择方法;最后,在2.2kW的感应电机实验装置上验证所提方法的有效性。

考虑端部效应的同心笼次级直线双馈电机等效电路

作者：葛健；徐伟；刘毅；张娅平；包振；李达义；李伟业；林国斌

摘要：同心笼次级直线双馈电机相关研究十分匮乏,其端部效应特征尚不明确,亦未有能体现其端部效应的等效电路,严重制约了该类电机的进一步发展。针对上述问题,该文对同心笼次级直线双馈电机静态及动态端部效应分别进行深入分析,并建立考虑端部效应的等效电路。

首先,基于短初级直线电机绕组理论,阐明静态端部效应下直接耦合的产生机理,明确直接耦合感应电动势的分布特点,推导出直接耦合作用下的等效阻抗;然后,基于电机中的电磁关系,分析电机稳态运行时同心笼的过渡过程,计算出动态端部效应修正系数;随后,基于端部效应分析结果并结合传统无刷双馈电机等效电路拓扑,建立同心笼次级直线双馈电机等效电路,推导电机推力表达式;最后,通过静态端部效应和动态端部效应的有限元仿真及实验,间接验证了分析结果的合理性。

高电压与绝缘

基于频敏高-低阻层叠母线结构的特快速暂态过电压高频成分抑制方法

作者：李红斌；韩林汕；叶国雄；陈庆；焦洋

摘要：在特快速暂态过电压（VFTO）中,高频成分的幅值大、耦合强,对电气设备的安全运行造成严重威胁。目前已开展相关研究,但未能完全解决,一、二次融合设备已加装防护措施但仍发生故障的情况时有发生。对此,该文在探明母线电阻对高频信号衰减过程影响的基础之上,充分利用趋肤效应的频率敏感性,通过在常规母线表面增加高阻表层,构建高-低阻介质层叠的母线结构以实现高频抑制：正常工频成分在里层低阻介质中传输,不受影响;VFTO高频成分被约束在表层高阻介质中传输,其幅值与振荡时间将显著降低。进一步,开展等效试验,验证其有效性。

高压脉冲放电破岩电弧阻抗特性分析

作者：黄仕杰；刘毅；林福昌；周鹏；马宁

摘要：高压脉冲放电是一种新型破岩技术,其电弧通道阻抗与外回路阻抗匹配关系决定通道能量的注入速率和大小,进而影响破碎效率。该文建立了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了电弧通道的电压、电流,获取了电弧通道发展图像,通过剥离电弧电压中的电感分量获得了电弧阻抗特性。考虑温度、通道膨胀及辐射的影响,建立岩石中电弧通道的阻抗模型,通过迭代求解确定了模型参数及变量初值,模型计算结果能够合理表征岩层中电弧阻抗的时变特性。由于岩石中电弧通道膨胀更加困难,对于幅值为11.12kA、周期为5.776μs 的脉冲电流,其阻抗的典型值约为35.6mΩ/mm。

基于频谱二阶斜率方均根的变压器油浸绝缘纸频谱提取

作者：徐晴川；王圣康；林福昌；李化

摘要：在变压器绝缘检测领域,用频域介电谱法对变压器绝缘状态进行评估,需要根据绝缘结构参数计算出油浸绝缘纸的频谱,然而待测变压器的绝缘结构往往是未知的,这极大地制约了频域介电谱法的现场应用。

该文基于油浸绝缘纸频谱二阶斜率方均根,实现一种无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取方法。通过测量不同水分条件和绝缘结构的油纸绝缘样品的频域介电谱,根据绝缘结构参数计算油浸绝缘纸的频谱。研究发现,偏离实际值的绝缘结构参数会影响计算的油浸绝缘纸频谱的大小和形态,从而使得计算频谱的二阶斜率方均根显著增大。水分含量越高,影响越小。因此,通过遍历不同绝缘结构参数计算的油浸绝缘纸频谱,分析频谱二阶斜率方均根最小值对应的绝缘结构参数和油浸绝缘纸频谱,可以实现无需已知绝缘结构参数的变压器油浸绝缘纸频谱的提取。

考虑速度趋肤效应与接触电阻影响的枢轨界面电流分布特性

作者：王增基；陈立学；尤彭昊；兰昕宇；葛一凡

摘要：该文采用有限元法,仿真研究了轨道炮的电流分布特性。根据有限元模型中影响因素的不同,建立了三种模型,即速度趋肤效应模型、接触电阻模型以及两者都包含的综合模型。首先在运动电枢上建立坐标系,在麦克斯韦方程组中增加速度项,实现考虑速度趋肤效应的运动电磁场计算;其次接触电阻模型考虑了电枢与轨道的粗糙表面特征以及枢轨间接触压力;最后将两种模型结合建立了综合模型。

该文通过对比分析各个模型中的电流在枢轨界面上的分布特性,表明综合模型能更准确地揭示电流分布特性。基于此,以电感梯度为例,该文进一步分析了不同模型中电感梯度变化规律,研究表明,速度趋肤效应与接触电阻都是影响电磁轨道炮性能的关键因素。

电工理论与新技术

超快电子衍射研究及发展综述

作者：宋怡方；王健；刘铮铮；樊宽军

摘要：原子运动及相应的结构改变是自然界中化学反应、生命过程等现象的本质。因此,在原子层面实时间、实空间观测物质非平衡态的原子运动和结构演化过程,能深刻地解释这些现象的本质,将物质的微观动力学过程和其物理化学等特性联系起来,为科学突破创造了巨大的机遇。

原子层面的动态过程的特征时间在皮秒、飞秒、甚至阿秒量级,目前只有泵浦-探测技术可以实现该量级的时间分辨率。超快电子衍射使用电子作为泵浦-探测技术中的探针,具有高弹性散射截面、低能量沉积、造价及维护成本低等优势,在近十余年间获得快速发展。该文总结近年来超快电子衍射中关键技术的发展,并对新一代超快电子衍射的发展趋势进行展望。

平顶脉冲强磁场技术及其应用

作者：韩小涛；张绍哲；魏文琦；王俊峰；李亮

摘要：平顶脉冲磁场（FTPMF）是指峰值磁场能持续稳定一段时间的特殊强磁场,兼具脉冲磁场高场强和稳态磁场高稳定度的双重优点,在前沿基础科学研究和工程技术领域中具有重要应用价值。

该文根据飞轮储能脉冲发电机、电容器、蓄电池在功率、容量、输出电压等方面的特点,综述了FTPMF的产生及其高精度调控方法,介绍了改善FTPMF的稳定度、平顶时间等参数指标的最新技术进展。分析了FTPMF对改善核磁共振（NMR）性能和在测量材料物性中的关键作用,结合国家脉冲强磁场科学中心工作,给出了铌金属单质93Nb在22T下的NMR测量、自旋二聚体Ba3Mn2O8在64T下的比热测量、以及电荷密度波材料Li0.9Mo6O17在30T下的非线性I-V测量应用情况。最后,对发展FTPMF需要的电源系统协同供电、小型化与模块化、脉冲磁体材料、寿命及其状态监测等技术,以及FTPMF在脉冲场回旋管太赫兹波源上的应用等进行了展望。

基于PCB方案的多极磁铁谐波测量系统设计与实现

作者：韩文杰；陈庚；秦斌；刘旭；李纯漪

摘要：磁场测量技术是粒子加速器的核心技术之一,准确可靠的磁场测量数据可为磁铁准直安装、调试运行提供重要依据,确保束流品质。多极磁铁磁场谐波品质是影响束流输运的关键技术指标。针对传统绕制线圈几何尺寸及定位精度不高、测量重复性和稳定性难以控制等问题,该文提出一种基于印制电路板（PCB）技术制作一致性较高的谐波线圈方案,分别从谐波线圈测磁理论、PCB设计、机械结构设计等角度开展设计优化与系统实现,并搭建多极磁铁谐波磁场测量系统,进行绕制线圈与PCB线圈的实验测量比对。

结果表明：与绕制谐波线圈相比,基于PCB方案的谐波线圈可实现更高的反抵率以及更为稳定、精确的磁场测量结果,验证了PCB谐波线圈在多极磁铁谐波磁场测量中的显著优势,可为国内PCB谐波线圈发展与工程应用提供参考。

非均匀高温超导带材对CORC电缆失超特性的影响研究

作者：李显皓；徐颖；任丽；唐跃进；彭思思

摘要：高温超导CORC（conductor on round core）电缆失超时的热负荷严重威胁了低温系统和电缆本体的安全稳定运行。受微米级超导薄膜制备工艺等的影响,CORC电缆并绕的多根高温超导带材不均匀。为分析不均匀临界电流对CORC电缆失超特性的影响,该文搭建了基于三维T-A方程的有限元模型。

以降维的带材曲面为求解区域,以等效的电流密度为求解变量,失超模型在同一几何中表达超导和常导两种属性,构建电流和电势两种约束。在导体域建立降维的热模型,用以考虑损耗和传热的影响;在全局建立等效的电路模型,用以控制并联导体的分流。进一步地,耦合模型考虑温度依赖的接头电阻以模拟CORC电缆带材的烧断和电流的突变。结果表明,非均匀高温超导带材影响了电流重分配的动态响应,加快了局部失超的发展过程。

J-TEXT托卡马克上电磁弹丸注入系统的X型电枢设计

作者：陈忠勇；张维康；唐俊辉；李峰；夏胜国

摘要：国际热核聚变实验堆（ITER）计划是我国参与规模最大的国际科技合作项目,目标是验证大型托卡马克装置实现聚变能的可行性。等离子体大破裂是ITER安全运行面临的最大威胁,会对装置造成严重的损坏,因此缓解破裂危害是ITER亟待解决的关键问题。目前缓解破裂危害的基本策略是主动注入大量粒子,但现有的破裂缓解系统尚不能完全满足ITER的需求。

该文通过分析现有破裂缓解系统的特点,介绍J-TEXT托卡马克上新一代用于破裂缓解的电磁弹丸注入系统（EMI）,该系统使用电磁力发射弹丸,可有效提高弹丸的注入速度并缩短响应时间,克服了其他系统的局限性。电枢是EMI的核心部件,在发射中起决定性作用,通过介绍尾翼接触型电枢的结构及功能,说明这类电枢运用于EMI时在减速阶段存在枢轨电接触性能不足、运动稳定性不够高等局限性,由此根据EMI减速阶段对电枢性能产生的特殊需求,设计了一款具有X型结构的新型固体电枢。

仿真结果表明,电枢的电磁、机械性能满足发射要求,电接触特性良好。在发射性能试验中,电枢完成了加速至520m/s后主动减速至0m/s;电枢-弹丸分离性能试验中实现了电枢、弹丸的稳定分离,弹丸的飞行速度为358m/s,且该速度能随着加速能量的增加进一步提高。EMI为托卡马克等离子体破裂缓解贡献了一种高效注入杂质的先进方案,该文提出的X型电枢具有良好的发射性能,为EMI提供了一种优良的新型固体电枢结构及设计方法。

超高场脉冲磁体失效及结构屈曲研究

作者：肖后秀；黄煜

摘要：结构力学表明,磁体失效包含材料强度失效和结构整体失效两个方面。现有磁体失效模型是基于材料强度模型,忽略结构失稳问题,难以解释超高场脉冲磁体经常在低于其设计值就发生破坏的现象。且已有研究显示,屈曲是导致超高场脉冲磁体失效的主要原因之一,但脉冲磁体屈曲的形成机理和演变规律尚不明确。

该文从结构稳定性的角度出发,分析指出脉冲磁体自由分离层可等效为薄壁圆柱壳,具有高屈曲风险,并提出基于圆柱壳体结构屈曲的超高场脉冲磁体力学失效分析方法,建立脉冲磁体静态电磁屈曲Ansys有限元模型,进行了屈曲行为研究分析,仿真结果与实际结果吻合。屈曲分析结果表明：在电磁载荷方面,轴向电磁力是产生屈曲的决定性因素,径向电磁力对于外层绕组轴向屈曲的影响不明显,可在一定程度上抑制内层绕组的轴向屈曲;在绕组结构方面,外层绕组对螺旋绕组缝隙较为敏感,需重点关注。

教育与教学

新工科电气工程实践教学体系重构与实践

作者：杨勇；李红斌；文劲宇；尹仕；张蓉

摘要：工程实践能力在新工科人才培养中占据着重要地位。电气学科作为一门传统工程学科,在新形势下对一流专业人才所应具备的知识、能力和素质提出的更高要求。华中科技大学电气与电子工程学院以“科学主导、实践驱动”的工程教育理念为指导,围绕“电气化+”,依托学科和行业优势,以业界和科研中真实项目、真实产品研发为载体,营造新工科背景下工程实践的真实学习环境和平台建设,构建“知识、技能、意识”协同整合的一体化工程实践教学体系,实现学生实践能力培养模式从“碎片化”到“系统化”转化升级,并通过教学研究,提出工程实践能力发展评价指标体系,深化课程持续改进的闭环机制,促进学生工程实践与创新能力螺旋渐进式提升。

该文通过对该一体化工程实践教学体系的详细阐释,希望为国内同类专业的人才培养提供有益参考。

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