《电工技术学报》2021年第22期目次及摘要

《电工技术学报》2021年第22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范畴综合性学术期刊，报道基础理论研讨、工程应用等方面具有国际和国内抢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。

前沿观念

关于电工学科前沿技术延展的若干思索

作者：马伟明

摘要：每一次科学研讨范式的严重转变,必将推进科研创新的改造。当前,随着智能化技术的延展,以人工智能、大数据、云计算等为代表的新技术,正与各学科范畴深度融合,推进产业方式的改造,拓展创新范畴。

该文立足电工学科延展需求,分离新一轮科技反动的特性,从人工智能与电工学科的融合延展、全电移动平台对高性能电机研讨的推进、多能源电力系统的延展,以及电磁能配备的突破对传统周期稳态/准稳态向极端条件下非周期瞬态工况拓展四个方面,对电工学科在多范畴融合推进下的前沿延展问题进行了初步思索,并细致引见了其背景需求和关键科学问题。希望能够引发宽广同仁的讨论,推进我国电工技术的创新延展。

电工理论与新技术

基于单管电路的恒流恒压无线充电系统研讨

作者：王春芳；岳睿；李厚基；李聃

摘要：针对目前单管逆变无线电能传输（IPT）系统无法经过开关频率的切换完成由恒流输出（CCO）到恒压输出（CVO）转换的问题。该文提出一种用于单管电路（SSC）的P-CLCL弥补网络。所提P-CLCL高阶恒流恒压弥补网络可使单管电路在开关频率为fCC时输出恒流,在开关频率为fCV时输出恒压,解耦了输出与负载的关系。

该文还应用互感等效模型对系统进行建模,并剖析该弥补网络在恒流输出及恒压输出时需求满足的电路参数条件应用傅里叶合成细致给出一套适用于单管电路的等效错误称输入电压源波形的剖析措施在综合思索零电压开通（ZVS）的完成、软开关裕度、开关管耐压大小的状况下,应用“Mathcad”画图的措施给出一套一次侧弥补电容的设计流程。最后,搭建一台25.2W的P-CLCL实验样机,经过仿真和样机的开闭环实验考证了理论剖析的正确性。

旋转式无线充电系统偏移特性研讨

作者：程志远；陈坤；李东东；李峥；邵会文

摘要：无线电能传输（WPT）技术因其采用非物理接触的方式传输电能,有效地处置了传统水下传能过程中漏水、漏电等问题,在水下用电设备中具有较好的应用前景。为此设计一种配有旋转式松耦合变压器（LCT）的笼状对接装置以完成水下无线传能,该装置可有效避免自动水下飞行器（AUV）的径向偏移。

鉴于互感为影响无线电能传输性能的重要参数,该文针对LCT的互感求解问题展开研讨,运用毕奥萨伐尔定律树立该结构的互感计算模型。并以此为基础,从互感、耦合系数、输出功率、效率及副边长度等多维度参数剖析轴向偏移对旋转LCT的影响,仿真结果表明,旋转式LCT的轴向抗偏移才干较强。最后,设计并开发了一套LCL_S型弥补结构的无线电能传输系统装置,实验结果考证了理论与仿真剖析的正确性,具有一定的工程应用价值。

电磁感应线圈发射子弹系统优化设计

作者：张晓；鲁军勇；李湘平；郭赟；武文轩

摘要：电磁发射子弹具有速度可调、响应时间短的优势,在防恐、维稳等方面具有重要的应用潜力。针对目前电磁轨道发射子弹存在的出膛初始扰动大、出膛后气动外形变更的问题,该文提出采用非接触式线圈发射子弹的计划,抑止了轨道发射初始扰动和气动外形变更的难题。

经过树立线圈发射子弹的动态发射模型,并分离带精英战略的非支配排序遗传算法（NSGA-II）树立线圈发射子弹系统的优化设计模型。提出分步优化设计思想,在满足子弹预定能级请求的前提下,以线圈发射装置长度和发射效率为优化目的,完成了对包含线圈截面参数、子弹结构参数、脉冲电源初始电压和触发时序等多个设计变量的优化设计。

优化结果表明：若以两个指标平均值最小为优化目的,则装置最短长度为0.123m,对应发射效率为4.89%。

基于声波时域特征的锂离子电池荷电状态表征

作者：张闯；孙博；金亮；刘素贞；杨庆新

摘要：许多先进的检测技术已被证明能获取锂离子电池的荷电状态（SOC）,但是目前的检测手段未能同时满足精度和效率方面的请求。应用超声波对SOC的表征曾经得到初步的认可,该措施检测效率高、对电池损伤小,但存在单个声学指标与电池资料动力学特性不明晰的问题。该文在剖析锂离子电池SOC声学表征研讨现状的基础上,将振铃计数引入电池SOC评价中,明白SOC与振铃计数的相关性。

基于Lemaitre等效应变原理推导了振铃计数与有效杨氏模量的对应关系,提出基于超声纵波的锂离子电池SOC在线检测措施,分离常规的声学指标研讨了锂离子电池在充放电循环中有效杨氏模量演化规律。经过将常规的时域声学指标与振铃计数表征结果进行对比,考证了振铃计数对SOC表征的可行性。

作者：李春兰；罗杰；王长云；王海杨；杜松怀

电力系统与综合能源

低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研讨的几个关键问题

作者：徐海亮；吴瀚；李志；赵仁德；胡家兵

摘要：由于我国风电资源和电力负荷的逆向散布特性,低短路比已成为风电机组接入电网的主要形态。低短路比对称电网下,双馈风机与电网的交互作用易引发系统小干扰失稳。错误称电网下,电网正、负序阻抗及其序间耦合重量将与风机网侧、转子侧变流器产生更为复杂的交互作用,其带来的失稳风险亟需研讨和评价。

对此,该文综合已有研讨,首先,剖析低短路比电网下含负序控制双馈风机稳定性研讨的关键问题然后,从阻抗建模、稳定性剖析、控制战略改进等方面,提出相应的处置计划最后,对相关技术的延展前景进行讨论和瞻望。

基于对立式迁移学习的含柔性高压直流输电的风电系统次同步振荡源定位

作者：陈剑；杜文娟；王海风

摘要：风电场经柔性高压直流输电（VSC-HVDC）接入交流系统会产生次同步振荡（SSO）,定位风电场SSO源并及时采取针对性抑止措施是迫切需求处置的问题。该文经过树立风电场经VSC-HVDC并网电力系统线性化模型,剖析风电场因发作交而诱发SSO的机理,提出基于对立式迁移学习的风电场SSO源定位措施。

计及阻容式撬棒动作时间的双馈风机短路电流剖析

作者：杨兴雄；束洪春；单节杉；孙士云；王春又

摘要：首先从机理和磁链角度动身,剖析机端电压跌落时双馈式感应发电机短路电流特性。在此基础上,研讨电阻串联电容的阻容式撬棒电路对短路电流的影响,并综合思索撬棒动作时间,将毛病过程分为两个阶段。以转子暂态磁链作为衔接两个阶段的纽带,对计及阻容式撬棒投入时间的定转子短路电流解析式进行推导,分离解析式并从消弭转子短路电流暂态直流重量角度思索推出电容的表白式。

最后,在Matlab/Simulink平台上搭建1.5MW双馈风机动态模型,对短路电流解析式的正确性以及阻容式撬棒在抑止转子浪涌电流、改善无功功率吸收、滤除转子侧毛病电流直流重量等方面的有效性进行考证。

思索孤岛源-荷不肯定性的直流配电网牢靠性评价

作者：马钰；韦钢；李扬；李牧；邓申玮

摘要：针对含高渗透率散布式发电（DG）的直流配电网,提出一种思索孤岛源-荷不肯定性的直流配电网牢靠性评价措施。依据设备的运转状态及冗余度,分别树立了换流器、直流变压器和直流断路器的马尔科夫牢靠性模型。

针对DG及负荷的不肯定性,应用多场景技术（包含拉丁超立方抽样、分离Nataf变换的Cholesky合成和场景削减技术）生成孤岛内源-荷典型场景,提出一种思索孤岛持续时间的孤岛构成概率计算措施,分离DG供电状况及孤岛构成概率对最小路法进行改进,采用改进后的最小路法计算直流配电网牢靠性指标。经过算例考证了所提措施的有效性,对比了DG接入前后负荷点及系统的牢靠性指标。

基于时空关联合成重构的风速超短期预测

作者：潘超；李润宇；蔡国伟；王典；张永会

摘要：思索风速的空间关联性进行多步预测是范围化风电并网的研讨热点,该文采用一种改进的多位置多步风速预测措施。首先,提出风速矩阵时空关联合成重构战略,对风场内各风机进行灰色关联剖析,并据此应用时序控制的空间关联优化算法进行优选排序,获取典型风机及临近域空间信息,对该空间信息进行重构,以进步空间特征提取效率然后,将重构的时空三维信息输入卷积记忆网络,以降低信息缺失对预测精度的影响,并进行空间特征提取及多步超短期预测最后,经过对不同风电场的风速及风功率进行预测,考证所提措施的预测精度和泛化才干。

计及信息失效的柔性配电系统集中-分散谐和控制战略优化

作者：刘文霞；富梦迪；李涵深；王丽彬

摘要：柔性多状态开关（FMSS）接入配电网,能够经过主动控制完成配电网正常与毛病状况下的优化运转,同时也加深了对控制的依赖。为降低通讯设备随机毛病带来的运转风险,该文提出一种计及信息失效的柔性配电系统集中-分散谐和控制战略优化措施。

首先,树立柔性配电信息物理系统模型,剖析了系统在不同状态下的控制方式然后,采用自顺应含糊C均值聚类措施与毛病树法处置运转和毛病场景的不肯定性,在此基础上,以电压倾向与失负荷量最小为目的,树立了散布式资源集中-分散控制战略的双层优化模型,上层优化通讯毛病的散布式资源分散控制战略,下层仿真多场景下的柔性配电系统散布式资源的集中-分散谐和优化运转最后,以三端FMSS衔接的三个IEEE 33节点系统作为测试算例,算例结果表明：通讯设备随机毛病下,散布式电源采用注入上限控制、FMSS持续毛病前战略,可有效降低系统运转风险。

思索负荷特性的区域冷热电联供系统站网协同优化设计措施

作者：姚志力；王志新

摘要：现有的区域能源站规划未思索负荷时空特性,且能源站的选址、设备选型定容、网络规划和管道选径等与区域冷热电联供系统的经济性直接相关,为此,该文提出思索负荷特性的区域冷热电联供系统站网协同优化设计措施。

首先,基于负荷空间散布特征采用改进p-中位模型树立冷热电联供站点数量、选址和供能范围划分模型,基于负荷时序互补特性,思索多能流耦合和网络谐和,提出基于Prim算法的网络规划和管道选径优化模型然后,基于冷热电联供站、网规划间的相互作用,以区域站网年化总成本最低为目的对冷热电联供站点的设备选型定容和管网规划、管道选径进行交替协同优化最后,采用Matlab对某规划区域算例进行仿真。

结果表明,该文提出的思索负荷特性的区域冷热电联供系统站网协同优化模型完成了负荷在时空尺度上的负荷转移,负荷分配愈加平均,同时,进步了设备和管网的应用率及区域冷热电联供系统的经济性,考证了所提措施的有效性。

电力电子

基于声发射检测技术的电力电子器件/模块机械应力波综述

作者：李孟川；何赟泽；孟志强；周雅楠；李运甲

摘要：针对部分机构已有的能够表征电力电子器件/模块状态的机械应力波研讨均分散在信号提取、信号剖析和状态表征等方面,没有进行系统总结,该文首先对机械应力波的基础内容进行讨论,总结对比适用于电力电子器件/模块的产生机理、测试检测电路和信号处置措施随后对电力电子器件/模块机械应力波的研讨现状进行综述,归结总结机械应力波的组成方式、源机制、频域特征与健康状态的对应关系最后从机理剖析、研讨对象、信号处置、状态表征和检测装置五个方面对电力电子器件/模块机械应力波存在的关键问题进行剖析,并提出未来的研讨方向。

基于零矢量嵌入的双向隔离型 AC-DC矩阵变换器分段同步控制战略

作者：梅杨；许策；鲁乔初

摘要：针对双向隔离型AC-DC矩阵变换器,提出一种基于零矢量嵌入的分段同步控制战略。其中,前级 3-1矩阵式变换电路采用对称双线电压调制法,以进步电压传输比后级全桥电路采用互补控制,简单易完成前后级电路之间分段同步,并经过在前级电路中嵌入零矢量以完成能量的双向传输。

仿真和实验结果表明,网侧电流三相均衡正弦,功率因数接近于1,输出电压和电流平稳,纹波小,且电感电流峰峰值随直流侧电压增加呈先减小后增大的趋向,当nUo=√3Ui时,电感电流峰峰值最小,即电流应力最小。

由此可见,采用该文提出的控制战略可完成双向隔离型AC-DC变换器能量的双向活动,保障了良好的输入输出性能。经过与传统控制战略的仿真与实验对比,采用所提出控制战略的双向隔离型AC-DC矩阵变换器在较低输出电压范围内具有更小的电感电流应力,有助于降低器件损耗,进步变换器效率,并提升系统牢靠性。

高电压与绝缘

脉冲电压下电力电子配备绝缘电荷特性研讨综述

作者：何东欣；张涛；陈晓光；巩文洁；李清泉

摘要：电力电子配备长期处于高频、陡脉冲电压的运转工况下,其绝缘系统易发作早期失效,可能会要挟电力系统运转的保险性和牢靠性。因而,探求脉冲电压下绝缘劣化机理对保障电力系统保险稳定运转具有重要意义。

该文综合国内外研讨现状,引见了几种常见电力电子配备及其运转工况,经过对绝缘体击穿与沿面闪络影响机理的论述,提示了电荷行为对绝缘劣化的重要作用,论述了脉冲电压参数对电荷特性影响的研讨进展,并对目前研讨存在的缺乏进行了总结与讨论。未来应提升脉冲电压下电荷测试技术,明白脉冲边沿时辰电荷动态特性,以阐明绝缘劣化机理。这些研讨成果将为脉冲电压下电力电子配备绝缘资料和电力系统的优化设计提供参考和理论指导。

XLPE配电电缆缺陷诊断与定位技术面临的关键问题

作者：单秉亮；李舒宁；杨霄；王伟；李成榕

摘要：交联聚乙烯（XLPE）电缆性能优秀,在城市配电系统应用普遍。目前部分配电电缆行将抵达或已超越其设计寿命,如何精确诊断“老龄化”电缆的状态继而保障配电网运转老部性是一项严重应战。

该文深化剖析现有电缆典型缺陷诊断措施和定位技术应用于XLPE配电电缆状态诊断过程中的有效性,指出长电缆中缺陷诊断灵活度和定位精确性、电缆老化段与集中性缺陷的辨识与定位等存在的关键问题。在此基础上,从进步电缆中集中性缺陷诊断灵活度、完成对长电缆中缺陷的准肯定位、展开电缆中部分老化段的定位与诊断研讨等方面给出了倡议。

硝酸对硅橡胶的老化作用机理研讨

作者：张妮；汪政；杨粤；彭向阳；方鹏飞

摘要：在硅橡胶复合绝缘子的运转过程中,硝酸的产生、渗透和老化会降低硅橡胶的性能,并影响到电网设备的保险运转。该文分离多种表征技术系统研讨硝酸对硅橡胶的老化作用机理。

气相色谱-质谱（GC-MS）结果表明,硅橡胶中聚二甲基硅氧烷（PDMS）在硝酸的作用下裂解,招致硅橡胶中D4~D7为主的环状硅氧烷小分子增加。硝酸溶液浸泡600h的硅橡胶内D4是未老化时的30倍,有机组分相对含量降落了9.19%。傅里叶红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）的结果表明,硝酸老化后硅橡胶名义Si-C键断裂并被氧化,生成无机硅氧结构Si-O3和Si-O4,招致名义C元素含量降低同时甲基中的C-H键断裂并引入极性羟基。

由实验结果可知,硝酸主要从以下两方面惹起硅橡胶老化：一是H+作用于PDMS中的Si-O键,使硅橡胶中的PDMS网络结构解聚二是强氧化性的NO3-作用于名义PDMS中的基团,招致硅橡胶名义由非极性转为极性。这些是惹起硅橡胶阻隔性能及憎水性降落的主要缘由。

基于电磁-热耦合原理的三芯铠装电缆在低频输电方式下的损耗特性研讨

作者：刘士利；罗英楠；刘宗烨；邓金锁；蔡国伟

摘要：精确剖析电缆损耗特性是进步海底电缆经济性、完成深远海风电高效输送的关键问题之一。为此,该文树立三芯铠装电缆的电磁-热耦合仿真模型,研讨了缆芯电流在低频输电方式下的不平均散布特性,并以此为基础,剖析IEC规范计算护套感应电压、损耗因子及载流量的误差。

研讨结果表明,缆芯电流密度平均值点偏离缆芯中心,偏离距离随输电频率的增大而增大,并招致IEC规范计算的护套感应电压和损耗做同向变更,当缆芯半径大于24mm时,护套损耗因子误差明显加剧当缆芯截面积取2000mm2时,分频及工频下的载流量误差分别达10%和15%左右。计算结果为合理地肯定海底电缆载流量奠定了基础。

基于优化YOLOv4的主要电气设备智能检测及调参战略

作者：律方成；牛雷雷；王胜辉；谢庆；王子豪

该研讨可用于多光谱成像电气设备运转状态的现场诊断。