《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。

电工理论与新技术

一种舰船下方磁场的信号重构及换算方法

作者：刘琪；孙兆龙；姜润翔；武晓康；雷怡琴

摘要：为了实现对舰船磁场信号的准确重构及换算,在缩比模型试验数据分析的基础上,对磁性处理后的船模磁场时频特性进行分析,建立起截止频率与最大能谱的关系,得到采样间隔与船长间的数学模型,提出适用于磁场的最大采样间隔计算方法,结合磁体模拟法进行磁场深度换算完成对该文方法的验证。

结果表明,该方法对目标形状鲁棒性好,水面舰艇和水下潜艇目标皆适用,在较大采样间隔条件下能完成较高精度的信号重构,当由浅向深进行换算时,换算误差皆小于7%,当换算的基准深度不小于3倍船宽时,能完成由浅向深和由深向浅双向的磁场换算,换算误差均小于10%。

谐波及直流偏磁下变压器叠片式磁屏蔽杂散损耗模拟与验证

作者：张长庚；田亚坤；李永建；利雅婷；杜振斌；程志光；杨庆新

摘要：为研究电力变压器叠片式磁屏蔽在谐波和直流偏磁条件下的杂散损耗,对TEAMP21基准族（V.）进行拓展改进,增加激励线圈匝数,增大导线截面积和磁屏蔽叠片的尺寸。搭建变压器杂散损耗测量平台,提出并实现了谐波及直流偏磁下杂散损耗的测量方法。测量得到取向硅钢片在谐波和直流偏磁下的磁性能数据,完成了复杂激励条件下杂散场和损耗的多工况三维瞬态有限元计算。通过杂散场和损耗的仿真与实验结果的对比,验证了测量方法及仿真计算的有效性。

结合仿真及实验结果,分析了谐波和直流偏磁下杂散损耗的分布及其影响,所得结果及结论有助于变压器磁屏蔽的优化设计和提高电磁设备的可靠性。

基于时频分析和深度学习的表面粗糙度超声模式识别方法

作者：蔡智超；孙翼虎；赵振勇；李毅博

摘要：表面粗糙度直接决定着工件的性能和使用寿命,由于传统的基于光学或三维形貌的表面粗糙度检测方法存在对工件表面清洁状态及操作环境要求较高等问题,因此,该文提出一种基于深度学习的非接触式电磁超声表面粗糙度识别方法。首先通过建立不同表面粗糙度的电磁超声有限元仿真模型,研究了涡流密度和洛仑兹力对激励与接收信号的影响。然后利用所提出的卷积神经网络,对从电磁超声换能器检测得到的A扫描信号的时频系数图进行特征提取,输入至预训练的支持向量机分类器中完成表面粗糙度识别和预测。

为了验证所提方法的有效性,对通过立铣工艺加工的表面粗糙度比较样块进行测试。实验结果表明,所提出的超声识别方法平均精度为98.83%,具有较高的预测精度与稳定性,解决了超声信号信噪比较低而导致信号特征识别困难的问题,同时减少了特征提取过程对于人工干预的依赖。

基于数据预处理和长短期记忆神经网络的锂离子电池寿命预测

作者：黄凯；丁恒；郭永芳；田海建

摘要：锂离子电池剩余使用寿命（RUL）可以评估电池的可靠性,是电池健康管理的重要参数。准确地预测电池的RUL可以有效提高设备的安全性并降低工作风险。该文提出一种自适应数据预处理结合长短期记忆神经网络（LSTM）的RUL预测框架。

选取容量作为健康因子,数据预处理阶段,首先使用自适应双指数模型平滑方法减少容量回升现象产生的负面影响,然后通过自适应白噪声完整集成经验模态分解（CEEMDAN）对数据进行降噪;模型构建阶段,利用预处理后的数据训练得到用于RUL预测的LSTM模型。以NASA和CALCE公开数据集为研究对象进行算法性能测试,实验结果表明,所提方法鲁棒性好,能够提供精确的RUL预测结果。

电力系统

独立微电网风储协同调频的功率柔性分配策略

作者：张靖；张志文；胡斯佳；李勇；林锦杰

摘要：针对独立微电网运行中存在的频率波动与新能源利用率不高的问题,该文提出一种风机和储能装置协同参与调频的新型功率柔性分配策略。首先,分析多种分布式电源在独立微电网中的运行及控制方式;其次,建立独立微电网中风机和储能装置联合参与调频的状态空间模型;然后,以频率偏差最小和能源利用率最高为指标构建滚动时域内的优化目标函数,并根据频率变化实时调整目标函数中风机和储能出力项的权重以优化各自出力。

此外,所提策略能够参考风速和储能装置荷电状态的时变特性,在每个时间断面柔性调整约束条件的边界,提高其安全运行水平;最后,基于Matlab/Simulink仿真平台搭建独立微电网模型,并在多种工况下进行仿真研究,仿真结果表明,所提策略在满足风机与储能安全运行的前提下,能实现独立微电网频率控制的同时优化风机和储能装置的有功出力,降低弃风率,达到能量高效利用的目标,并且具有对模型参数依赖度低的特点,鲁棒性较好。

基于感应滤波的光伏电站谐波谐振抑制方法

作者：李勇；刘珮瑶；胡斯佳；林锦杰；罗隆福

摘要：光伏电站中大量光伏逆变器同时工作于“弱网络”条件下易与电网间产生谐波谐振,威胁电站的供电持续性和运行安全。该文围绕一个真实光伏电站,考虑上级电网阻抗的变化,建立了传统光伏电站的谐波域等效模型,对其谐振问题进行了分析。在此基础上,针对在光伏电站真实出现的谐波谐振,提出一种基于感应滤波的光伏电站谐波谐振抑制方法,详细分析了其谐波域模型和谐振抑制机理。

该方法中感应滤波变压器的滤波绕组采用特殊的零阻抗设计,外接全调谐无源滤波器能获得比较优良的谐波滤除能力,与此同时,因为它还改变了光伏电站整体网络的阻抗频率特性,故能有效消除真实光伏电站联网运行时的谐波谐振。最后,通过系统仿真和大型工程应用的实测数据验证了该方法在光伏电站谐波谐振治理中的优良特性。

电压暂降随机影响下考虑低压脱扣器保护动作机制的电压敏感设备运行状态评估

作者：王雪；唐正聪；刘兴杰

摘要：综合考虑系统侧电压暂降随机性和负荷侧低压脱扣器动作特性对设备的影响,提出一种电压敏感设备运行状态评估方法。基于低压脱扣器和敏感设备的耐受能力,定义了敏感设备的两种运行状态——有效运行状态和安全切断状态。

针对设备耐受能力在模糊区域的不确定性问题,引入基于证据理论的可靠性分析方法。利用离散化方法将离散型和连续型随机变量进行证据结构表征,将变量离散的子区间作为证据体,构造其基本概率分配。将所提方法应用到敏感设备的状态评估中,与拉丁超立方抽样仿真进行比较,验证了方法的有效性,并进一步探究了不同特征电压暂降分布和低压脱扣器延时设置对敏感设备运行状态的影响。研究结果可为低压脱扣器配置和暂降治理提供理论依据。

基于增广动态相量法的变压器励磁涌流频率自适应仿真

作者：龚振；刘承锡；姚良忠；杨波；庄俊；黄晓辉

摘要：电磁暂态仿真中,减小仿真步长可有效抑制非线性变压器仿真过冲失真问题,但大容量变压器的励磁涌流过程往往衰减缓慢,势必会造成仿真效率低,使得仿真时间明显增加。该文建立了一种含有非线性励磁支路的大容量变压器动态相量多尺度电磁暂态模型,并提出一种动态相量磁链预测方法,通过不同仿真步长对磁链和电流进行精准预测和仿真,解决了分段线性化在大步长下出现的过冲失真问题,实现了励磁涌流宽频特征下依旧可以在不牺牲较多谐波的情况下采用大步长仿真的功能。

当励磁涌流刚发生时,磁链动态相量变化较大,利用较小仿真步长对磁链进行预测,从而根据电流-磁链曲线拟合关系求得励磁涌流;当检测到磁链频谱集中在工频附近时,磁链的动态相量形式将保持恒定,采用大仿真步长预测磁链,从而根据电流-磁链关系求得准确的励磁电流,在采用大步长的同时解决了过冲失真问题,增加了仿真的计算效率。最后的仿真结果验证了该文提出的变压器模型及动态相量预测法的正确性和有效性。

电力电子

基于切换调制波的三电平有源中点钳位逆变器优化容错技术研究

作者：卫炜；高瞻；赵牧天；赵鲁；李耀华；葛琼璇

摘要：传统基于空间矢量脉宽调制的容错技术可在不增加硬件设备的情况下实现三电平有源中点钳位（ANPC）逆变器的容错运行,但存在两电平跳变、中点电压不平衡和输出电流畸变的缺陷。为解决以上缺陷,该文首先分析了三电平ANPC逆变器在开路故障时的有效开关状态,然后推导了控制三相只输出负、零电平和正、零电平的调制波;然后在此基础上,依据故障相电流方向切换使用调制波并利用有效开关状态输出三相电平,提出基于切换调制波的优化容错技术（OFTBSM）及其中点电压平衡控制策略;最后,分析OFTBSM的容错性能、中点电压波动和谐波性能。

仿真和实验结果证明,OFTBSM可使三电平ANPC逆变器在单相最多四个器件同时开路时保持平稳运行,并可防止两电平跳变、降低电流谐波、控制中点电压平衡。此外,OFTBSM还具备鲁棒性强、计算简单、实现方便的优点。

一种改进的可消除Vienna整流器电流过零畸变的控制方法

作者：王金平；刘圣宇；张庆岩；姜卫东

摘要：该文首先介绍了Vienna整流器的基本原理,并在此基础上分析Vienna整流器的电流过零畸变问题。该文重点从空间矢量图的角度,分析在网侧单位功率因数运行条件下,Vienna整流器输入电流产生过零畸变的本质。此外,对比分析在整流器侧单位功率因数运行条件下的控制方法。

在此基础上,推导出一种改进的可以消除Vienna整流器电流过零畸变且最大程度提高电网侧功率因数的方法。最后,对Vienna整流器网侧单位功率因数运行的控制方法、整流器侧单位功率因数运行的控制方法以及所提的改进控制方法进行实验对比。相应的实验结果验证了该文所提控制方法的可行性和优越性。

全浸式蒸发冷却IGBT电热耦合模型研究

作者：张玉斌；温英科；阮琳

摘要：电力电子器件的小型高集成度发展趋势对散热技术提出挑战。相较于间接液冷,采用全浸式蒸发冷却技术的绝缘栅双极型晶体管（IGBT）,具有器件温升低、温度分布均匀的优点,因此其应用于IGBT冷却具有可行性和优越性。该文提出全浸式蒸发冷却IGBT电热耦合模型的建模方法。

首先,基于参数拟合法,建立了IGBT模块的电模型,计算功率损耗;其次,根据等效导热系数,建立了全浸式蒸发冷却条件下IGBT的热模型,并在线性时不变系统的假设下得到了全浸式蒸发冷却IGBT的降阶模型;然后,建立了全浸式蒸发冷却IGBT电热耦合模型;最后,通过仿真和实验对建立的模型逐一进行验证,结果表明,所提出的模型能够准确表征IGBT的电、热及其耦合特性,并且具有模型参数提取简单、仿真速度快的优点。

高电压与放电

微米尺度气体击穿的数值模拟研究进展

作者：孟国栋；折俊艺；应琪；高新宇；成永红

摘要：随着电力装备、电子器件和新概念武器等的设计和应用向着小型化和集成化的方向发展,高场强下微纳结构的绝缘问题日益突出。针对微纳尺度范围的电气击穿机理和绝缘性能,近二十年来国内外相关学者开展了大量的理论、实验和数值模拟工作,并取得了重要的成果。与宏观尺度击穿和放电过程的仿真不同,当击穿距离在微米尺度时,其电子平均自由程与击穿距离可比,此时需要考虑场致电子发射过程;同时,由于击穿距离小,在数值模拟时要求网格划分更为精细,这大大增加了计算工作量。

因此,该文综述了近年来微米尺度气体击穿的理论研究和数值模拟的研究进展,重点对微米尺度电气击穿的数值计算方法、仿真模型建立、击穿过程以及影响因素等方面进行分析和总结,提出当前面临的主要问题和挑战,并展望了未来需要

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