《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。

激光诱导击穿光谱技术的水中痕量金属元素检测分析

作者：许博坪,刘颖华,刘在浩,尹培琪,汤洁

摘要：重金属离子引起的水污染已经成为世界上一个严重的环境问题。激光诱导击穿光谱（LIBS）是一种基于原子发射光谱学的新型分析技术,可用于分析任何形态（固体、液体、气体等）的样品,因此被广泛应用于环境污染检测、食品安全、化工生产等领域。然而,在针对液体样品检测时,等离子体快速淬灭、液面不稳定对光学系统的污染以及等离子体有限的激光能量吸收,都制约着LIBS技术的进一步发展。为此,提出了一种用于检测水中痕量元素的放电辅助LIBS技术（D-LIBS）,并与传统单脉冲LIBS技术（C-LIBS）进行比较。

使用中速滤纸对BaCl2和NaCl2混合溶液进行快速采样。利用纳秒激光在滤纸上产生含有待测元素的等离子体并利用放电辅助装置实现等离子体光谱增强。对比C-LIBS和D-LIBS时间积分光谱,发现采用额外的放电辅助装置可以有效增强LIBS光谱信号,BaII.40nm和Na.99nm谱线分别增强了30倍和6倍。由于额外的电能的注入,等离子体被再次加热和激发,因此光谱强度得到增强。C-LIBS和D-LIBS光谱强度均和激光能量正相关,但光谱增强因子在小激光能量条件下较高,随着激光能量的增加,BaⅡ谱线增强因子从30倍（20mJ）降低至2倍（50mJ）。这是由于激光能量越低,所烧蚀的样品量越小,因此等离子体受到额外的放电激励后,增强效果越明显。

与C-LIBS中的光谱信噪比（SNR）相比,D-LIBS使SNR增强超过1个数量级,当激光能量为20mJ时,BaⅡ谱线和NaI谱线SNR增强倍数分别为56倍和16倍。此外,对比了不同激光能量条件下C-LIBS及D-LIBS技术对液体中痕量金属元素的检测能力。C-LIBS中Ba元素检出限随激光能量增大而降低,在50mJ时达到0.mg/L。另外,当激光能量为20mJ时,由于额外的放电辅助装置,Ba元素检出限从12.5mg/L降低至0.26mg/L,D-LIBS的检测灵敏度比C-LIBS提高了48倍。

基于集成树和MoE的馈线统计线损率双层估计模型

作者：王守相,张丙杰,赵倩宇,郭陆阳,张晟

摘要：统计线损率是衡量电力系统经济运行的重要指标。然而,用户用电数据采集异常、数据传输中断等因素会导致统计线损率异常或缺失,这严重阻碍了智能配电网的线损精益化管理与经济高效运行。针对馈线统计线损率合理值的估计问题,本文提出了一种基于集成树和混合专家系统（MixtureofExperts,MoE）的馈线统计线损率双层估计模型。

首先,使用最大信息系数以更有效地分析统计线损率与其相关特征间的非线性关系,并采用鲁棒性强的K-Medoids聚类算法对馈线进行精细划分。然后,使用Stacking集成学习框架,基于基估计和元估计双层模型对馈线统计线损率进行两阶段估计,选用决策树和各类集成树模型作为基估计模型对统计线损率进行初步估计,将各基估计模型输出结果输入到元估计模型MoE中进行最终估计,使用方均根误差（RMSE）和平均绝对误差（MAE）来衡量模型所估计统计线损率的合理性。通过算例分析表明,与其他模型相比,本文所提馈线统计线损率双层估计模型具有更低的RMSE和MAE,对馈线统计线损率的估计效果更好。

基于模型预测控制的直流微电网虚拟惯性优化方法

作者：赵书强,王慧,田娜,孟建辉,王琛,田艳军

摘要：为了提高直流电压的稳定性、动态特性以及安全性,提出一种基于预测模型的直流微电网虚拟惯性滚动优化方法。

首先,建立含虚拟惯性控制单元的直流微电网线性离散模型,用以预测系统输出量的未来趋势。其次,设计模型预测控制器：以直流电压跟踪误差、虚拟惯性系数两者的加权平方和最小为目标,希望直流电压维持稳定并且惯性响应的强度不要太大;以直流电压及其变化率限制为约束,防止因动态电压超过安全阈值而导致切机、切负荷甚至系统崩溃问题;在每个采样时刻,求解各控制单元的虚拟惯性系数并将其输出,从而实现虚拟惯性的优化控制。同时,通过控制性能分析,给出控制器主要参数的选取原则。最后,通过负荷突变、风速随机波动等典型工况下的硬件在环测试,验证了所提方法的可行性和有效性。

五种吸附剂与C4F7N气体及CF3SO2F气体的相容性试验研究

作者：吕浥尘,郑宇,朱太云,周文俊,李涵

摘要：全氟异丁腈（C4F7N）和三氟甲基磺酰氟（CF3SO2F）是两种有潜力的SF6替代气体,有必要研究其与设备中常见吸附剂的相容性,目前鲜见吸附剂与CF3SO2F气体的相容性研究。

本文通过试验研究了五种常用的吸附剂（3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛以及活性氧化铝）与C4F7N气体、CF3SO2F气体的相容性,采用C4F7N/CO2、CF3SO2F/N2混合气体进行试验,检测试验前后混合气体的比例及成分,发现活性氧化铝会使得C4F7N气体比例下降,但不会使得CF3SO2F气体比例下降;其他几种吸附剂均不会使得两种气体比例下降。分析表明C4F7N气体分子的CN基团会与活性氧化铝发生弱相互作用,从而导致其被活性氧化铝吸附,因此活性氧化铝不适合作为C4F7N气体设备中的吸附剂,本文涉及的五种吸附剂均与CF3SO2F气体相容。

三相隔离型AC-DC-DC电源自适应线性自抗扰控制方法及纹波抑制补偿策略

作者：孟建辉,吴小龙,张自力,叶泰然,于竞森,顾立康

摘要：三相隔离型AC-DC-DC电源因其具有功率密度大、电气隔离等优点,在工业上应用广泛。但在一些负荷频繁投切的特殊应用场景下,如电泳、电镀等,基于传统PI控制的电源存在输出电压响应速度慢及纹波大的问题。为了提升电源的输出电压响应速度,本文在分析线性自抗扰控制中关键带宽参数与输出量之间关系的基础上,提出了一种控制器带宽参数自适应调节的线性自抗扰控制（A-LADRC）方法以实现输出电压在负荷突变下的快速调节。

而针对系统前级不控整流环节中电压六脉动分量对后级系统带来的输出电压纹波增大问题,设计了一种根据系统输出电压反馈值,自适应调整变换器占空比补偿量的控制策略,以实现减小电压纹波的目的。最后通过一台V/50A的实验样机对所提方法进行了验证,结果表明所提方法能够有效提升系统输出电压响应速度及减小电压纹波,具有较好的实际工程应用价值。

基于氢能设备多状态模型的电氢区域综合能源系统可靠性评估

作者：任洲洋,王皓,李文沅,姜云鹏

摘要：针对现有电氢区域综合能源系统（EH-RIESs）可靠性评估方法未充分考虑氢能设备故障机理及其多状态运行特性、缺乏供氢可靠性水平量化评估指标及方法等问题,本文提出了基于氢能设备多状态模型的EH-RIESs可靠性评估方法。

首先,剖析了氢能设备运行特性与故障机理,建立了考虑降额运行状态的碱性电解槽多状态可靠性评估模型、计及热电联产模式的燃料电池多状态可靠性评估模型以及加氢机组的多状态可靠性评估模型,为准确模拟EH-RIESs运行状态奠定坚实基础。其次,以弃风光成本和异质能源负荷削减成本之和最小为目标,建立了考虑电氢异质能量系统耦合的最优负荷削减模型。然后,从供氢可靠性水平、设备对氢负荷缺供能量的贡献程度以及系统经济损失等方面,构建了供氢可靠性评估指标体系。

最后,结合氢能设备多状态模型和马尔科夫链蒙特卡洛法,建立了EH-RIESs可靠性评估方法,实现了对EH-RIESs内氢能等异质能源供给可靠性水平的准确量化。采用两个不同规模的EH-RIESs进行仿真分析,验证了本文所提模型及评估方法的有效性和适应性。

独立励磁直流发电系统的广义预测电压控制策略

作者：夏宇航,王宇,陈凯,张成糕

摘要：车载/机载电源系统对直流发电机的电压动态特性提出了要求。提出一种基于负载励磁映射关系的广义预测电压控制方法,替代传统的电压环PI调节器,以提高系统在负载扰动下的电压回复动态性能。采用增量式预测输出结合负载电流反馈的控制结构,经过负载励磁拟合函数得到励磁电流指令值。构建控制系统离散域下的传递函数,进行稳定性与系统抗负载扰动能力分析,考察控制参数与系统参数对控制性能的影响。实验证明,所提控制方案在系统负载突加和突卸情况下能够有效地抑制低电压与过电压,使系统平滑地过渡到稳态,拥有较快的动态响应速度。

一种提高虚拟同步机电流质量的电压-电流级联闭环控制方案

作者：徐菘,杨博,刘浩,陆帅

摘要：当虚拟同步机（VSG）接入畸变电网时,其输出电流质量恶化。现有基于PCC点电压采样的各种谐波治理方案受限于线路阻抗的大小而抑制效果不佳。为此,该文提出一种电压-电流级联闭环控制策略实现了VSG基波电压和线路谐波电流的协调闭环控制。在基波频率下,VSG跟随功率控制回路的基波电压指令实现功率传输;在谐波频率下,通过单个一阶复矢量滤波器对谐波电流总和进行整体提取,并闭环输出谐波电压补偿的参考量,从而在物理实质上等效于增强了谐波电压补偿量的参考信号,大幅提升了VSG输出电流谐波的抑制效果。

相比于现有方案,本方法克服了由于线路阻抗过低而抑制效果不佳的问题,能在不增加额外电感器件的条件下提高VSG在畸变电网下的输出电流质量。最后,该文搭建15kW的样机进行实验,并与现有的三类方法进行对比实验,较为全面地验证了本文方法的有效性及谐波抑制效果的提升。

碳减排驱动下的数据中心与配电网交互式集成规划研究

作者：张玉莹,曾博,周吟雨,徐豪,刘文霞

摘要：伴随数字经济下互联网数据中心（DC）数量的迅速增长,科学规划DC并网和利用其需求响应能力对于服务未来电力系统安全经济、低碳高效运行至关重要。为此,本文以碳中和背景下DC与配电网高效融合为出发点,提出一种面向二者协同推动碳减排的交互式集成规划框架。

首先,通过深入分析不同类型数据负载特性,并综合考虑设备参数、环境温度等对DC运行域的制约,建立了计及热耗散约束的DC需求响应模型。其次,针对数据/电力负荷需求、可再生能源出力等不确定性对系统规划目标实现的影响,引入条件风险价值（CVaR）理论定义了含DC配电网碳减排损失风险的概念。然后,基于二阶段随机优化方法,以系统投资运行成本、碳排放税费及总CVaR损失（即碳减排与经济风险）之和最小化为目标,构建了面向碳减排的DC与配电网交互式集成规划模型。最后,以修改的IEEE-33节点系统为例进行仿真分析,相关结果验证了本文所提方法的有效性。

新型强迫风冷散热结构在高功率密度外转子SPMSM上应用分析

作者：于占洋,胡旭阳,李岩,井永腾,王瑾

摘要：全电动飞机用高功率密度外转子永磁同步电机的损耗主要集中在定子铁心和绕组上,导致传统的强迫风冷方式难以将热量通过机壳、端盖传递到外界。为此,本文提出了一种基于热管技术的高性能冷却系统,该冷却系统充分利用了热管高导热性能,将热管一端插入定子铁心轭部,另一端连接有相应的冷却结构进行散热,并综合对比分析了三种不同散热器结构的散热能力。

在此基础上,搭建实验测试平台,对所提出冷却系统的散热能力和平均散热系数进行了实验测试。其次,为了提高电机功率密度,采用单齿铁心绕线工艺,降低绕组铜耗和重量,并对单齿绕线方式下直流铜耗进行解析建模。最后,设计、制作一台22极24槽全电飞机用外转子SPMSM,测试样机在不同飞行工况下的温升分布情况,验证了所提出冷却系统的有效性。

基于模型融合的电子元器件个体剩余寿命预测方法

作者：赵昌东,项石虎,王尧

摘要：电子元器件通常为整个系统中较易发生故障的薄弱环节,并且往往承担着较为关键的任务,一旦未及时更换引发故障,可能会导致整个系统的失效。因此对系统中电子元器件的剩余寿命进行精准预测至关重要。由于失效机理复杂、先验信息不充分、监测数据不足等原因,电子元器件的退化模型存在不确定性问题,会对剩余寿命的预测结果产生较大的影响。

针对模型不确定性问题,现有研究未考虑模型的预测能力,且需要大量的先验信息或退化数据。为解决上述问题,本文提出了一种基于模型融合的电子元器件剩余寿命预测方法。具体而言,本文提出了一种综合考虑了模型的拟合能力、复杂度与预测精度的新模型优劣性指标,并依据新指标构造了各备选模型为真实模型的概率,进而利用全概率公式对所有备选模型进行融合,最后通过融合模型求解出电子元器件个体的剩余寿命。经实际案例分析,验证了本文所提出方法的有效性和精确性。

带有LC正弦波滤波器的内置式永磁同步电机电流控制器谐振抑制参数设计

作者：吴翔,李超,刘志恒,韩耀飞,何凤

摘要：带有LC正弦波滤波器的内置式永磁同步电机系统形成了一个LCL电路,矢量控制系统的稳定性会受到LCL电路固有谐振现象的影响。通过在电流控制器中引入有源阻尼可从理论上实现谐振抑制,为了获得满意的谐振抑制效果,必须对电流控制器的参数进行合理设计。

本文研究了带有LC正弦波滤波器的内置式永磁同步电机电流控制器谐振抑制参数设计方法,分析了带有电容电流反馈有源阻尼（CCFAD）的电流控制器的频率特性,通过频率域稳定判据分析了电流比例积分调节器、有源阻尼系数、LC正弦波滤波器参数与电机参数对系统谐振现象的影响机理,给出了电流控制器谐振抑制参数设计方法。通过实验结果验证了本文提出方法的有效性。

地下交叉互联高压电缆分布式护层电流传感系统的时滞控制方法

作者：周莎莎、王航、杨斌、夏湛然、周承科

摘要：交叉互联高压电缆系统中的分布式护层电流检测对于护层接地故障诊断至关重要。为解决地下高压电缆不依赖外部时标的分布式护层电流传感时间同步问题,该文基于交叉互联高压电缆护层间的耦合关系,采用并联Smith预估补偿器提升时滞补偿效率,获取残差最小的时间偏置补偿时滞量,提出多护层电流传感器时滞误差的递归最小二乘跟踪方法,以电容电流短时不变为稳定判据,对实际测量时分布式护层电流传感器之间的时延进行估计和控制。

该方法在kV高铁牵引变一次侧高压电缆分布式护层电流传感系统上进行了试验验证,试验表明本方法收敛至最小残差值点,平均残差为0.30A,准确时滞量为3.93s,能实现分布式护层电流传感的时间同步。

基于MMAF的混合储能系统功率分配方法及定容研究

作者：田博文,张志禹,杨梦飞

摘要：为了解决混合储能系统（HybridEnergyStorageSystem,HESS）功率分配时因模态混叠导致功率分配不精确、储能系统成本过高的问题,提出一种多次滑动均值滤波（MultipleMovingAverageFiltering,MMAF）的功率分配方法用于削弱模态混叠现象,降低混合储能成本。

首先,获取了满足平抑要求的混合储能最小总功率指令,采用MMAF算法对其进行滤波,获得蓄电池与超级电容各自的功率指令。引入Pearson相关系数量化模态混叠现象,作为判断滤波次数和每次滤波滑窗大小的指标。将蓄电池和超级电容各自的功率指令作为储能定容的可行域,考虑电池荷电状态（StateofCharge,SOC）约束求取储能适配的最小额定功率和额定容量。其次,基于等效运行时间建立了蓄电池全寿命周期量化模型,为经济性分析提供依据。最后,以改进的混合储能全寿命周期成本模型（LifeCycleCost,LCC）验证了本文方法可以有效限制模态混叠,降低混合储能系统成本。

基于优化长短期记忆神经网络的IGBT寿命预测模型

作者：任宏宇,余瑶怡,杜雄,刘俊良,周君洁

摘要：为了防止绝缘栅双极性晶体管（IGBT）突发性失效影响电力电子设备安全可靠运行,急需对IGBT剩余寿命作出精确预测,这对现有预测模型在高准确性和低不确定性方面提出了挑战。该文提出一种优化模型,该模型通过利用逐次变分模态分解（SVMD）技术来提取退化特征,并采用贝叶斯方法优化长短期记忆（LSTM）神经网络的超参数以提高预测性能。

首先,该模型通过SVMD技术将退化特征数据分解为多个模态后将有用模态重构从而提取和增强退化特征。其次,本文利用贝叶斯优化方法通过高斯过程（GP）代理模型和期望改进（EI）采集函数对LSTM预测模型超参数实现全局寻优。最后,基于SVMD特征提取技术和贝叶斯优化LSTM网络的预测模型通过实际IGBT退化特征数据证明了模型的有效性和优越性。结果表明：该文模型与传统优化模型相比,提高了13%的寿命预测准确性,并减少了34%的预测不确定性。

直流微电网集成式高品质协同控制策略

作者：张昊,李昱,尹亚飞,李真,张祯滨

摘要：基于一致性算法的直流微电网协同控制仅需相邻分布式电源的关键运行信息,即可实现全局电压调节和功率按容分配,是微电网控制的有效手段。然而,现有方案消耗大量通信资源且控制环节设计繁杂,限制了其应用。针对上述问题,提出了一种集成式协同控制策略,将电压调节器和电流调节器集成为一体,降低了系统的通信依赖,简单有效地实现了控制目标。

在此基础上,采用了改进一致性算法,使得系统对测量噪声以及初始化条件具有强鲁棒性。考虑到高开环增益下系统不稳定与低开环增益下控制性能欠佳这一矛盾,进一步提出一种双曲正切-比例非线性控制器,扩大了参数选择范围,提升了系统控制品质。此外,建立了直流微电网状态空间的全局模型,证明了系统的输入-状态稳定性,并阐明了控制器参数对系统稳定性的影响。最后,通过硬件在环（Hardware-in-loop,HiL）实验,对所提方法进行了多工况测试。结果表明,所提方法可在保证系统“即插即用”能力的前提下,实现高品质的电压调节和功率分配。

表贴式PMSM预测转矩控制的无权重代价函数设计方法研究

作者：苗轶如,宋鹏云,吕铭晟,刘晓,黄守道

摘要：永磁同步电机(PMSM)模型预测转矩控制的代价函数中转矩与磁链具有不同的量纲,需要合理整定各自的权重系数,实现控制性能的优化。为此,本文在构建PMSM离散数学模型的基础上,首先将转矩误差与磁链误差表达式映射至两相静止坐标系下,分别等价为电压矢量终点到直线和到圆的距离表达式,两者因具有相同的量纲,可直接叠加构成本文所提代价函数,省去了权重系数的选取流程。然后将备选电压矢量依次代入代价函数,选取使代价函数最小的最优电压矢量作为下一控制周期的电压输入。最后,建立仿真模型与实验平台,对本文所提无权重代价函数设计方法与其他PMSM预测转矩控制方法的稳态与动态性能进行比较,结果表明,所提方法具有良好的控制性能。

高压大功率弹性压接型IGBT器件封装绝缘结构中的电场瞬态特性研究

作者：刘思佳,文腾,李学宝,王亮,崔翔

摘要：压接型绝缘栅双极型晶体管（IGBT）器件是支撑柔性直流装备研制的核心器件,弹性压接型IGBT器件能更好地实现器件中各并联芯片的压力均衡,在电网应用场景中前景广阔。然而,对于高压器件来说,器件内部的绝缘问题是器件研制过程中面临的主要挑战之一,因此,有必要在实际工况下分析器件绝缘结构中的瞬态电场分布,以指导绝缘设计。

本文针对弹性压接型IGBT器件内部的复合绝缘结构,采用时域边界电场约束方程法,分别计算了单次关断工况和重复性导通关断工况下弹性压接型IGBT器件子模组封装绝缘结构中的瞬态电场分布,结果表明两种工况下,封装绝缘结构中最大电场强度均出现在芯片/聚酰亚胺（PI）钝化层界面上,且由于介质分界面两侧的绝缘材料介电常数和电导率参数不匹配,分界面上将会积累电荷。界面电荷密度随着时间逐渐增大,且界面电荷会影响电场分布,使得子模组中最大场强的模值和位置随时间发生变化。同时,单次关断工况下,最大电场的模值会更大。

此外,本文提出通过改变器件中使用的绝缘材料,提高界面处的材料参数匹配程度,可以实现对子模组内的电场分布的改善,结果表明本文所提方法能显著降低器件内部最大电场强度的模值。本文的研究为弹性压接型IGBT器件的封装绝缘结构设计和优化提供了参考。

考虑磁致伸缩逆效应的非晶合金开关磁阻电机减振方法研究

作者：骆贲彤,王进,陈龙,井立兵,闫荣格

摘要：非晶合金用于电机铁心可极大提高电机效率,然而,其较大的磁致伸缩系数和极强的应力敏感性（即磁致伸缩逆效应）增大铁心振动噪声的同时,限制电信号对铁心磁性能的精确控制能力。本文提出采用磁致伸缩逆效应对铁心磁化状态进行调制,以抑制非晶合金开关磁阻电机电磁振动的减振思路。

首先,基于宏观热力学理论,建立考虑磁致伸缩及其逆效应的非晶合金材料力-磁耦合本构关系;其次,提出非晶合金开关磁阻电机的定子齿加压结构,并考虑静态预应力、脉动电磁应力对非晶合金磁特性的影响,构建开关磁阻电机力-磁双向动态耦合模型并求解;最后,计算应力作用前后定子铁心的磁密分布,通过实验与仿真对比发现定子齿加压结构的径向电磁应力可减小44.5.%,因此该减振方法具有可行性。

基于电流激励的储能电池电化学阻抗谱快速检测方法

作者：吴建鑫,杨丽君,肖滟琳,夏源

摘要：电化学阻抗谱（EIS）被广泛用于储能电池性能参量的检测与健康状态评估中。目前EIS检测需要依赖于电化学工作站,通过分析扫频激励信号及其响应信号的幅值相位关系获得,检测时间成本较高,且测试回路的阻抗特性限制了其现场的应用。

该文提出了一种以多频叠加电流信号作为激励,通过测量电池响应电压信号重构EIS的快速检测方法,设计了一种适用于储能电池的快速EIS检测系统。采用该系统和电化学工作站分别对锂离子电池的EIS进行检测并对比,结果表明本文研究的测试系统不但测试误差小且具有良好的重复性,大幅提高了检测效率。

获得0.02Hz~1kHz频率内电池EIS的检测时间仅为s,相较于电化学工作站测量时间缩短90%。相比于电压激励方法,本文提出的测试系统具有较大的输入阻抗,有利于实现电池EIS的原位检测,加之硬件结构简单、检测效率高等优点,具有较好的现场应用前景。