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抢鲜看|《电工技术学报》2022年第5期目次及摘要

原标题:抢鲜看|《电工技术学报》2022年第5期目次及摘要

抢鲜看|《电工技术学报》2022年第5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

电场耦合式无线电能传输技术的发展现状

作者:于宙;肖文勋;张波;丘东元

摘要:电场耦合式无线电能传输(ECPT)是一种通过金属极板之间的耦合电容实现能量无线传输的技术,以其良好的传能特性、不产生涡流、成本低、损耗低等优点获得了广泛的关注,成为当下无线电能传输研究的一个热点。

该文首先介绍ECPT技术的发展历程和基本原理然后对近年来国内外ECPT技术的研究成果进行分析和系统综述,具体论述ECPT的耦合机构、电路结构、系统控制、电磁安全、电场与磁场混合耦合等方面的各种技术的特性、改进过程、适用场合和存在的问题,并总结了适用于不同应用场景的ECPT技术最后对未来的研究方向进行展望。

考虑地下各向异性介质的磁暴感应地电场研究

作者:王泽忠;司远;刘连光

摘要:地质勘测资料表明,地下存在电性各向异性介质,因此在研究地磁扰动(GMD)地电场时需要考虑各向异性介质的影响。建立包含各向异性介质的大地电导率模型,研究电性结构不均匀及各向异性介质对地电场分布的影响。

结合新疆地区部分数据构建各向异性大地电导率模型计算GMD地电场。通过各向同性大地电导率模型对比,发现各向异性区域内主轴电导率的变化将会对该区域内相应方向上的地电场及周边的地电场产生影响,其变化规律与各向异性区域周边存在的高导或高阻体相关。

结合电网结构参数得到地磁感应电流(GIC),证明虽然地下各项异性介质对地表感应地电场的大小影响较小,但由于计算GIC时通过地电场沿输电线路积分得到等效电压源,存在误差的累积,将使GIC的计算误差增大。

自动导引车感应充电系统目标三维空间漏磁屏蔽

作者:潘帅帅;麦瑞坤;徐叶飞;谢兆杰;王竹林

摘要:自动导引车(AGV)感应充电系统的漏磁危害生物体健康,干扰电磁敏感设备正常工作。为解决漏磁问题,提出一种降低目标三维空间磁感应强度最大值的无源屏蔽线圈等效电抗优化方法。该方法将目标三维空间均匀划分为若干目标点,遍历屏蔽线圈等效电抗,使得目标点的磁感应强度最大值最低,即可得到屏蔽线圈最优等效电抗。

首先,推导得到含屏蔽线圈等效电抗的各线圈电流表达式,并分析各线圈电流对系统中任意一点磁感应强度的影响,进而得到屏蔽线圈等效电抗与该点磁屏蔽效果的关系然后,将磁屏蔽目标由单一的点扩展到目标三维空间,采用所提优化方法确定屏蔽线圈最优等效电抗最后,实验结果表明,当屏蔽线圈取最优等效电抗时,目标三维空间磁感应强度满足安全标准,此时目标三维空间磁感应强度最大值较无屏蔽线圈下降53.40%,平均值下降58.15%,系统效率仅降低0.31%。

基于暂态电流差极值的电力变压器剩磁测量方法

作者:任于展;武仕朴;汪友华;刘成成;火彩玲

摘要:电力变压器在空载合闸过程中产生的励磁涌流会对电网及设备产生诸多不利影响。为有效削弱铁心中的剩磁以降低励磁涌流出现的概率,准确测量铁心内剩磁的大小及方向十分必要。基于磁性材料的电磁暂态特性,该文提出一种外施直流电压的剩磁测量方法,剩磁导致绕组中施加正、反向电压下的暂态电流波形不同,结合场路分析,建立了剩磁与暂态电流差极值之间的关系。

为提高剩磁测量的准确性,对待测方形铁心进行建模和分析,优选了一组合适的测试电路参数,并依据有限元计算结果拟合得到铁心中剩磁与暂态电流差极值关系的经验公式,为变压器铁心剩磁的定量检测奠定基础。最后搭建测量平台,对待测铁心进行实验研究,测量结果验证了所提方法的可行性和准确性。

电工材料

冷烧结技术的研究进展及其在电工领域的潜在应用

作者:康晟淋;赵学童;张洁心;郭靖;杨丽君

摘要:采用传统烧结方法实现陶瓷材料致密化,通常需要1 000℃以上的高温,导致陶瓷材料在物相稳定性、晶界控制及复合烧结等方面受到极大的挑战。最近提出的冷烧结技术可将烧结温度降低至300℃以下,在短时间内,利用过渡液相和单轴压力,通过陶瓷粉体的溶解-再沉淀过程实现陶瓷的致密化。低温、快速烧结等特点使冷烧结技术在陶瓷烧结领域具有诸多优势。

该文从冷烧结机理及其在电工领域的潜在应用两个方面对冷烧结技术的研究进展进行了综述,主要介绍了冷烧结陶瓷的致密化过程和制备工艺,并着重分析了过渡液相的分类及其对冷烧结过程的辅助作用。阐述了冷烧结技术在新型电工材料如陶瓷-聚合物基功能材料(压敏、热电、储能电解质)、陶瓷-二维材料(热电)、高电位梯度ZnO压敏陶瓷以及陶瓷-金属多层陶瓷(储能电容器)共烧中的应用,并进一步分析了冷烧结和其他烧结技术结合的可行性。冷烧结技术的提出为陶瓷低温烧结的机理研究、新型陶瓷和陶瓷基复合材料的开发及其在电工领域的应用提供了新的思路和参考。

环境友好热固性电工绝缘材料与制备技术

作者:刘文杰;陈杰;江平开;黄兴溢

摘要:热固性聚合物兼具优异的电气性能、热稳定性和力学性能,被广泛用于电力设备的绝缘保护,是先进电力系统的重要组成部分。传统热固性电工绝缘材料在生产制造、设备运维和回收处理等环节存在工艺复杂、环境不友好等突出问题。近年来,随着绿色电网和可持续发展的推进,环境友好的热固性电工绝缘材料愈加受到重视。绿色合成和面向循环可回收的分子设计是发展环境友好热固性电工绝缘材料的主要技术。

该文综述了近年来环境友好热固性电工绝缘材料的研究进展,重点介绍了生物基热固性电工绝缘材料、热固性电工绝缘材料的绿色制备技术和基于弱共价结构的热固性电工绝缘材料等。最后,对环境友好热固性电工绝缘材料的发展前景进行了展望。

环氧树脂绝缘电树枝的劣化研究进展

作者:杜伯学;张莹;孔晓晓;李进

摘要:环氧树脂因具有优良的耐热性、机械强度、电气绝缘性能和良好的可加工性而广泛应用于电工装备绝缘的浇注、浸渍和封装等领域。该文根据国内外参考文献综合论述了由环氧树脂绝缘电树枝劣化引起的绝缘击穿现象。基于环氧树脂空间电荷集聚与迁移、局域电场形成、紫外辐射和机械应力断链理论,阐述了环氧树脂电树枝引发机理和劣化过程。结合电气设备运行工况,介绍了叠加电场、温度梯度场、机械应力场和潮湿环境等因素对环氧树脂电树枝劣化的影响规律,总结了多物理场作用下电树枝生长形貌特征与电荷输运行为的关联关系。

从提高环氧树脂绝缘性能保障电气设备安全可靠运行角度,基于环氧绝缘工艺调控、无机掺杂、自修复材料等方面介绍了电树枝的抑制方法,基于分子构型、微观结构、宏观现象总结了电树枝的抑制机理。根据环氧树脂电树枝生长和抑制方法的研究现状,在电树枝实验探究、抑制方法等方面提出了相关建议。

电机及其系统

基于Elmer开源有限元平台的铁氧体辅助同步磁阻电机的建模和分析

作者:狄冲;鲍晓华;潘晋;王春雨

摘要:该文以一台物联网车用铁氧体辅助同步磁阻电机(FMaSynRM)为研究对象,以Elmer开源有限元平台为核心,联合运用其他开源软件建立FMaSynRM二维磁场和电路耦合的瞬态有限元模型,重点阐述了其几何建模、网格划分、磁路耦合以及后处理可视化等环节的执行逻辑。

在考虑逆变器输出容量限制和主要工作点不同控制逻辑下,对FMaSynRM的铁耗、铜耗、功率因数等主要性能指标进行分析计算,并将计算结果和场图分布与商用有限元分析结果进行对比。最后对样机进行加工和测试,获得其在较宽调速范围内的输出功率图和效率图,并检验其主要性能指标,验证了Elmer在电机电磁场有限元建模计算领域的可靠性和准确性,为其他类型的电机和电磁装置的开源有限元建模提供参考和借鉴。

稀土和铁氧体混用永磁辅助同步磁阻电机(英)

作者:林迎前;孙毅;王云冲;沈建新

摘要:永磁辅助同步磁阻电机在宽转速范围内的高效率优点,使其成为高性能调速驱动应用的重要方案。虽然永磁体仅用于辅助目的,但其特性仍然对电机产生重要影响。例如,稀土永磁体辅助的同步磁阻电机面临着成本高、供应链波动大的问题,而铁氧体辅助的同步磁阻电机面临永磁体磁性能较差、易退磁等问题。本文在综合考虑稀土和铁氧体特性差异的基础上,提出了一种新型混合永磁辅助同步磁阻电机。通过在靠近转子外围的磁障中放置少量稀土永磁体,可显著提高电机的抗退磁能力。

分析结果表明,稀土与铁氧体的体积比例在略高于5%时,即可在抗退磁能力、单位转矩的成本等因素之间取得很好的平衡。本文设计了一台稀土体积占比为5.5%的混用永磁辅助同步磁阻电机样机,并与两台已有的常规电机(分别是铁氧体辅助和稀土辅助)进行了对比研究。有限元分析和实验结果表明:在三台电机电磁性能基本相同的前提下,混用永磁辅助电机的抗退磁能力显著高于铁氧体辅助电机,而成本明显低于稀土辅助电机。

考虑逆变器谐波影响的轨道交通用直线感应电机多层次多目标优化方法

作者:徐伟;肖新宇;董定昊;唐一融;上官用道 等

摘要:由于轨道交通用直线感应电机固有的大气隙、端部效应和逆变器谐波等影响,该类电机难以获得较高的效率和功率因数。为克服相关问题,该文提出一种考虑逆变器谐波影响的多层次多目标优化方法。

首先,基于传统的基波等效电路,建立考虑逆变器影响的直线感应电机谐波解析模型,进而得到优化目标函数的解析表达式随后,通过对电机参数敏感性进行分析,明确了七个主要的参数,并将其作为后续的优化变量然后,为减少优化时间和提高优化效果,该文对皮尔逊系数和方差进行了深入研究,找出了影响电机性能的主要和次要变量,从而将单层优化转化为多层优化最后,大量仿真和实验结果表明,基于该文优化方法得到的直线感应电机可以提升效率和功率因数约5.0%和12.7%。

基于开关时刻修正的多模式调制切换策略

作者:苑国锋;沈阳

摘要:电力牵引传动系统通常采用多模式调制策略。为了解决调制模式之间切换产生的电流和转矩冲击问题,该文对调制模式切换引起的定子磁链偏差进行研究,提出一种通用多模式调制切换策略。该策略通过分析改变开关时刻对两相静止坐标系下定子磁链的影响,计算出各相开关时刻的补偿幅度对定子磁链偏差进行补偿,从而实现多模式调制的平滑切换。该策略直接对定子磁链偏差进行补偿,不受具体调制方式和电机参数约束,可实现任意时刻无冲击切换。仿真和实验验证了定子磁链偏差补偿策略的通用性和有效性。

电力系统与综合能源

基于双层代理模型的概率-区间潮流计算及灵敏度分析

作者:王晨旭;唐飞;刘涤尘;高鑫;周依希

摘要:随着电力系统中不确定量日益复杂,同时存在的随机与区间变量使得采用概率或区间潮流计算难以准确获取系统的运行状态。为此,提出一种基于双层代理模型的概率-区间潮流计算方法。该方法仅需较少次数的确定性潮流计算便可实现上、下层代理模型的构建,进而通过代理模型求解概率-区间潮流常规求解方法中所需要的大量确定性潮流计算,可实现输出变量的快速获取。此外,该文还提出了用于描述输出变量特征的灵敏度指标,并结合所提出的双层代理模型开展灵敏度分析,以量化输入区间变量对输出变量的影响程度。

自然激励下发电机有功参与因子提取及其在阻尼调制中的应用

作者:王丽馨;杨德友;蔡国伟;高晗

摘要:弱阻尼低频振荡是制约区域间传输功率、影响系统安全稳定的关键因素之一。针对系统运行过程中潜在的区间弱阻尼模式,提出一种随机数据驱动的基于发电机有功调制的区间模式阻尼提升策略。

首先,以环境激励下系统随机响应为输入信号,利用子空间动态模式分解(Sub-DMD)算法在线提取弱阻尼模式下各发电机有功功率的参与因子,量化分析系统发电机有功出力在对应模式中的参与程度。进而,在Sub-DMD模态振型辨识结果基础上,依据模态相角将机组划分为两群,并结合区间断面潮流确定两群机组出力调整方向,准确定位送端区域和受端区域有功调制关键机组。

最后,按照送端机组减出力,受端机组增出力的原则,并充分考虑参调发电机功率限额约束及实际调度操作可行性,构建仅依赖随机响应数据的互联电网阻尼在线提升策略。IEEE 16机5区域系统和某实际电网仿真结果,验证了该方法在互联电网阻尼提升方面的可行性和有效性。

新能源发电调控参与的送端电网直流闭锁紧急频率控制策略快速优化

作者:柯德平;冯帅帅;刘福锁;常海军;孙元章

摘要:对于含高渗透率新能源发电的送端电网,直流闭锁后可通过快速降低新能源场站功率替代高代价的切常规机组操作,来实现更加经济的频率安全控制。因此,针对送端电网直流闭锁故障,该文提出一种新能源场站协同常规机组的紧急频率控制策略优化模型,在保证频率安全的同时最小化系统控制代价。

此外,考虑到直接求解上述含微分方程约束的非线性优化模型非常困难,该文提出针对该模型的系统性混合整数线性化方法,因此可用具有大规模混合整数线性规划(MILP)问题求解能力的商用软件对其进行高效求解。最后对我国西北某省级电网进行算例仿真分析,结果说明了所提优化模型的有效性以及求解过程的高效性。

超低频振荡阻尼控制中的水轮机调速系统参数双层优化策略

作者:易建波;张国洲;张鹏;刘敏;张星

摘要:该文针对水电集中外送系统中的超低频振荡问题,提出兼顾阻尼振荡和频响动态性能的水轮机调速系统参数优化策略。首先,基于复转矩法分析超低频振荡的机理及影响因素,验证了通过调整调速系统参数来抑制超低频振荡的可行性其次,基于信息熵制定了抑制超低频振荡并确保调速系统调节能力的综合性能指标然后,构建基于综合性能指标的鲁棒优化模型,实现了复杂工况情形下的调速参数鲁棒优化最后,经四川某水电外送系统应用测试表明,调速系统优化参数具备良好的抑制超低频振荡能力以及适应多种工况的快速调频能力。

复杂环状柔直配电网单极断线故障特性分析

作者:戴志辉;陈思琦;李毅然;焦彦军

摘要:故障分析是制定保护方案的基础。环状柔性直流配电网不同位置发生单极断线故障后,部分正、负极电压/电流处于不平衡状态,危害系统的安全稳定运行,但目前对其研究较少。为此,对环状柔直配电网单极断线故障特性进行研究。

首先,建立典型复杂环状柔直配电网模型,明确其中关键设备及各端口的协调控制策略。其次,通过建立故障前后系统等效模型,分析单极断线故障分别发生在直流线路、送端换流器与直流母线间联络线,以及受端换流器与直流母线间联络线上时的电压、电流特性。然后,讨论系统接地方式对单极断线故障特性的影响。

结果表明,故障电流的流通路径与单极断线故障发生的位置有关直流线路上发生单极断线故障的电压特性与换流站的功率流向有关送端换流器与直流母线间联络线上发生单极断线故障的电压特性与换流器的控制方式有关系统接地方式几乎不影响单极断线故障特性。此外,负荷突变会影响故障发生在直流线路和送端换流器与直流母线间联络线上时,突变负荷所在换流站与为其传输功率的送端换流站之间正、负极线路的电流特性。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建环状柔直配电网模型,验证了理论分析的正确性。

基于时间卷积网络的短期电力负荷预测

作者:赵洋;王瀚墨;康丽;张兆云

摘要:准确的短期电力负荷预测对保证电网安全稳定运行、能量优化管理、提高发电设备利用率和降低运行成本等具有重要作用。传统时间序列分析方法难以学习短期电力负荷数据的非线性特征,因此论文首先将支持向量回归、高斯过程回归和前向神经网络等经典机器学习法应用于短期电力负荷预测的适用性和预测效果进行对比分析预测评价指标表明机器学习方法能够得到较高的预测精度,适用于处理含强非线性特征的短期电力负荷数据。

在此基础上,进一步提出一种基于时间卷积深度学习网络的短期电力负荷预测方法,该模型具有从大样本时间序列中提取特征和实现预测的能力,其模型架构能有效解决深层网络学习的退化问题最后,以实际电力负荷数据作为算例对所提模型进行测试。

实验结果表明,时间卷积网络可以获得更高的预测精度,深度学习方法相较于经典机器学习方法在非线性特征学习方面更具优势。

电力电子

LLC谐振变换器的变压器绕组优化设计

作者:王议锋;陈晨;陈博;张双乐;张明智

摘要:针对LLC谐振变换器工作在高频条件下对平面变压器寄生电容较为敏感的问题,采用磁集成技术对变压器的二次绕组进行优化设计,使得变压器寄生电容和绕组涡流损耗的综合效果最优。该文对平面变压器层间寄生电容的影响因素进行了具体分析,在极坐标系下建立变压器寄生电容的数学模型,并归纳出各影响因素在不同电流情况下的作用效果。

该文提出了两种绕组形状的优化设计方案,从减小绕组正对面积的角度改善变压器的寄生电容。利用有限元仿真软件Maxwell,搭建变压器的3D仿真模型,根据仿真结果对比了采用不同优化方案时寄生电容的改善效果,验证了理论分析的可靠性。为了兼顾变换器的寄生电容和涡流损耗,给出了绕组面积设计的优化范围,并确定了最终的优化方案。最后,采用改良后的磁集成平面变压器,搭建了一台500W的样机,效率最高可达97.53%。

基于简化时域模型的CLLC直流变换器参数设计

作者:赵子先;康龙云;于玮;张健彬;李杰

摘要:CLLC直流变换器的谐振腔参数设计是其稳定运行的保障,但现有的基于基波分析的设计方法并不能实现参数设计的准确与高效。该文从设计的角度出发,首先分析了基波分析在设计上的局限性,接着在CLLC直流变换器时域分析结果的基础上,选取设计中需要考虑的运行模式进行分析,并通过简化处理,建立CLLC直流变换器的简化时域模型,导出了可以用于参数设计的增益公式与边界条件,并讨论不同控制目标下的设计依据。

根据该文方法得到的设计公式形式简洁,准确度高,大大简化了设计的步骤。在此基础上,该文给出一套完整的设计思路,并应用该方法设计了一台5kW的CLLC直流变换器样机,仿真与实验的结果均证明了该方法的正确性。

方形肋阵参数变化对流动沸腾换热影响的实验研究

作者:史一涛;曹瑞;阮琳

摘要:为掌握肋阵结构参数变化对流动沸腾换热的影响规律,对表贴式肋阵液盒内的流动沸腾换热与两相流动压降特性进行了可视化实验研究。该文采用横截面积为180mm휠mm的液盒作为研究对象,液盒通道为可视化单面加热窄矩形结构。选择肋高度、肋间距、肋横截面积不同的七种肋阵背板,对液盒内部流动沸腾换热特性进行研究。

通过可视化观察发现,肋阵明显强化了液盒内的流动沸腾换热过程。对不同肋阵参数对沸腾换热的变化规律进行研究发现,随着肋阵高度和肋阵间距的变化,沸腾传热效果均存在最优值沸腾传热系数随着单肋横截面积增加而增加液盒内的流量-阻力压降循环特性对肋阵参数的变化较为敏感,随着肋阵参数的变化均呈现不同程度地向左或向右的漂移现象。该研究结果为方形肋阵结构在表贴式蒸发冷却系统上的工程应用提供了重要依据。

高电压与放电

C6F12O/N2混合气体与密封材料丁腈橡胶的相容性研究

作者:兰佳琪;田双双;李晓涵;饶夏锦;张小龙

摘要:C6F12O具有优异的绝缘和环保性能,因此具有在中低压开关设备中作为绝缘介质应用的潜力。为了评估C6F12O/N2混合气体在设备中长期安全稳定使用的可行性,需要研究其与设备内部中常用密封橡胶之间的相容性。该文通过搭建相容性试验平台,对C6F12O/N2混合气体与丁腈橡胶进行热加速试验研究,分别采用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜检测气体分解产物和丁腈橡胶表面形貌同时基于密度泛函理论(DFT)对气体分解产物的生成路径进行模拟,并对丁腈橡胶分子与C6F12O分子之间的相互作用进行计算。

试验结果表明在高温(90℃和110℃)试验后,丁腈橡胶与C6F12O/N2混合气体不相容。丁腈橡胶表面析出大量的白色晶体颗粒,并且生成了C3F6、NF3和CS2气体副产物理论计算也表明升高温度会促进丁腈橡胶分子发生分解,并且C6F12O与丁腈橡胶之间的气固反应具有形成新物质的趋势。该文的研究成果对C6F12O/N2混合气体在工程上的应用具有重要的指导意义。

放电参数变化对电感耦合等离子闭式等离子体空间分布特性研究

作者:林茂;徐浩军;魏小龙;韩欣珉;武颂尧

摘要:射频电感耦合等离子体(ICP)在实际放电过程中,线圈的构型、电源参数、气压等外部工质条件的变化均会对结果产生较大影响,依靠实验很难得到多外部条件对ICP参数分布的影响机理和规律,因此需要结合仿真和实验的方法进行分析。

该文通过建立感性线圈的电磁学有限元模型,分析不同线圈构型下射频电磁场在等离子体内部的空间分布,研究放电参数(线圈构型、功率大小)对等离子体分布影响和E-H模型下放电形态的跳变过程,并观察进入稳定H模式后电源参数的变化规律,为等离子体源的小型化工程应用提供理论基础。

实验和仿真计算结果表明:不同线圈匝数在不同功率条件下,电磁场强度变化对等离子功率吸收和功率耦合有较大影响当工作气压在0~20Pa时,ICP的电子密度呈轴对称分布,随着放电功率、气压的增大,等离子体吸收的功率和电离度也随之增加,其电子密度相应地增大,放电功率的增加会使得环状的等离子体区域随之扩大,在轴向、径向上的分布呈先逐渐增大而后在靠近腔室壁面区域迅速下降。

非本征光纤法-珀传感器局部放电检测研究进展

作者:陈起超;张伟超;白仕光;杜亮;赵洪

摘要:电力设备局部放电检测一直是国内外学者的研究重点,局放超声信号由于具有抗干扰易定位等优点而成为近年来的研究热点。随着科技的发展,使用光学传感器检测局放超声信号成为一种新兴的技术方法。在众多的光学传感器中非本征光纤法布里-珀罗(EFPI)传感器由于具有体积小、灵敏度高和抗电磁干扰等优点而备受关注。

首先,介绍了国内外关于EFPI传感器的研究现状其次,对EFPI传感器的检测原理、膜片材料的基本性能及制备方法进行了细致的阐述,并分析了可用于外置耦合检测的传感器可行性和优化完善传感器灵敏度设计方法的意义最后,对EFPI传感器在局放检测中的局放点定位研究进行了分析,总结了传感器在应用研究中遇到的问题及解决方法,并根据EFPI传感器的实际情况,对传感器未来的发展趋势和研究重点进行了展望。返回搜狐,查看更多

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