抢鲜看｜《电工技术学报》2020年第21期目次及摘要

《电工技术学报》

《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

电磁轨道炮电流分布特性研究综述

作者：阮景煇，陈立学，夏胜国，王增基，李立东

摘要：电磁轨道炮电流分布特性与其发射性能密切相关，局部区域电流密度过大会导致电枢和轨道熔蚀磨损、界面熔化沉积、转捩电弧等现象,严重影响电枢和弹丸的发射稳定性，造成轨道和内膛绝缘的损伤。该文首先阐述了影响电流分布的三种物理效应——趋肤效应、临近效应和速度趋肤效应，基于此，总结了国内外针对电磁轨道炮电流分布特性的相关研究。分析了枢轨界面状态、枢轨材料、枢轨结构、驱动电流对电流分布特性的影响规律，提出马鞍C形电枢在改善电流分布上的优势。最后总结了优化电流分布的若干措施,可为电磁轨道发射的工程应用提供技术支撑。

基于误差传递方程的离子流场迎风有限元高精度计算方法

作者：程启问，万保权，张建功，邹军

摘要：为快速稳定地计算高压直流输电线路下的离子流场分布，T. Takuma提出迎风有限元方法。该方法计算格式简单，但计算精度较低，为解决该问题，提出一种基于误差传递方程的修正方法，通过使用迎风有限元方法求解误差传递方程，对连续性方程的解进行修正。数值算例表明，该文方法能够改善空间离子流场通量守恒特性，提高计算结果的精度。该文提供了一种通过显式差分格式的计算量获得高精度计算结果的思路，可推广应用于其他物理场的计算。

电磁热储能系统中谐振电路的机理研究

作者：李岩，郭昊，敖前，井永腾

摘要：电磁热储能系统中的谐振电路作为电磁向热转换的实现环节，影响着电磁热储能系统的功率和效率。在实际工况下，流经谐振电路中加热管体的高频大电流会使管体的电感发生变化，进而影响系统的功率效率。该文以50kW电磁热储能系统中谐振电路为研究对象，基于有限元瞬态计算方法，确定了求解域内磁共能与电流的变化关系，并基于磁共能函数展开法，准确描述磁链函数，继而得出谐振电路中加热管体的动态电感函数。基于基波分析法，适配了电容，使电磁热储能系统在设计功率下保持高效率的运行。通过进行实验，对比实验值和计算值，谐振电路电压、电流波形和相位相吻合，动态电感计算较为准确。该文对电磁热储能系统谐振电路的设计与研究有一定参考价值。

基于Kriging法的直流接地极附近大地电性结构建模方法

作者：司远，王泽忠，刘连光，李海明，邵文国

摘要：大地电性结构模型不准确是造成接地极入地电流对交流电网影响评估准确度低的主要原因。由于大地电阻率原始数据不足，只能依靠过于简化的大地模型计算偏磁电流。针对建模精度低的问题，提出利用大地电磁测深纵深剖面数据，对剖面间未知散点大地电阻率进行Kriging预测，形成散点大地电阻率模型，并结合多种子区域生长法将散点大地电性结构进行区块化处理。利用±800kV扎青直流输电工程扎鲁特接地极周边变电站偏磁电流的实测数据，证明Kriging法建立的大地电性结构模型准确度更高。

电机与电器

逆变器供电对电动汽车内置式永磁同步电机振动噪声特性影响研究

作者：李晓华，赵容健，田晓彤，夏能弘，何文丹

摘要：为研究宽调速范围内逆变器电流谐波对电动汽车用内置式永磁同步电机（IPMSM）振动噪声影响的特性机理，该文引入一种逆变器电流谐波对IPMSM振动噪声影响的分析方法。首先，理论分析了谐波电流作用时电机电磁力波特征参数，建立IPMSM多物理场耦合振动噪声分析有限元模型，以分析恒转矩调速和弱磁调速工况下样机的电磁力波和振动噪声频谱特性，并和正弦电流供电时相比较。结果表明：对于该文样机，逆变器谐波电流供电时会引入0阶和8(2p)阶电磁力波频率分量，且对弱磁调速时样机振动噪声的影响大于对恒转矩调速时的影响，此结论适用于其他多极对数整数槽永磁同步电机。最后实验验证了分析方法的正确性。

考虑磁路饱和及交叉耦合效应的内置式永磁同步电机无传感器优化方法

作者：李文真，刘景林

摘要：针对传统高频电压注入法中解调过程复杂、带宽局限、估计精度易受磁路饱和及交叉耦合效应影响等缺陷，提出一种基于离散电流特征分析和电感误差在线辨识的内置式永磁同步电机（IPMSM）无传感器优化方法。首先，建立考虑交叉饱和效应的高频电压模型，将正交的高频方波电压信号注入静止坐标系，设计梳状滤波器，分离出高频响应电流，并利用相邻采样时刻的高频电流解调出转子位置的初定值。在分离和解调过程中消除了滤波器带来的劣势，并且计算量小。然后，分析电感参数与估计误差的关系，提出针对正交方波注入法的电感辨识方法和转子位置估计误差补偿策略。最后，将估计误差辨识结果补偿到转子位置的初定值中，提高了估计精度。在15kW电机控制平台上的实验结果证明了该策略的可行性和有效性，而且该方法简单可靠，不受带载时电感参数变化的影响。

基于Boost变换的永磁同步电机变频电源电压谐波优化控制

作者：谭继鑫，井永腾，郭昊，于占洋，李岩

摘要：针对永磁同步电机控制系统中变频电源输出电压波形谐波含量高，引起永磁电机附加铁损耗增加的问题，提出一种在变频电源整流和逆变环节中间加入Boost变换器的改进控制方法。首先，建立永磁同步电机及其控制系统的数学分析模型,提高变频电源输出电压波形质量，将Boost变换器引入变频电源的整流环节和逆变环节之间，并建立变频电源系统仿真模型，对改进后的控制方法进行验证。优化结果显示，引入Boost变换器后，变频电源的输出电压波形质量得到有效提升。在此基础上，分析考虑变频电源输出电压谐波含量对永磁电机铁损耗的影响。最后，设计、制作一台额定输出电压为24V的小型变频电源，并搭建实验测试平台，对所提出方法的准确性进行了验证。

基于磁-热-流耦合模型的变压器损耗计算和热点预测

作者：李永建，闫鑫笑，张长庚，陈怡帆，盈文亮

摘要：基于有限元法对一台2500kV.A干式变压器进行额定负载条件下的三维瞬态电磁场模拟仿真，计算中考虑了漏磁场对箔式绕组和结构件涡流分布的影响。将电磁损耗计算结果按照网格逐单元耦合至温度场，并以此为热源建立磁-热-流多物理场映射关系，考虑温度对材料损耗特性的影响，精确模拟变压器对流换热过程并实现变压器结构件温升计算和绕组热点预测。开展变压器温升试验，结果表明模型预测值与试验值误差控制在±6%，温升分布规律与实际吻合得较好。该文采用的多物理场双向耦合分析方法克服了传统磁路法损耗计算不准确的问题，在变压器产品研发初期可提供损耗预测方法和计算数据，显著提高相关电工装备的运行效率。

电磁斥力机构中固定线圈的环氧材料的失效分析与改进措施

作者：董润鹏，庄劲武，武瑾，胡鑫凯

摘要：针对包裹斥力线圈的环氧材料在机构多次使用后易失效问题，基于有限元分析和实验验证，对环氧材料的失效原因进行讨论并提出改进措施。通过电磁场和结构力场的耦合求解，获得在线圈电磁力作用下环氧材料的应力分布，解释环氧板弯折与环氧胶开裂的原因；提出采用圆周约束替代四角约束以降低环氧板内的应力，并在斥力线圈上端增加环氧薄板以改变固定约束位置，降低环氧胶内的应力集中位置以解决其开裂问题；最后设计两组工程样机，分别进行环氧板在四角约束下的冲击电流实验和在圆周约束下加装环氧薄板后的耐受实验。仿真与实验结果表明，相比于四角固定形式，环氧材料在圆周约束下的应力降低明显，且在斥力线圈上方加装环氧薄板后可有效降低环氧胶内应力，机构在经过5000次耐受实验后未出现环氧板弯折或环氧胶开裂问题。

电力电子

基于全铜工艺的750A/6500V高性能IGBT模块

作者：刘国友，罗海辉，张鸿鑫，王彦刚，潘昭海

摘要：高压大容量IGBT模块内部异质材料热膨胀系数失配是模块疲劳老化失效的主要机理。为了降低模块异质材料间热膨胀系数的差异，提高其功率循环能力与长期运行可靠性，该文提出功率模块采用全铜材料实线电学互连的思路，系统地研究了IGBT芯片铜金属化、铜引线键合与铜母线端子超声焊接等新技术，实现了IGBT功率模块全铜化封装的成套工艺，研发了基于全铜工艺的大容量高性能750A/6500V IGBT模块，首次实现了全铜工艺的高压模块。与传统铝工艺相比,全铜工艺模块不仅使导通损耗降低了10%、浪涌电流能力提升了20％，而且功率循环能力提高了16倍，提升了功率模块的运行韧性与应用可靠性。

单向混合整流器无源电流控制

作者：李萍，王久和，李建国，杨道宽

摘要：针对现行单向混合三相电压型整流器的交流电流存在尖峰和谐波畸变率高的问题，提出抑制电流尖峰，降低谐波畸变率的方法。通过在现行混合整流器拓扑结构中增设补偿电感器，抑制因电路结构产生电流尖峰。基于三相三电平T型VIENNA整流器和三相单开关Boost整流器欧拉-拉格朗日数学模型，提出一种满足特定约束的非线性虚拟阻尼注入的无源电流控制策略。与传统定阻尼注入的无源控制策略相比，该无源电流控制策略具有跟踪电流稳态误差更小，误差衰减速度更快、谐波畸变率低和功率因数高的优点。仿真和实验结果表明，改进的单向混合整流器拓扑结构及所提无源电流控制策略是有效的。

电力系统

基于扩张状态观测器七阶混沌振荡电力系统的滑模变结构控制

作者：王江彬，刘凌，刘崇新

摘要：为抑制七阶电力系统中的混沌振荡，基于扩张状态观测器为其设计了形式简单的滑模变结构控制器。通过为电力系统模型引入储能装置的动态模型，最终构建了一个复杂的受控十阶电力系统动力学模型。为受控电力系统定义滑模函数后，可以将混沌控制问题归结为三个一阶非线性系统的镇定问题。为了镇定一阶非线性系统，为其设计了扩张状态观测器及控制输入，证明了在所设计控制输入的作用下能够使其状态变量以有限时间收敛于原点的邻域之内，并将所设计的扩张状态观测器及控制器用于电力系统混沌控制。最后，对扩张状态观测器的观测效果及控制器的控制效果进行了数值仿真分析。基于已有的扩张状态观测器设计方法，所设计的控制输入不包含受控电力系统复杂系统函数的导数项，从而有效提升了所设计控制器的工程实用性。

考虑电/热储能互补协调的综合能源系统优化调度

作者：刁涵彬，李培强，王继飞，王丹，李振生

摘要：针对含储能的综合能源系统优化调度问题，从电/热储能互补协调的角度提出电-热综合能源系统优化调度方法。首先考虑热网储热特性及供能网络电压、温度等节点状态约束，建立综合能源系统模型；然后分析新能源所接的电储能、热电联产所接的热储能、电制热设备所接的热储能三类储能在消纳新能源弃电和电负荷削峰场景下的互补协调关系；在此基础上，建立综合能源系统优化调度模型，通过简化热网模型、引入0-1变量、大M法等方法处理模型中的非线性项，并利用GAMS进行建模求解；最后以IEEE 33节点配电网与45节点热网耦合系统为例进行分析。结果表明，电储能和热储能协调运行能有效地消纳新能源弃电量和削减电负荷高峰，实现了多能存储上的优势互补。

感应电能供电技术下含间谐波的谐波信号重构

作者：辛国庆，董唯光，高锋阳，吕晓强

摘要：采用感应电能供电（IPS）技术时，由于非同步采样造成频谱泄漏及栅极效应，采集的谐波信号包含间谐波信号。针对该现象，提出一种多谱线插值修正的谱投影梯度（SPG-LIC）算法对含有间谐波的谐波信号进行重构。首先针对短程频谱泄漏，采用加窗后的快速傅里叶变换抑制该现象，并使变换后的信号具有高稀疏度；然后引入多谱线插值修正算法抑制长频谱泄漏与栅极效应；最后，通过预估信号的稀疏度，利用谱投影梯度算法重构原始信号并与其他重构算法对比。仿真结果表明SPG-LIC算法相较于其他重构算法，具有更高的重构信噪比与精度，更短的重构时间。

基于分布式压缩感知和边缘计算的配电网电能质量数据压缩存储方法

作者：王鹤，李石强，于华楠，张健

摘要：针对配电网中电能质量数据日益庞大且谐波污染划分困难的问题，提出一种基于分布式压缩感知和边缘计算的电能质量数据压缩存储方法。创新之处在于：该方法是基于同步正交匹配追踪算法和K-SVD字典学习算法提出一种自适应联合重构算法，并将该重构方法应用到以分布式压缩感知为边缘算法的云边协同框架中，在云端通过对边缘上传的字典原子和测量值进行分析，实现电能质量数据的压缩存储。此外，还可以依据各节点稀疏系数间的互相关度实现配电网的谐波污染动态分区。仿真结果表明：该算法不仅能以很高的精度实现电能质量数据的压缩，节省数据存储空间，还对配电网的谐波污染分区具有借鉴意义。

基于状态特征聚类的非侵入式负荷事件检测方法

作者：周东国，张恒，周洪，胡文山

摘要：针对传统非侵入式暂态事件检测方法局限于单一电气特征量，易出现漏检或误检，难以准确感知负荷事件的问题，该文利用负荷事件发生时特征空间内产生状态域转移的特性，提出状态特征聚类的非侵入式负荷事件检测方法。该方法通过滑动窗差值计算，搜索并确定初始聚类点，然后利用均值漂移（Mean-shift）算法进行状态聚类，并依据稳定状态的时域分布确定负荷事件发生点，实现负荷事件检测。最后，通过真实实验场景进行多种常用电器测试，并与现有一些算法进行对比，结果表明该文算法能够较为可靠地实现负荷事件检测，并为后续准确的负荷辨识奠定基础。

配电网馈出线路单相永久性接地故障性质辨识方法

作者：董俊，李一凡，束洪春，于继来

摘要：配电网单相接地故障的发展与故障过渡电阻的变化相互关联。过渡电阻变大，故障电流减小，有利于故障消失；过渡电阻变小，增强了原有的故障；过渡电阻不变，则为一个稳定的永久故障。利用故障馈线的零序分量构造伏安曲线，根据曲线面积直线拟合的斜率推测故障过渡电阻的变化，进而推断此次单相接地故障的性质。根据故障性质的预判使中性点相应地投入消弧线圈或小电阻，利用中性点变化所导致的零序电流相位及幅值变化检验故障是否消失，进一步确定单相接地故障的性质。该辨识方法易于在工程应用中实现，可提高配电网的故障自愈能力和单相接地保护的自适应性。

高电压与绝缘

基于等效电路的油纸绝缘系统受潮状态分析

作者：杨峰，唐超，周渠，杜林，冉鹂蔓

摘要：基于油纸绝缘的介电响应等效模型——扩展德拜模型，通过分析模型参数变化规律提取介电特征参量，从而实现对绝缘受潮状态的定量评估。首先，针对油纸电容式试验套管模型，制备不同受潮程度的电容芯子，并在不同温度下对样本芯子进行频域介电谱（FDS）测试。利用FDS实测谱图，采用GA-LMA融合优化算法辨识得出扩展德拜模型的各支路参数，并基于该模型分别研究了温度及水分含量对模型参数的影响规律，进而提取表征油纸绝缘受潮程度的特征参量-低频支路极化电阻及时间常数，最后建立上述参量与绝缘水分含量的关系式，实现了对油纸绝缘系统受潮状态的定量判断。

纳米改性变压器油中载流子输运特性分析

作者：董明，杨凯歌，马馨逸，胡一卓，谢佳成，徐广昊

摘要：将纳米颗粒添加到变压器油中形成纳米改性变压器油不仅可以改善变压器油的散热能力，还可以提高其绝缘水平。研究纳米改性变压器油的载流子输运特性，对纳米改性变压器油性能提升原因的解释和纳米改性机制理论的完善具有重要意义。该文首次对纳米改性变压器油在强电场下的电导电流进行测量，并对载流子输运特性进行分析。纳米改性变压器油在不同电场下载流子输运过程可分为三个阶段：欧姆电阻阶段、隧穿效应阶段和空间电荷限制电流饱和阶段。欧姆电阻阶段，纳米颗粒的加入，增加了载流子的数密度，使得电导电流增加；隧道效应阶段，载流子由液体中的离子和荷电胶粒转变为电极发射出的电子，电子电导起主导作用，随电场强度的增加，载流子迁移率逐渐增大。纳米颗粒的加入增加了界面势垒的厚度，减少了通过势垒进入界面区域的电子，且由于纳米颗粒对电子的捕获作用，增加了由欧姆阶段过渡到隧道效应阶段的电场强度，提高了绝缘强度；空间电荷限制电流饱和阶段，纳米颗粒的加入增加了变压器油的陷阱密度，降低了载流子的迁移率，抑制了放电的发生。

受潮油纸绝缘的非线性介电响应特性及H-W模型在时-频转换中的应用

作者：邓映鑫，杨丽君，燕飞东，秦榛，李威

摘要：为提高油纸绝缘频域介电谱（FDS）的低频段数据获取效率，通常将被测绝缘等效为线性系统，采用扩展Debye模型或Fourier变换将时域介电谱等效换算为低频段的频域介电谱。然而，当油纸绝缘表现出非线性时，现有时-频转换方法将导致较大误差。该文研究受潮对油纸绝缘介质响应非线性特性的影响，验证扩展Debye模型和Fourier变换的时-频域转换效果，结果表明，受潮会导致油纸绝缘表现出明显的非线性特性，而扩展Debye模型和Fourier变换无法等效非线性绝缘，因而时-频域转换结果出现误差。因此，提出采用Hammerstein-Wiener等效数学模型实现样品介电响应结果的时-频域转换，发现该模型能够很好地表征油纸绝缘介电响应的非线性特性，基于该模型的时-频域转换结果也具有较高的精度。