抢鲜看｜《电工技术学报》2020年第20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。
磁耦合谐振式无线电能传输特性研究动态
作者：贾金亮、闫晓强
摘要：无线电能传输技术因其独特的传输优势成为当下国内外研究的热点课题，磁耦合谐振式无线电能传输技术以其在近场区传输的自身优势成为当前最为热门的无线电能传输方式之一。该文对磁耦合谐振式无线电能传输系统工作原理、系统建模和耦合机构进行总结概括，详细阐述磁耦合谐振式无线电能传输关键技术的研究动态和研究成果。在现有成果的基础上，对该技术需要深入研究和解决的问题以及未来的发展趋势进行了展望。
动态无线供电系统收发端耦合角度对功率影响机理分析
作者：薛明、杨庆新、王嘉浩、章鹏程
摘要：在实况下的动态无线供电过程中，电动汽车由于颠簸导致收发端产生耦合角度从而引起传输功率波动，因此需要对电磁耦合结构存在耦合角度的情形进行分析。该文首先依据互感耦合模型，推导耦合系统中输出功率解析式，得出影响系统传输功率的互感系数在不同耦合角度与传输距离下的变化规律，并揭示其影响机理;其次利用有限元分析软件，得到不同耦合角度与传输距离下的磁场强度分布特性，验证了理论推导的正确性；最后提出接收端采用三单元交叉式分布可减小耦合角度对系统能效的影响，并通过仿真和实验，对比分析了三单元交叉线圈与单线圈在不同扰动下的磁场强度空间分布特性，证实了该结构可在实际扰动工况下稳定输出功率。
谐波激励条件下铁心动态Energetic建模与验证
作者：赵志刚, 马习纹, 姬俊安, 张鹏
摘要：谐波激励条件下，表征铁心磁性能的磁滞回线发生明显畸变甚至出现局部回环，导致铁心损耗显著增加。为精确模拟和计算谐波激励条件下铁磁材料的磁滞特性和铁心损耗，该文在传统静态Energetic谐波磁滞模型的基础上,依据损耗分离理论，建立综合考虑谐波特征的动态Energetic谐波磁滞模型。实现人工鱼群算法结合归一化处理技术对传统静态Energetic谐波磁滞模型参数的辨识，并提出一种可以有效考虑局部回环影响的动态损耗系数求解方法。搭建磁通密度波形可控的变压器铁心磁性能测试平台,对不同谐波阶次、谐波含量、谐波相位激励条件下的变压器铁心磁滞特性和损耗特性进行实验研究。通过模型仿真结果与实验数据的对比，验证了该文所建动态Energetic谐波磁滞模型的正确性和有效性。
基于多物理场分析的电机轴承放电击穿
作者：王芹芹, 刘瑞芳, 任雪娇
摘要：电机中的轴承放电击穿过程是轴电流强度与轴承损坏程度关系研究中的关键问题。该文从微观层次分析脉冲放电导致轴承损坏的机理,采用多物理场有限元数值计算对轴承放电击穿进行定量研究。首先基于弹性流体润滑理论分析轴承受到应力作用发生的接触变形，获得轴承滚珠与滚道之间的赫兹接触面积与最小油膜厚度。在此基础上建立轴承放电击穿模型并进行电热耦合仿真。在击穿通道施加脉冲电流,电流所产生的损耗耦合传递到瞬态温度场中，可获得轴承击穿通道以及击穿点处温升随时间的变化。结合以上内容，以脉冲电流使得轴承击穿点处达到钢熔化的温度为判据，给出一种确定轴承电腐蚀临界电流的确定方法。
爪极混合励磁皮带驱动起动/发电一体机的磁场设计
作者：王晓远、李娜、赵晓晓、庞炜
摘要：针对爪极混合励磁皮带驱动起动/发电一体机（BSG）初始设计方案中气隙磁通密度低、磁场调节范围窄、发电性能和低速输出性能较差等问题,该文对BSG电机进行了优化设计。首先介绍该电机的结构特点和磁场调节原理;然后结合三维有限元仿真，对永磁体厚度、气隙大小、定子槽口宽度进行了优化，并对优化前后的电机进行性能对比，优化后的结构具有磁通密度高、波形品质佳、发电性能好和起动转矩大的特点；最后制造样机并进行相关实验。样机实验与有限元分析结果吻合，验证了有限元仿真计算的准确性，进一步证明了分析的正确性。
基于深度确信策略梯度的电动汽车异步电机参数标定方法
作者：漆星、郑常宝、张倩
摘要：针对传统电动汽车异步电机参数标定任务中存在参数标定精度低、人工工作量大的问题，研究一种深度确信策略梯度的电动汽车异步电机参数标定方法，给出基于深度确信策略梯度的电动汽车异步电机标定算法框架，并通过实验对该方法的有效性和可行性进行了验证。可以发现，基于深度确信策略梯度的电动汽车异步电机参数标定方法具有如下特点：①标定的参数并非电机实际物理模型参数，而是使电机在任意给定转速及电流下均能够输出最优转矩的参数，因此更加适用于电动汽车技术领域；②它是一种端到端的方法，即所有工作全部由算法自动完成，无需人工辅助操作，大大减少了标定工程师的工作量。
磁通反向直线旋转永磁电机三维非线性等效磁路模型分析
作者：郭凯凯，郭有光
摘要：该文通过在三维磁路结构中增加可变磁阻单元,建立磁通反向直线旋转永磁电机的三维非线性等效磁路模型，首先采用磁节点法推导此电机定子、动子的磁阻表达式；其次采用二维有限元法确定可变磁阻单元磁阻的变化规律，其磁阻值随动子的直线和旋转运动位置的不同从0到无穷大周期性变化；然后采用分割的方法推导电机气隙磁导的表达式；最后通过迭代的方法对其空载气隙磁通密度等电磁特性进行计算分析，与三维有限元法相比，计算时间大大降低。此模型可以将定子铁心材料的饱和、永磁的局部漏磁、极间漏磁考虑在内,其反电动势、齿槽转矩/直线定位力的计算结果与三维有限元法和实验测量的结果基本保持一致，验证了此等效磁路模型的正确性和有效性。
基于空间电压矢量注入的频率可变型五相永磁同步电机最大转矩电流比控制
作者：刘国海、张嘉皓、陈前
摘要：为了解决传统最大转矩电流比（MTPA）控制方法中高频信号注入不够灵活的难题，该文提出一种频率可变型内嵌式永磁同步电机（IPMSM）MTPA控制方法。该方法通过在空间矢量脉宽调制（SVPWM）中改变各电压矢量的作用时间，产生频率可变的高频信号，并将其直接注入到逆变器中实现MTPA。由于该方法是在SVPWM算法中实现的，所以注入信号的频率随着电机转速的变化而改变，使得信号频率的选择更加灵活。同时，由于信号直接注入到逆变器中，使注入信号的频率不干扰电机中的固有谐波且不受转速、电流环的带宽限制。实验和仿真结果表明，该方法能准确地跟踪MTPA点，并且对转矩和速度变化具有较强的鲁棒性。
基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法
作者：匡斯建, 张小平, 刘苹, 张光辉, 张铸
摘要：开关磁阻电机在磁路饱和情况下，其导通相电感会随导通相电流的变化而变化，针对传统相电感法转子位置估算精度受磁路饱和影响大的问题，提出一种基于相电感非饱和区定位的开关磁阻电机无位置传感器控制方法。建立开关磁阻电机的相电感函数，阐述确定相电感非饱和区的方法，提出相电感非饱和区定位点的基本概念并分析其相关特点，研究根据两相邻定位点来估算电机转子位置角度的具体实现方法。最后通过仿真与实验验证了上述方法的可行性。
基于变权灰云模型的变压器状态层次评估方法
作者：杜江, 孙铭阳
摘要：为了客观科学地评估变压器状态,建立变压器状态评估层次指标体系，提出一种基于变权灰云模型的变压器状态层次评估方法。首先，针对传统灰色聚类白化权函数不能描述信息随机性的缺陷，利用云模型改进传统白化权函数构建灰云模型，有效地反映出评估等级信息的模糊性、灰性和随机性；并利用指标云模型代替指标值计算云关联度，更好地体现变压器状态信息的不确定性。然后，利用关联规则和灰云聚类得到变压器故障层状态，采用变权融合得到变压器整体状态，综合考虑变压器故障层状态和整体状态，得到最终的评估结果。最后，通过实例分析验证该方法的有效性和优越性。
基于复杂网络理论的气体绝缘金属封闭开关设备电场网络特征分析
作者：吴其, 刘晓明, 杨田, 周璐
摘要：针对电场分布所表现出的复杂网络动力学行为现象，提出一种基于电场影响域的电场网络构造方法。以550kV气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）为研究对象，构建GIS电场网络拓扑模型，对全系统绝缘性能进行定量分析，研究由多个电气元件组成的复杂电气系统——GIS内部全场域电场网络特性。结果表明：基于电场影响域构建的GIS电场网络为度-度正相关网络；该网络符合无标度和小世界网络特性；随着电场网络度分布的演化，GIS各元件的子模块节点平均度和平均介数呈递减趋势；基于电场影响域构建的GIS电场网络呈现马太效应。
一种应用于磁悬浮轴承的四相四桥臂电力电子变换器
作者：胡载东, 蒋栋, 孙宏博
摘要：磁悬浮轴承系统中,功率放大器是重要组成部分。该文针对八极径向磁轴承中四个线圈电流的关系及特点，分析一种四相四桥臂拓扑的电力电子变换器在磁轴承中应用的可行性。该结构省去一些磁轴承功放中需要用到的公共桥臂，仅用四个桥臂达到对一个径向轴承上四个线圈电流的控制，实现了器件的最优化利用，显著减小了体积、降低了成本。该文分析此控制器的控制原理及调制方式，两组线圈电流控制采用相反载波从而减少了线圈电流纹波。分析电感不对称对电流控制带来的影响，提出采用不同参数PI控制器的解决方案，同时进一步分析当电感不对称无法完全补偿时对磁轴承位置的影响。对变换器进行仿真，并制作样机在四自由度磁悬浮轴承平台上进行实验验证。结果表明，该拓扑能满足磁轴承的控制需求，并能有效减小体积、降低控制器成本。
基于耦合电感的多相交错并联双向DC-DC变换器及其均流控制
作者：苏冰, 王玉斌, 王璠, 郭政, 董羽翔
摘要：为了解决多相交错并联磁集成双向DC-DC变换器中单磁心耦合电感结构不对称、成本高和设计比较困难等问题，提出一种基于双绕组耦合电感的多相交错并联双向DC-DC变换器。该文以四相交错并联双向DC-DC变换器为例，采用四个双绕组耦合电感代替单磁心耦合电感，详细研究所提变换器的稳态和暂态性能。同时，变换器运行时由于相电路参数差异可能引起相间不均流问题，使得重载相过载发热，进而影响到整个变换器的运行可靠性。为此，该文提出一种基于相电流解耦的均流控制策略来解决这个问题。最后，通过仿真和样机实验验证了所提拓扑和均流控制方法的优越性、可靠性和实用性。
基于多模态切换的宽电压增益LLC谐振变换器控制策略
作者：冯兴田, 邵康, 崔晓, 马文忠, 王玉彬
摘要：三相交错LLC谐振变换器具有功率密度高、输出电流纹波小等优点，在电动汽车充电以及新能源发电等领域得到广泛关注。该文将三相交错LLC谐振变换器的变压器一次和二次绕组均设置为星形联结，提出一种新型控制策略，对于不同的输入电压，通过检测开关频率大小来控制变换器分别工作在三相交错模态、单相全桥模态和单相半桥模态，维持输出电压稳定。针对单相全桥模态和单相半桥模态的切换，该文基于数字控制器设计一种触发脉冲占空比逐步变化的柔性过渡方法，有效地减小了切换过程中输出电压抖动。详细分析MOSFET寄生参数的相关影响，得到变压器励磁电感限定条件，实现变换器宽电压增益及全范围软开关，提高变换器效率。最后通过实验验证了宽电压增益LLC谐振变换器控制策略的可行性和优越性。
准Z源三电平并网逆变器的无源控制策略
作者：程启明, 江畅, 沈磊, 程尹曼
摘要：该文将无源控制（PBC）引入到一种准Z源三电平并网逆变器上，该方法无需对逆变器系统进行线性化处理，就可实现良好的并网控制。首先，讨论逆变器拓扑的工作原理，推导出逆变器整体数学模型，给出无源E-L（Euler-Lagrange）方程形式；然后，验证逆变器系统具有严格的无源特性，通过采用合适的阻尼注入和控制率，加速逆变器系统达到期望点，得到逆变器并网电流解耦的无源控制规律，设计出逆变器的无源控制系统，并结合正弦脉宽调制（SPWM）算法驱动逆变器的开关动作；最后，在Matlab/Simulink软件仿真平台和硬件平台上进行实验，实验结果表明，该文基于E-L模型的无源控制策略具有动态特性好、鲁棒性强等优点。
基于感应电机电流纹波峰值的可变开关频率脉冲宽度调制
作者：黄鹏, 刘和平, 苗轶如, 游逍遥, 郭强
摘要：与广泛使用的固定开关频率脉宽调制（CSFPWM）策略相比，采用可变开关频率脉宽调制（VSFPWM）可在一定程度上消减电流功率谱密度尖峰，从而降低电机的窄带噪声和系统的传导电磁干扰（EMI）。该文首先基于坐标变换推导出感应电机定子电流纹波峰值的解析表达式，在此基础上提出一种减少开关损耗的VSFPWM策略：在满足最大纹波峰值的约束条件下，根据定子电流纹波与调制比及相位的关系，得到一种可变开关频率的确定方法，通过改变开关频率降低逆变器开关损耗。最后对所提出的调制策略进行理论分析和仿真验证，并搭建了15kW感应电机对拖实验平台，通过分析定子电流及MOSFET的温升情况，验证了可变开关频率脉冲宽度调制（PWM）策略的可行性和有效性。
桥式限流与动态电压恢复器融合设计及控制方法
作者：涂春鸣, 李庆, 郭祺, 姜飞, 高家元
摘要：针对传统故障限流器利用率低、动态电压恢复器易受到短路电流冲击的问题，该文提出一种桥式限流与动态电压恢复器融合设计拓扑结构，简称多功能型动态电压恢复器（MF-DVR）。通过复用直流侧泻放支路为限流支路，配合串联逆变器的控制，可有效地限制短路电流的大小并保护系统设备安全。该拓扑具有两种工作模式：当电网电压发生暂升暂降时，工作于电压补偿模式，类似于传统动态电压恢复器；当负载侧发生短路故障时，工作于短路限流模式,类似于传统固态限流器。该文详细分析其拓扑结构、工作原理以及控制策略；通过Simulink仿真和RT-LAB硬件在环实验验证了所提拓扑及控制方法的正确性以及电压补偿、短路限流功能的有效性。
环氧树脂材料热氧老化特性研究
作者：谢伟, 杨征, 程显, 李文博, 陈硕
摘要：随着以环氧树脂为主绝缘介质的电气设备的推广，环氧树脂的绝缘劣化问题受到广泛关注。为研究环氧树脂在热积累作用下所产生的绝缘劣化问题，展开热氧老化试验研究。结果表明：热质量损失率随老化时间均匀变化，可较好地预测使用寿命;局部放电量、介质损耗角正切值、相对介电常数均呈现分段式变化趋势，体积电阻仅在临近老化终点显著下降；醚键的大量断裂是导致材料绝缘失效的主要原因；环氧树脂随老化时间的增加，表面分裂形成颗粒状物质，裂隙增多，间距加大，为环氧树脂的绝缘状态监测提供参考。
碳化硅晶须/环氧树脂复合介质非线性电导特性研究
作者：迟庆国, 崔爽, 张天栋, 杨蒙, 陈庆国
摘要：在高压电气设备中使用非线性电场梯度绝缘材料可以有效缓解关键位置的电场集中。但具有优异非线性特性的复合介质往往需要掺杂大量无机填料，容易诱发填料团聚及其与基体的相容性差等问题，严重限制了复合介质在高压电气设备中的应用。因此，该文选用碳化硅晶须（SiCw）填充环氧树脂以改善其非线性特性，同时使用硅烷偶联剂（KH550）修饰SiCw，通过改善填料与基体的相容性进一步优化复合介质的绝缘性能。结果表明，与掺杂未修饰SiCw的复合介质相比，经1% KH550修饰的SiCw填料在基体中的分布更均匀,与环氧树脂的相容性更好。同时，用1% KH550改性的SiCw掺杂的复合材料实现了在低掺杂量下获得显著的非线性特性，并且在较高掺杂量下使击穿强度的下降得到明显的抑制。
超支化聚酯改性纳米SiO2/环氧树脂的电树枝生长特性
作者：杨国清, 刘庚, 王德意, 王闯, 李嘉昕
摘要：为研究超支化聚酯界面修饰对纳米SiO2/环氧树脂（EP）复合材料电树枝生长特性的影响，分别基于化学接枝与等离子体辅助接枝两种界面修饰方法，制备不同填充质量分数的纳米SiO2/EP复合材料。利用针-板电极进行局部放电测试和电树枝实验，并观察电树枝的生长情况。结果表明：通过等离子体对纳米SiO2表面接枝后，复合材料出现0.99~1.53eV深陷阱；填充3%时，复合材料的局部放电起始电压达到峰值14.5kV，较纯EP提高了55.9%；填充5%时，其耐电树枝性能达到最优；并且在相同填充质量分数下，其电树枝的复杂程度更高。研究发现，等离子体辅助接枝改性，提高了复合材料界面结合强度，并引入了深陷阱，进而改善了纳米SiO2/EP复合材料电树枝生长特性。