抢鲜看｜《电工技术学报》2020年增刊2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

一种消除双探头磁通门磁强计在磁场测量中邻频干扰的方法

作者：田峥；张爱兵；周斌；马玲；关燚炳

摘要：风云四号卫星A星搭载高精度磁通门磁强计,是国内首次对地球同步轨道开展高精度磁场探测。仪器采用双探头梯度法测量消除卫星本体的剩磁,实现高精度、高可靠性,双探头共用电子学箱减轻了仪器重量。但由于双探头磁强计各自采用独立同频频率源,带来了双探头同时工作时的邻频干扰问题。该文分析了邻频干扰产生的原因,比对了几种削弱电磁波空间辐射影响的方法及可行性,最终采用扩大频率源的频差,在信号处理中增加二级有源低通滤波的处理方法。实验结果表明,该方法能够将邻频干扰噪声幅度衰减2个数量级以上,满足任务需求,从根本上解决磁通门磁强计双探头梯度法测量方案中的邻频干扰问题。

B探针测速及基于激光方法的精度研究

作者：李菊香；曹斌；范志国；国伟；陈彦辉

摘要：该文对B探针的电磁感应原理进行分析,指出使用B探针测量电枢通过其位置的时间存在一定的误差。分别介绍了用B探针和激光测量电磁轨道炮电枢膛内运动速度的原理,搭建了响应快、精度高的激光测量电枢位置系统,设计了B探针和激光两种测量电枢速度的对比实验,通过实际发射实验,获得一定的实验数据,对激光测量电枢通过时的信号波形进行分析。对激光测量电枢速度的不确定误差进行分析和计算,以激光测量电枢速度为基准,对B探针测量电枢速度进行精度计算,获得了B探针测量电枢速度的精度。通过实验分析,研究结果在工程应用上具有一定的参考价值。

多级同步感应线圈发射器电枢内部强磁场屏蔽与优化

作者：管少华；关晓存；郭灯华；王帅

摘要：该文解决了多级同步感应线圈发射器电枢内部的强磁场分布以及屏蔽优化问题。首先,分析在发射过程中电枢内部无屏蔽时的磁感应强度分布和电磁性能;然后,对屏蔽体采用单层导磁和导电材料以及三层组合的方式在不同厚度时的屏蔽效能和电磁性能作了对比;最后,对组合屏蔽方案在不同位置以及不同厚度时进行优化。仿真结果表明,磁感应强度较高时,单层导电材料的屏蔽效能要优于导磁材料,磁感应强度较低时相反;组合屏蔽方案时,在电枢的前部由于磁感应强度低而使屏蔽效果较优。该文提出优化方案:屏蔽体的位置位于电枢前部,组合方案为0.5mm铜、0.5mm铜以及2mm低碳钢Steel_1008,屏蔽前后磁感应强度分别为0.330 3T和0.155 2T,屏蔽效能为6.560dB。

电磁轨道炮电枢多场耦合分析与试验研究

作者：高博；邱群先；郄文静；马新科

摘要：电枢是电磁轨道炮的关键部件之一,其结构直接影响轨道炮的发射性能。在轨道炮发射过程中,电枢与轨道接触面上流过强大的电流,局部高温会导致金属材料熔化,从而影响接触性能。该文基于对电枢的功能分解建立典型C型电枢的参数化模型,重点围绕普通C型电枢和马鞍C型电枢,利用有限元软件Ansys对其电磁场-温度场-结构场进行多场耦合分析,并在发射装置样机上开展动态发射试验。试验结果验证了仿真分析的正确性,同时为电枢设计提供了技术支撑。该文的研究成果对固体C型电枢的设计与试验具有重要参考意义。

基于曲面柔性线圈的无线充电系统曲率角分裂抑制与性能优化

作者：闻枫；荆凡胜；李强；王韬；楚晓虎

摘要：曲面柔性接收线圈可以很好地贴合柱形物体,如肢体、电机、导弹、火箭等,其结构特性扩展了无线电能传输技术在可穿戴设备以及其他民用或军用领域的应用。为提高不同穿戴人群或应用场合下设备无线充电的性能,该文通过理论计算、仿真和实验分析,研究曲面线圈接收的磁链与曲率角、收发线圈参数之间的关系,量化曲率角分裂发生的条件,探寻曲率变化时收发线圈的最佳参数。结果表明,通过保持线圈间适当的距离并且避免曲率角分裂的发生可以在很大程度上弱化线圈曲率变化引起的无线充电性能下降。同时,优化线圈参数让系统工作在临界分裂状态,可使系统获得最优的功率输出并保持不同弯曲程度下传输功率的稳定性。实验中通过优化设计的接收线圈在50°~130°范围内弯曲时,电流变化率最大值仅为4.3%。

双边LCC感应耦合式无线电能传输系统的稳定性分析与效率优化设计

作者：蔡进；吴旭升；胡风革；孙盼；孙军

摘要：双边LCC感应耦合式无线电能传输系统的软开关特性易受系统参数扰动影响。为提高系统零电压软开关的稳定性,该文推导系统等效输入阻抗角模型和效率模型,对系统多拓扑参数进行扰动分析,并研究负载变化对系统等效输入阻抗角和效率的影响,给出关键参数配置方法。搭建一台工作频率为86kHz、输出功率2kW、传输距离15cm的实验样机验证了理论分析的正确性。仿真和实验结果表明,该方法具有较好的负载适应性。

用于电动汽车无线充电线圈互操作性评价的量规设备研究

作者：杨光；宋凯；黄晓华；李津；朱春波

摘要：随着电动汽车无线充电技术的发展,充电线圈的类型越来越多。然而,由于不同线圈对磁通分布的需求各异,不同种类产品的发射端和接收端之间难以实现互操作,阻碍了不同技术路线间的互联互通。为准确评价不同线圈间的互操作性,该文首先选择线圈间基础互感值作为互操作性评价指标,分析其与线圈互操作性之间的关系;然后,通过量规设备开路电压计算基础互感值的方法,解决基础互感值不易直接测量的问题;接着,针对SAE J2954标准中量规设备参数设计方法不明确的问题,分析不同参数对评价结果的影响,进一步提出一套量规设备参数优化设计方法,明确了不同参数的取值与设计原则;最后,设计了一套用于矩形线圈互操作性评价的量规设备样机,评价结果与功率测试结果相符,证明了提出的量规设备设计方法的有效性。

淋雨后高压直流导线电晕产生的可听噪声特性

作者：刘元庆；杨晓洪；姜脉哲；史丽鹏；李振杰

摘要：可听噪声是高压直流线路设计中必须考虑的一个重要因素,但目前导线在淋雨后的可听噪声特性缺乏深入研究。该文依托户外电晕笼试验平台,针对淋雨后高压直流分裂导线在电晕放电情况下对其产生的可听噪声随时间的变化特性进行研究。试验结果表明,导线淋雨后,随着时间的推移,导线产生的可听噪声逐渐增大;导线的电晕放电越强烈,由电晕产生的可听噪声稳定下来所需的时间越短;在高电场强度下的电晕放电稳定后再将电压降低至较弱电晕放电时,电晕放电产生的可听噪声依然很稳定。该文的研究结果对超/特高压直流输电线路的可听噪声测量和环保评价有重要意义。

电机与电器

基于绕组分布函数理论和动态磁网络的两种内置式永磁牵引电机解析建模方法

作者：陈威；吴桂初；方攸同

摘要：在高速列车中压大功率应用场合中,较低的开关频率迫使脉冲宽度调制(PWM)变流器采用低载波比的同步调制方式,使得永磁牵引电机的谐波损耗激增,正弦激励下的电机特性仿真分析已无法满足电机全局优化设计需求。高性能永磁牵引电机的设计不仅需要考虑电机结构产生的空间谐波,还需考虑PWM激励带来的时间谐波。有限元分析方法需要大量的计算资源,无法满足快速、准确的优化设计需求。针对此问题,该文分别基于绕组分布函数理论和动态磁网络方法建立两种内置式永磁牵引电机解析模型,对电机空载、正弦与PWM激励额定工况下的电磁特性进行分析,通过有限元分析与实验验证并分析对比两种解析模型的准确性,为PWM激励下永磁牵引电机解析计算提供理论指导。

基于非对称绕组函数法永磁同步电机偏心电感参数的研究

作者：刘凯；张炳义；冯桂宏

摘要：针对永磁电机偏心电感计算问题,通过引入绕组谐波磁动势畸变系数,对传统基于基波磁动势绕组函数进行改进与推导,提出一种非对称绕组函数法计算分析永磁电机偏心电感的方法。该方法将气隙半径函数、磁隙逆函数、绕组匝函数与谐波磁动势畸变系数计及到永磁电机偏心电感计算中,推导出基于非对称绕组函数法永磁电机偏心电感计算的数学模型,得到偏心电感与偏心率和转子位置之间的变化规律,实现了对偏心电感更为准确的分析计算。通过有限元仿真与该方法计算结果对比,验证了基于非对称绕组函数法分析计算永磁电机偏心电感的准确性,为永磁电机偏心运行时电感参数的分析计算方法提供基础与参考。

基于高阶快速终端滑模扰动观测器的永磁同步电机机械参数辨识

作者：梁戈；黄守道；李梦迪；吴轩

摘要：针对内置式永磁同步电机机械参数辨识过程中误差大、收敛慢的问题,提出一种基于高阶快速终端滑模扰动观测器的参数辨识方法。该方法通过建立系统实时扰动模型,并结合简单的电机加减速法,可实现对电机摩擦系数B和转动惯量J的在线辨识;在准确辨识出B、J后,借助观测器平滑的扰动输出值进行在线辨识外部负载转矩,可以达到很好的转矩脉动抑制效果。最后通过dSPACE实验平台验证了基于高阶快速终端滑模扰动观测器的机械参数辨识策略的有效性。

基于五相电流源型逆变器的一种新型PMSM就近空间矢量容错组合策略

作者：陈超；陈振；赵静；高聪哲；刘向东等

摘要：随着社会的发展,舰船、卫星、电动汽车等领域对电机驱动系统可靠性的要求越来越高,与电机本体相比,驱动器更容易发生开路故障,这使驱动器开路故障容错策略研究受到越来越广泛的关注。该文基于五相电流源型PMSM驱动系统,针对驱动器开路故障,提出一种就近空间矢量容错组合策略。该策略根据空间电流矢量幅值与相位的特点,结合矢量控制原理,在开路故障条件下就近选择空间电流矢量进行目标电流矢量合成,实现电磁转矩的平稳控制并维持电机的平稳运行。该策略简单方便,解决了传统电压源型驱动系统中容错控制策略开关频率不固定的问题,提高了系统稳定性。仿真实验表明,在故障条件下,该容错策略可以有效地实现电机继续平稳运行的目标。

基于虚拟同步发电机技术的改进型背靠背起动方法

作者：陶亮；孙建军；查晓明；宫金武

摘要：背靠背起动作为一种传统的大容量同步电机起动方式,需要两台额外的物理电机提供支持,而且操作和调节过程也相当复杂。针对这一问题,该文通过采用虚拟同步发电机(VSG)技术,提出一种改进型大容量同步电机背靠背起动方法,用控制成VSG的级联H桥变换器(CHB)替换原动机和同步发电机。新的起动系统不仅解决了原系统存在的问题,而且转子初始相对位置角、VSG的阻尼转矩都变为可调项,新增的无速度传感器转速闭环控制也使得对同步电机速度的控制更加精准。此外,该文研究了在计及系统稳定性时提高机械转矩增长速率和减缓阻尼转矩增长速率来加快起动过程的可行性,并通过硬件在环实验验证了所提改进型背靠背起动方法的有效性。

多振动信息下的高压断路器机械故障随机森林融合诊断方法

作者：马速良；武建文；袁洋；贾博文；罗晓武等

摘要：高压断路器的健康状况对电力系统有着重要影响。随着人工智能的发展,众多先进方法被应用于高压断路器的故障类型识别。目前,相关研究大多致力于改进基于单个传感器的特征提取过程或分类方法,以获得更高精度。然而,改进后的方法只能接近于数据信息所决定的上限,忽视了单一信息对故障辨识能力的有限性。因此,该文提出一种基于随机森林的多传感器联合决策方法。首先,分析不同位置振动信息在典型故障下的特征差异;然后,从随机森林出发,设计多传感器融合诊断过程;最后,基于高压断路器实验平台,对比六种典型分类器和不同传感器组合下随机森林融合方法的诊断结果,验证了所提方法可以显著提高故障诊断性能,为推动高压断路器故障定位应用提供了新思路。

LCC谐振式永磁机构储能电容恒流充电控制

作者：袁臣虎；杜永恒；刘晓明；王坤；段斌伟

摘要：针对真空断路器永磁机构分合闸储能电容恒流充电问题,在分析LCC谐振变换器谐振电流断续模式(DCM)输出特性的基础上,采用模糊恒流控制算法。为解决LCC谐振变换器随着充电电压上升,传统PFM控制难以维持恒流输出从而导致电能传输能力下降问题,采用临界断续频率追踪控制思想,提出一种无需通过精确测量寄生电容参数建立精准数学模型的临界断续频率追踪方法,建立模糊控制器并结合实时临界断续频率实现零电流关断和反向谐振电流同步续流,以提高电能传输效率,实现对永磁机构储能电容的快速恒流充电。实验结果表明,该文提出的模糊恒流控制算法和临界断续频率追踪方法实现了储能电容的恒流充电,并具有工程可行性。

电力电子

背靠背三电平变流器IGBT共叠层母线过电压耦合分析及解耦方法

作者：耿程飞；杨波；吴翔；谭国俊；张明华

摘要：背靠背三电平变流器广泛应用于中压交流传动领域。单个三电平逆变器某一时刻只能存在一种换流过程。当三电平整流侧IGBT和逆变侧IGBT被放置在同一条母线上时,由于两者控制策略上的不相关性,会存在一定的电磁耦合影响,对IGBT的安全运行造成一定的威胁。该文以一种存在耦合影响的三电平叠层母线作为研究对象。首先,采用部分单元等效电路(PEEC)建立母线的等效电路模型;其次,分析整流侧和逆变侧IGBT开关暂态过电压耦合问题,并建立IGBT过电压耦合函数;进一步,对存在过电压风险的IGBT给出脉冲解耦方法;最后,通过实验对IGBT存在的过电压耦合问题和脉冲延时方法进行验证。该文的研究对于多逆变器功率器件共叠层母线设计及IGBT可靠应用具有指导意义。

一种新型磁集成高增益耦合电感倍压Boost变换器

作者：李洪珠；刘飞扬；刘艳；李洪璠

摘要：提出一种新型磁集成高增益耦合电感倍压Boost变换器,该变换器由两个带耦合电感单元的Boost拓扑电路组合而成,两个开关管工作方式相同,通过改变两个耦合电感的匝数比提升变换器电压增益。分析耦合电感在不同模态下的等效电感和其对变换器工作状态的影响;给出变换器主要工作波形和各模态等效电路;推导变换器电压增益的表达式;分析开关管和二极管电压与电流应力;为减小电感电流纹波对两个耦合电感单元进行磁集成,并给出磁集成后电感电流纹波表达式。建立耦合电感漏感模型并推导漏感对变换器电压增益影响的表达式。分析结果表明,变换器具有电压增益较高、开关管电压应力较低、电感电流纹波较小等优点。通过实验验证了理论分析的正确性。

零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器

作者：鲁思兆；吴雷；李思奇；韦光勇

摘要：针对传统的两电平双向DC-DC变换器开关管电压应力较大和输入输出电流及电感电流纹波较大的问题,提出一种零电压开关N型交错并联三电平双向DC-DC变换器。该变换器采用两相三电平交错并联的结构,以开关管依次移相90°的方式导通,减小了输入输出的电流纹波和开关管的电压应力;通过变频软开关控制使该变换器在宽范围负载内能实现所有开关管的零电压开通(ZVS),提高变换器的工作效率。文中详细分析该拓扑结构的工作原理和数学模型,推导出电感电流纹波、输入电流纹波与占空比的关系。同时,在实现ZVS的工作状态下推导电感最小负电流、电感平均电流和开关频率之间的关系。最后,搭建50V/200V 650W的实验样机,对理论分析结果进行实验验证。实验中变换器的所有开关管均实现了ZVS且输入电流纹波几乎为0,其满载效率为96.85%。

正-反激组合变换器变压器的优化设计

作者：彭银乔；刘树林；吴浩；陆斌；吴星

摘要：为了设计正-反激组合变换器的变压器的优化方法,分析单管单变压器结构正-反激组合变换器组成原理和工作特性,以及变压器匝比对变换器工作模式和传输功率的影响,指出变换器正激期间传输的功率随着变压器匝比的增加而减小,反激期间传输的功率随着变压器匝比的增加而增加。经过分析变压器对变换器输出纹波电压的影响,发现其输出纹波电压的大小随负载电阻和输入电压的增大而减小,同时还随变压器匝比的增加而增大。最后综合分析变压器的匝比和电感量对变换器整机性能的影响,给出基于输出纹波电压的变压器匝比和电感量的优化设计方法,并通过实验验证理论分析和优化设计方法的正确性。

抑制输出能量倒灌的二次侧自复位正激变换器的能量传输过程分析

作者：刘树林；张海亮；王航杰；彭银乔；黄鲲

摘要：针对传统单管正激变换器磁复位方式存在的不足,提出一种应用于单管正激变换器的二次侧自磁复位方法。在基本正激拓扑基础上,通过引入储能电容、辅助电感和两个二极管构造励磁能量转移通路,将变压器的励磁能量传输至负载端,提高变压器利用率。深入分析变换器工作在“正激CCM(L1)/DCM(L2)+反激DCM”时的能量传输过程;对该模式下的基本关系式进行推导,得出输入输出关系以及临界电感的表达式;对关键元件的参数进行分析。不仅实现可靠磁复位,且变换器效率较电阻、电容、二极管型(RCD)复位方式提高了4.7%。实例及实验结果验证了所提出电路的可行性及理论分析的正确性。

数字控制延时对电流环解耦有效性的影响

作者：张森；赵剑锋；刘康礼；赵志宏；李保润

摘要：分析数字控制延时对同步旋转坐标系下的两种电流解耦方法(电压前馈解耦和复系数PI控制器解耦)有效性的影响,揭示开关频率较低或控制频率较高情况下解耦失效的本质,进而提出通过延时补偿来有效抑制电流环的耦合,从电流环的解耦有效性、电流环的动态响应速度方面比较两种解耦方法的优劣。在相同的条件下,相比于电压前馈解耦方法,复系数PI控制器解耦方法的d、q轴电流耦合度大约是其50%,动态响应速度是其两倍。仿真和实验结果验证了理论分析的正确性。

电力电子在电力系统中的应用

虚拟同步发电机接口变换器并联运行虚拟阻抗自适应控制

作者：温春雪；黄耀智；胡长斌；朴政国；周京华等

摘要：随着虚拟同步发电机(VSG)技术在微网以及主动配电网中应用的增多,VSG接口变换器并联运行越来越广泛,其中的环流和功率分配不精确问题也成为研究重点。该文首先引入虚拟阻抗,分析两台VSG接口变换器并联运行的功率均分原则。其次针对传统虚拟阻抗算法无法对线路阻抗进行调节的缺陷,设计一种虚拟阻抗自适应的算法,同时给出参数取值依据,实时计算线路两端的阻抗值,自适应虚拟阻抗可自动平衡线路之间的差异,更好地解决VSG接口变换器并联运行的功率均分问题。最后对VSG接口变换器并联运行的各种工况进行Matlab/Simulink仿真验证,证明了所提出的算法的有效性与正确性。

并网逆变器与电网阻抗交互失稳机理及阻尼策略

作者：汪春江；孙建军；宫金武；查晓明

摘要：随着新能源并网规模的不断增大,并网逆变器与电网阻抗交互作用愈加显著,逆变器与电网阻抗的交互作用会降低并网系统功率变化阻尼效果,从而导致逆变器与电网间按特定频率交换显著的能量,引发振荡等失稳问题。该文针对此现象,建立并网逆变器系统的小信号模型,从阻尼角度分析电网阻抗与并网逆变器交互失稳机理。在此基础上,提出一种可提升弱电网下并网逆变器系统功率振荡阻尼效果的控制策略,该控制策略将直流电压微分量引入到电压环及电流环输入环节,实质是在直流侧串联虚拟电阻,从而提升系统阻尼。理论分析表明,该策略不仅能改善并网逆变器稳定性,还可扩大逆变器稳定控制参数域。最后通过硬件在环仿真验证了所提方法的有效性。

基于光伏电站暂态特性的自适应暂稳控制方法

作者：余墨多；黄文焘；邰能灵；马洲俊；贺杨烊

摘要：光伏电站作为一种解决能源危机的重要可再生能源应用受到全世界广泛关注。光伏电站由于难以在并入电网后提供平衡电网频率的惯性,在并网后存在暂态不稳定的风险。该文基于逆变电源暂态稳定性机理的研究,提出一种针对光伏电站的自适应暂态稳定控制方法。暂态稳定性机理表明下垂控制中的有功、无功下垂参数与暂态稳定能力分别呈负相关与正相关。根据此相关性,暂态稳定控制方法自适应地调整下垂控制参数,增强暂态稳定能力。基于光伏电站并网特性,提出了使自适应暂态稳定控制方法在暂态事件发生后参与控制的启动算法,降低了自适应暂态稳定控制方法对非暂态运行的影响。在PSCAD/EMTDC平台上完成了针对自适应暂态稳定控制方法适用性的仿真实验,实验结果证明自适应暂态稳定控制方法能够有效提高光伏电站暂态稳定能力。

适应多能源基地远距离输送电能的混合四端直流输电系统控制策略研究

作者：孟沛彧；王志冰；迟永宁；杨睿璋；向往

摘要：为将大规模可再生能源远距离输送到不同的负荷中心,提出一种适用于多个能源基地远距离输电的混合四端直流输电系统。系统采用电网换相换流器(LCC)和模块化多电平换流器(MMC)作为送端,两个MMC换流站作为受端。介绍系统的拓扑结构和数学模型,设计协调控制方案,分析混合直流输电系统的启动过程。利用换流站控制与直流侧开关的配合,设计混合四端电网的直流故障无闭锁穿越策略。在PSCAD/EMTDC中搭建四端电网仿真模型,验证该系统在启动、直流故障及无闭锁穿越等工况下的运行特性。研究结果表明,该系统可为新能源的大规模送出提供一种新选择。

电力系统

含电转气的微型能源网日前经济优化调度策略

作者：刘志坚；刘瑞光；梁宁；刘晓欣

摘要：含多种能源转换设备的微型能源网,可通过不同能源间的相互转换,提高可再生能源就地消纳率。为此,该文提出一种含电转气(P2G)的微型能源网日前优化调度策略。首先,在研究电转气及气储能设备参与微型能源网调度的基础上,揭示其对微型能源网经济运行和可再生能源消纳的影响机理;其次,在分析微燃机与P2G电气耦合机理基础上,以能源集线器的方式建立电、气、热、冷联供的微型能源网模型,并通过能量转换矩阵揭示能量供给、转换和消耗三者之间的关系;然后,在考虑P2G收益的基础上,建立以微型能源网运行成本最小为目标的日前最优经济调度模型;最后,以设立对照的方式做进一步验证。结果表明,所提策略对系统运行成本及可再生能源消纳均起到了积极的作用。

分时电价模式下电动公交快速有序充电策略

作者：蔡子龙；束洪春

摘要：发展纯电动公交对减少石油消耗量和改善城市环境具有十分重要的意义。以满足电动公交运营为前提,提出一种分时电价模式下能使电动公交经济运行的快速充电策略。首先求出所有满足时间和电量约束的电动公交可行车次链,并通过优化模型求出每条可行车次链的最优充电策略。其次建立电动公交最优车次链选择模型,通过该模型选择出满足约束且运行成本最低的可行车次链集。最后建立以充电负荷波动最小为优化目标的最优车次链夜间充电二次规划模型。以一条电动公交线路行车计划和充电计划编制为例,比较有序充电策略和无序充电策略的计算结果。结果表明,该文所提电动公交充电策略能起到削峰填谷、降低负荷波动的作用,并且充电成本更低,可作为电动公交制定行车计划和充电计划的参考。

饱和铁心型超导限流器在柔直系统中的限流特性研究

作者：谭翔宇；任丽；唐跃进；石晶；徐颖

摘要：饱和铁心型超导限流器是一种新型故障限流装置,在处理电力系统短路故障方面具有广阔应用前景。该限流器利用铁心的饱和特性,具有响应速度快、限流过程不失超等优点。但是,目前对于饱和铁心型超导限流器的研究主要集中在交流系统,对其在柔性直流输电系统中的应用效果及限流特性的研究较少。该文分析了饱和铁心型超导限流器在柔直系统中的限流机理,基于PSCAD/EMTDC,研究了限流器在基于模块化多电平换流器的柔性直流输电(MMC-HVDC)系统中的限流特性。结果表明,饱和铁心型限流器对柔直系统短路电流峰值具有很强的限制作用,但无法限制故障稳态电流值。最后,分析了励磁电流大小对铁心饱和状态及限流器限流效果的影响,明确了励磁电流的选取原则。

基于磁流体动力学的配电线路树-线早期故障仿真分析

作者：丛子涵；刘亚东；严英杰；方健；江秀臣

摘要：为研究配电线路树-线早期故障中电弧的发展特性,基于磁流体动力学理论,建立树闪电弧仿真模型,研究树枝-导线的分离速度及自然风速对电弧发展的影响。研究结果表明,分离速度的增加使得电弧在同一时刻的最高温度由14 315.1K降低至13 591.6K,且电压波形的燃熄尖峰值升高,燃弧尖峰出现时刻延后,熄弧尖峰出现时刻提前;自然风将使得电弧拉长,并驱使弧根在导线和树枝表面移动,弧根在树枝表面的移动距离持续增加,而在导线表面的移动距离先增后减;随着风速的增加,电弧的温度迅速下降,持续时间缩短,在20m/s的风速下甚至不能持续一个工频周期。

基于超级电容器的电网短路故障监测系统自供电电源研究

作者：李艳；刘树林；王颖

摘要：为改善传统电网短路故障监测系统的供电问题,提出一种可用于电网短路故障远程监测系统的自供电电源。电网发生短路故障后,自供电电源开始储存短路故障能量,通过快速对前置电容充电建立故障监测所需工作电压,并对超级电容器(SC)充电,获取监测系统发送故障信号所需能量。根据设定的前置电容迟滞上限电压及其建立时间、监测系统最小工作电压、正常工作状态所需功率,提出前置电容容量的设计方法;根据短路持续时间、SC的最小放电截止电压和最大工作电压及系统期望维持时间,提出SC容量的设计方法。设计了自供电电源样机,并应用于电网短路故障监测系统,实验结果验证了理论分析及自供电电源设计方案和方法的可行性。

含调谐半波长输电线路保护适应性分析

作者：韩一鸣；束洪春；范作云；曹璞璘；唐玉涛

摘要：特高压半波长输电线路受限于物理传输距离,受到客观条件的限制,实际线路传输距离难以恰好满足半波长的条件,甚至可能远低于半波长距离,因此含调谐半波长输电线路将成为半波长输电线路的主要实现形式。在此基础上该文分析包括电流差动保护、距离保护以及方向元件三种现有特高压交流输电的主要继电保护方案,同时分析调谐装置前后信号差异,利用PSCAD/EMTDC搭建仿真模型。结果表明,调谐装置会影响故障后电气量幅值并造成相位变化,除方向元件外,电流差动保护与距离保护皆不适用于含调谐半波长输电线路。

基于多因素改进Shapley的虚拟电厂利润分配

作者：麻秀范；余思雨；朱思嘉；王戈

摘要：全球范围内的技术进步使得分布式能源(DERs)发展迅速,虚拟电厂(VPP)能有效整合各类型DER作为一个整体参与电力市场,但如何实现VPP中多利益主体间利润合理分配仍有待研究。该文采用条件风险价值(CVaR)衡量VPP成员不确定性带来的利润波动风险,构建计及多种DERs的VPP市场竞争模型,在风险可控的条件下使得VPP收益最大化。在此基础上,考虑内部成员风险水平、利润贡献度和利润增长率,基于多因素改进Shapley值法提出一种适用于多成员的VPP利润分配模型。算例仿真结果表明,该文所提模型能有效提高VPP整体及其内部成员参与市场竞争后的收益,在各种风险水平下都能保证利润分配公平性和合理性,有利于激励DERs加入VPP,提高联盟稳定性。

高电压与放电

碳纤维航空复合材料雷电流A分量作用后表面形貌及电阻变化

作者：王建国；单飞；周蜜；樊亚东；蔡力

摘要：碳纤维树脂基复合材料广泛应用于飞机制造,需要进行必要的雷电防护。该文对表面全喷铝、网格喷铝、铜网全铺和网格铜网四种表面防护形式的碳纤维复合材料及未进行表面防护的碳纤维复合材料开展了雷电流A分量直接效应雷击试验,测量了雷击前后试样表面电阻,并对各类防护形式的防雷击效果进行了对比。试验结果表明,雷击试验前,四类防护方式的碳纤维复合材料六条边表面电阻均具有对称性,各边表面电阻值均在20~40mΩ,其中网格喷铝及网格铜网防护形式的电阻大于全喷铝及铜网全铺防护形式的电阻;雷击试验后,四种防护形式的碳纤维复合材料表面电阻对称性出现明显变化,同时电阻阻值明显增大。全喷铝、铜网全铺表面防护形式的表面电阻分别增大4.7倍和4.4倍,网格喷铝及网格铜网的表面电阻分别增大0.9和1.5倍。未进行防护的碳纤维树脂基复合材料雷击损伤严重,表现为纤维断裂、树脂汽化蒸发,四类防护层均具有良好的防雷击能力,网格类防护形式防雷击性能比全防护形式差,在防护层与下层纤维接触位置的纤维出现轻微损伤。

带长连续电流多重回击作用下500kV避雷器温升特性分析

作者：黎鹏；肖盼；屈莹莹；王宇；普子恒等

摘要：针对带长连续电流多重回击作用下金属氧化物避雷器(MOA)故障失效的问题,该文基于场-路耦合计算方法,研究了雷电绕击500kV直流输电线路时,长连续电流、回击幅值、回击次数和间隔时间对MOA温升特性的影响,并分析了考虑热累积效应和侧面闪络后,带长连续电流多重回击作用下MOA的温升变化。结果表明:长连续电流及多重回击间隔时间对MOA温升的影响较小,10次回击作用下MOA的最大温升可达到150.7℃,考虑热累积效应后,最大温升增大了6.6℃左右;多重回击作用下,当MOA出现单节侧闪故障时,长连续电流会使故障处电弧难以熄灭,从而导致MOA温度迅速升高,更易出现热崩溃。

直流电压下燃烧颗粒在间隙中的运动和分布规律

作者：普子恒；王子鸣；史星涛；孙睿康；黎鹏

摘要：山火容易引发输电线路跳闸事故,现有研究表明,植被燃烧产生大量颗粒物,在火焰中荷电并在导线下方形成颗粒链,其畸变电场和触发放电是导致间隙击穿的关键因素。为分析直流正极性与负极性条件下空间电场畸变的差异,需要对燃烧颗粒在间隙中的运动和分布规律进行研究。为此,该文首先结合试验分析正、负极性直流电压下颗粒的运动特性;然后建立温度、流体、电场和颗粒运动的多物理场耦合仿真模型,仿真分析正、负极性电压下不同颗粒的受力特性和运动过程;最后结合燃烧颗粒特点分析颗粒分布规律。研究结果表明,随着颗粒粒径的增加,其被电极捕捉吸附的临界荷质比越小,粒径相对较大的颗粒容易被电极捕捉,而小颗粒易随热气流扩散和飞升。

基于不同油纸介电常数配比的油纸沿面放电仿真

作者：陈刚；黄正勇；段瑜；李剑；姚德贵

摘要：油纸绝缘系统是保证变压器绝缘性能的重要部分,而油纸表面放电则是导致变压器失效的主要原因之一。该文通过电荷连续性方程和高斯泊松方程构建油纸放电的数学模型及针/板电极仿真模型。研究正雷电冲击电压下不同油/纸介电常数配比系统中纸板与电场方向平行及垂直时的放电特性,分析油纸沿面放电时的电场分布特性和空间电荷分布特性,以及不同油/纸介电常数配比对流注传播路径的影响。结果表明,油/纸介电常数配比直接影响着流注的发展形貌;且纸板介电常数大于绝缘油时,流注越易沿纸板表面发展,流注分布越不均匀。该研究对油纸绝缘系统的设计和选材具有重要的指导意义。

脉冲功率源瞬态反向过电流机理及优化

作者：徐麟；张军；刘佳；董健年；王浩

摘要：针对脉冲功率源使用过程中出现的反向浪涌过电流问题,该文建立带有充电机输出端整流桥的脉冲成形网络等效电路。采用理论分析与仿真计算相结合的方法,讨论电路放电三个阶段的机理,分析充电机输出端整流桥过电流烧毁的原因,并提出抑制反向浪涌过电流的方法。研究表明,充电机整流桥与脉冲电容器反向并联后改变了原有脉冲成形网络拓扑结构,由于回路分布参数的影响,整流桥在换路阶段与续流硅堆同时导通,并产生瞬态浪涌过电流。晶闸管在换路后没有截止,电容器通过晶闸管回路不断充放电。采用在整流桥支路串接大功率阻尼电阻的方法可以有效降低浪涌过电流,并使晶闸管正常关断,电容器反压通过整流桥支路释放能量,延长电容器使用寿命。实验结果表明,阻尼电阻能有效降低反向浪涌过电流,整流桥没有再出现损坏。该方法有助于提升紧凑型脉冲功率源的可靠性,为后续脉冲功率系统设计提供了参考。

电能存储与应用

质子交换膜燃料电池/电解槽系统建模及负荷追踪策略

作者：陈锦洲；林飞；何洪文；王亚雄

摘要：质子交换膜燃料电池与电解槽联合系统具备发电与储能功能,且在发电过程中不受卡诺循环限制,效率高、无污染,在供电/储能领域具有较为广泛的应用前景。该文研究一种由质子交换膜燃料电池/电解槽和辅助电源组成的混合供电系统及其能量管理策略,其中辅助电源包括光伏电池和蓄电池。该混合供电系统主要由质子交换膜燃料电池追踪负荷变化满足供电需求,辅助电源和电解槽用于高负荷条件的联合供电或低负荷条件的能量回收,以保证系统高效稳定运行。最后在Matlab/Simulink环境下建立质子交换膜燃料电池/电解槽系统数学模型,通过分析用户的负荷需求,提出供电系统的负荷追踪策略,并采用算例进行仿真分析来验证模型和策略的有效性。

车用复合电源系统在线自适应能量管理

作者：陈欢；林程；熊瑞

摘要：为提高复合电源系统中锂离子动力电池和超级电容器的功率在线优化分配性能,提出了一种能够在线自适应优化控制的系统能量管理策略。首先,采用二阶马尔科夫链模型进行车辆工况的预测,以提高工况预测准确性。然后,建立复合电源系统优化目标函数,结合模型预测控制算法框架进行系统功率的在线优化分配。为提高不同工况下的系统工作效率,在优化目标函数中引入自适应参数因子。结果表明:相比于规则控制,基于在线自适应能量管理策略的复合电源系统的能量损耗明显下降。特别是在预测时域为5s时,系统工作效率相比于基于规则策略提高了3.3%,相比于基于一阶马尔科夫链模型和固定参数因子的模型预测控制策略提高了0.9%。

一种串联蓄电池系统多重多状态能量均衡器及其控制方法

作者：刘红锐；张开翔；郭奕旋；尹荣；钱晶

摘要：针对大型串联锂电池组中各单体电池能量不均衡、充放电容量受个别单体电池影响等问题,该文提出一种串联蓄电池系统多重多状态能量均衡器及其控制方法。静置状态下的第一、二重均衡,各电池单元同时工作,提高了串联电池组中各电池单元内部单体电池能量一致的速率;第三重均衡中三种不同状态下的三种不同均衡方式,使得电池单元与可调电压源之间实现能量快速转移,且串联电池组充放电容量得到有效提升。此均衡器结构易于模块化,均衡原理简单,均衡速度快,适用于大型串联电池组系统。该文详细介绍了均衡器基本原理与控制方法,并搭建实验平台进行均衡实验,结果证明了该均衡器的可行性。