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    1. 基于组合赋权和改进灰色关联分析的配电网可靠性影响因素研究
    王梦帆, 郑建勇, 梅飞
    电气工程学报    2022, 17 (1): 41-48.   DOI: 10.11985/2022.01.006
    摘要544)   HTML10)    PDF(pc) (264KB)(136)    收藏

    为了对配电网可靠性进行准确、快速评估,为合理选择可靠性提升措施提供依据,构建了基于组合赋权和改进灰色关联分析的可靠性评估及其影响因素分析模型。首先,采用G1-CRITIC法(Order relation analysis method-criteria importance though intercrieria correlation,G1-CRITIC)并结合基于最小二乘的组合赋权模型进行合理赋权,确定可靠性综合评价指标。其次,选取关键因素构建可靠性影响因素指标体系。然后,引入动态分辨系数增强数据差异性以弥补传统灰色关联分析的不足,并结合理想解法(Technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)思想,计算各影响因素相对于可靠性综合评价指标的综合灰色关联度并排序,作为可靠性提升措施参考依据。最后,通过实际算例验证所提方法的有效性。

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    2. 柔性多状态开关的改进协调控制策略*
    周飞杨, 王楚扬, 张犁, 林金娇, 孔祥平, 郑俊超
    电气工程学报    2022, 17 (1): 49-55.   DOI: 10.11985/2022.01.007
    摘要490)   HTML11)    PDF(pc) (323KB)(177)    收藏

    在分布式新能源技术的快速发展下,柔性多状态开关(Soft open point,SOP)的各端口协调控制对配电网的稳定运行至关重要。当SOP采用主从控制时,只有定直流电压控制的主换流器进行功率平衡。然而,当系统出现较大的功率波动时,有主换流器功率超调和直流侧电压越限的问题出现。为了防止只有单个换流站进行功率调节而影响系统的稳定运行,提出一种改进型协调控制策略。利用直流电压波动值与系统中不平衡功率的正相关性,在定功率外环控制器引入直流电压变化跟随器,动态调整从换流器的功率指令值,进而使从换流器在功率波动时也参与功率调节。该策略使多个换流器同时参与功率调节,且SOP可以在不同控制模式中平滑切换。最后,搭建了三端SOP的PLECS仿真模型,验证了改进协调控制策略的正确性和有效性。

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    3. 脉冲功率负荷接入下微电网的稳定性研究现状与展望*
    孟志远, 徐海亮, 刘春震
    电气工程学报    2022, 17 (1): 2-14.   DOI: 10.11985/2022.01.002
    摘要271)   HTML24)    PDF(pc) (432KB)(632)    收藏

    近年来,微电网和电力电子技术的快速发展为脉冲功率负荷提了新的应用环境和平台,脉冲功率负荷在全电化战车和船舶电力系统中得到大量应用。然而,这些脉冲负载由于其特有的运行特性,给车载微电网的稳定、安全运行带来了重大挑战,相关技术研究较为丰富。对此,聚焦脉冲功率负荷对微电网稳定性的影响,总结国内外研究情况,包括电子雷达、电磁发射与回收装置、脉冲武器等脉冲功率负荷类型,周期性扰动、强非线性负荷对母线电压和频率的影响等失稳机理,稳定性分析方法、储能技术、虚拟同步技术等应对策略。最后,对下一步脉冲功率负荷下微电网稳定性的研究方向进行分析,并对后续研究进行展望。

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    4. 基于KPCA与IHHO-LSSVM的电力变压器故障诊断方法研究*
    宋立业, 范抑伶, 王燚增
    电气工程学报    2022, 17 (1): 95-103.   DOI: 10.11985/2022.01.013
    摘要243)   HTML15)    PDF(pc) (888KB)(268)    收藏

    为提高电力变压器故障识别精确度,提出基于核主成分分析(Kernel principal component analysis,KPCA)与改进哈里斯鹰算法(Improved Harris hawk algorithm,IHHO)优化最小二乘支持向量机(Least square support vector machine,LSSVM)的电力变压器故障诊断方法。首先,利用核主成分分析对变压器原始故障数据进行预处理,去除冗余数据;其次,结合Sigmoid变形函数以及点对称策略改进传统哈里斯鹰算法(HHO),并与HHO和遗传算法(Genetic algorithm,GA)进行性能对比,证明求解精度和网络收敛速度有所提升;最后,采用IHHO对LSSVM的相关超参数进行优化求解,获取KPCA与IHHO-LSSVM相结合的变压器故障诊断模型。结果表明所提模型的诊断精度为95.6%,同其他故障诊断模型相比分别提高了8.9%、16.7%,证明了所提方法能够有效地提升变压器故障诊断性能。

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    5. 光储微电网功率优化方法及协调控制策略研究*
    刘艳东, 胡祎文, 陈楠, 王菁月, 邵鑫铭, 裴忠晨, 刘闯
    电气工程学报    2022, 17 (1): 22-30.   DOI: 10.11985/2022.01.004
    摘要242)   HTML12)    PDF(pc) (583KB)(160)    收藏

    光储微电网作为一种友好发电模式具有平抑网侧功率波动、光伏发电产能趋稳以及可调度性等优点,是实现“源-网-荷-储”系统稳定运行和可再生能源充分消纳的优选方案。围绕光储微电网功率优化与灵活运行提出了组件级配置方案和协调控制策略,进一步释放光伏发电潜力以及促进储能单元高效运行。首先,针对光伏组件失配导致的“木桶效应”及储能变换器效率低的问题,分别配置组件级光伏功率优化器和储能部分功率变换器,实现太阳能和电能最大化利用。其次,讨论光伏阵列和储能单元在并/离网工况下多种模式切换,考虑微电网各单元间功率动态平衡,提出一种光储微电网协调控制策略,实现各单元在不同控制模式之间平滑切换及功率自主分配。最后,利用Matlab/Simulink搭建30 kW光储微电网仿真平台,验证所提协调控制策略的可行性与有效性。

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    6. 基于动态一致性算法的直流微电网高品质协同控制*
    张昊, 李昱, 尹亚飞, 李真, 张祯滨
    电气工程学报    2022, 17 (1): 15-21.   DOI: 10.11985/2022.01.003
    摘要236)   HTML11)    PDF(pc) (318KB)(151)    收藏

    针对孤岛运行状态下的直流微电网,提出一种基于一致性算法的协同控制策略。该方法中各分布式电源控制单元仅通过与邻居单元进行信息交换,便可实现精确的电压控制和功率分配。然而,经典的协同控制方案需要同时获取其邻居节点的电压和电流信息,但是这往往会导致有较大的通信压力。因此提出一种统一的分布式控制架构,该架构将电压控制和功率分配两个控制目标合并在一起,消除了对邻居节点电流信息的需求,大大减少了对通信带宽的需求。最后,通过仿真验证了所提方法的有效性。

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    7. 基于自适应灾变遗传-循环神经网络的锂离子电池SOC估计*
    陈诚, 皮志勇, 赵英龙, 廖玄, 张明敏, 李勇
    电气工程学报    2022, 17 (1): 86-94.   DOI: 10.11985/2022.01.012
    摘要231)   HTML16)    PDF(pc) (714KB)(106)    收藏

    锂离子荷电状态(State of charge,SOC)的精准估计是锂离子电池安全稳定运行的基础。传统的误差反向传播(Back propagation,BP)神经网络估计SOC的精度不高,而循环神经网络(Recurrent neural network,RNN)也容易陷入局部最优。针对这些问题,提出了自适应灾变遗传-循环神经网络(ACGA-RNN)联合算法,将自适应灾变遗传算法(Adaptive cataclysm genetic algorithm,ACGA)用于优化RNN的初始权值和阈值,提高了最优权值和阈值的全局搜索能力,从而有效提升锂离子电池SOC的估计精度。基于锂离子电池充放电的试验数据,将所提ACGA-RNN联合算法与RNN、GA-RNN算法分别用于锂离子电池的SOC估计。测试结果显示,相较于传统的RNN算法与GA-RNN算法,提出的ACGA-RNN联合算法获得了最佳的SOC估计精度,在DST工况下的估计平均绝对误差为1.74%,低于传统RNN和GA-RNN的估计精度3.68%和2.49%;另外,在45 ℃和0 ℃条件下,ACGA-RNN联合算法估计的平均绝对值误差分别为1.75%和2.05%,符合国家标准要求。因此,提出的ACGA-RNN联合算法在锂电池的SOC估计方面具有良好的应用价值。

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    8. 一种级联Boost和Luo变换器的新型组合式单开关变换器*
    刘小荻, 岳舟, 姚绍华, 杨佳霖
    电气工程学报    2022, 17 (1): 156-163.   DOI: 10.11985/2022.01.020
    摘要224)   HTML6)    PDF(pc) (411KB)(178)    收藏

    高增益DC-DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统。良好的稳态和动态性能以及更高的效率是为上述应用选取变换器的先决条件。为此设计并实现一种级联Boost和Luo变换器的新型组合式单开关升压DC-DC变换器。首先,详细阐述该新型组合式变换器的拓扑结构与工作原理;然后,将所提变换器与其他类似变换器在各种性能参数上进行比较;最后,采用Matlab建立系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。所提变换器只使用一个功率开关,具有连续的输入电流,同时能够降低开关器件间的电压和电流应力,并且在较低的占空比下可以获得较高的电压增益。输入电流连续是DC-DC变换器的一个理想特性,所提变换器适合太阳能光伏应用等场合。

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    9. 动力电池梯次利用储能系统电热安全研究现状及展望*
    肖曦, 田培根, 于璐, 吴岩, 慈松, 朱冒煜
    电气工程学报    2022, 17 (1): 206-224.   DOI: 10.11985/2022.01.027
    摘要220)   HTML7)    PDF(pc) (503KB)(305)    收藏

    动力电池梯次利用储能系统电热安全已经成为系统大规模建设推广的关键影响因素,亟待构建完善的动力电池梯次利用储能系统电热安全管理体系、研究系列安全管理方法、制定系列安全标准。空间上需要建立梯次电池单体、模组、系统整体全方位的电热安全管理方案;时间上需要建立电池筛选、系统构建、系统运行的安全操作策略;流程上需要建立安全风险识别、评估、安全预警分析、预案决策、执行的电热安全管控流程。本文对梯次电池储能系统的电热安全风险诱发机理和安全技术的最新研究进展进行了分析,梳理了梯次电池应用储能的政策标准、示范工程及储能电站事故;从梯次电池储能系统的单体、模组、系统三级分析了安全事故风险诱因;从电热两个层面,分析了相关安全保护技术的先进性和局限性;并对未来动力电池梯次利用储能系统在相关应用政策、安全风险机理研究、安全管理技术研究三个方面提出了建议。

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    10. 电气化交通中的微型燃机及其电能变换技术综述
    徐贺, 包贤哲, 王连杰, 李楚杉, 李武华, 赵梦恋
    电气工程学报    2022, 17 (2): 2-18.   DOI: 10.11985/2022.02.002
    摘要215)   HTML16)    PDF(pc) (698KB)(89)    收藏

    随着“双碳目标”的提出与节能减排需求的持续增长,以商用车辆、军用载具为代表的重载车辆也在逐步向电气化迈进。然而,在常规交通工具中广泛使用的锂电池、柴油发电机等普遍存在能量密度低、供电质量差等问题,无法满足新一代重载车辆的长续航、高机动、低噪声需求。微型燃机系统因其多燃料适配、低燃料消耗、低噪声、低排放、低振动等特点得到了广泛关注与快速发展,并在多个民用与军用电气化交通领域成功应用。围绕交通电气化背景,介绍了微型燃机技术在电气化交通的重要地位,并重点对微型燃机中的电能变换拓扑与控制技术进行总结归纳,通过凝练微型燃机中电能变换技术现阶段面临的主要挑战与亟待解决的问题,指出现有面向微型燃机应用的电能变换方案效果和优劣势,并对未来发展方向进行总结与展望。

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    11. 电力变压器铁心振动特性分析*
    王青, 李怡, 林焱, 徐秋元, 连雯
    电气工程学报    2022, 17 (1): 114-121.   DOI: 10.11985/2022.01.015
    摘要193)   HTML6)    PDF(pc) (819KB)(110)    收藏

    振动是变压器在进行能量传递与电压变换过程中的固有现象,而铁心是配电变压器中振动的最主要来源。针对电力变压器的铁心振动现象开展相关研究工作。分析铁心的电-磁-力耦合机理,以某企业生产的S13-M-400/10NX2型号配电变压器为例,建立多物理场分析模型,计算额定工况下铁心的磁通密度分布、形变以及应力分布,分析激励电源中各电气特性变化对铁心形变的影响。在变压器铁心振动特性过程中采用的计算方法与得出的相关结论对预估铁心振动噪声,改善铁心结构设计均具有进一步的指导意义。

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    12. 基于电动汽车V2G技术的多端口集成车载变换器研究*
    李春杰, 陈心雨, 黄文新, 赵明伟, 张宏涛
    电气工程学报    2022, 17 (1): 56-62.   DOI: 10.11985/2022.01.008
    摘要193)   HTML10)    PDF(pc) (902KB)(140)    收藏

    双向功率变换器是实现电动汽车V2G(Vehicle to grid)技术的关键性设备。引入集成技术,利用共享车载驱动电机和驱动电力电子变换装置,提出一种新的集成式双向车载功率变换器。它既可以将电动汽车蓄电池能量回馈给电网,又可完成蓄电池充电功能。集成式功率变换器具有单相、三相充/放电接口,实现了一机多口,增强了车载系统的紧凑性。分析不同充/放电模式下的集成功率变换器拓扑,给出了充/放电模式下的控制策略。最后,给出了仿真和试验结果,验证了多端口集成车载功率变换器的可行性。

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    13. 基于CFD的风电机组塔筒通风散热数值模拟及优化分析*
    端和平, 姜婷婷, 罗勇水, 申新贺, 李永亮
    电气工程学报    2022, 17 (1): 122-128.   DOI: 10.11985/2022.01.016
    摘要188)   HTML7)    PDF(pc) (780KB)(84)    收藏

    风电机组变压器内置塔筒是一种新型的布置方式,但不可避免地带来运行发热量大、增加塔筒空气环境温度等问题。鉴于此,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术对内置变压器的塔筒双层原机械通风散热系统进行了数值模拟研究,通过分析计算结果的速度场和温度场,指出原方案的不足,并在此基础上提出三种递进式优化方案,通过对比原方案和各优化方案的温度计算结果,证明了优化方案的有效性,优化结果满足塔筒环境温度设计要求。

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    14. 多变换器系统无源控制策略研究*
    王振业, 王久和, 张梦壕
    电气工程学报    2022, 17 (1): 63-70.   DOI: 10.11985/2022.01.009
    摘要187)   HTML10)    PDF(pc) (453KB)(110)    收藏

    在多变换器系统中,电力电子变换器之间的相互作用以及闭环控制下的电力电子变换器在输入端呈现的恒功率负载特性会对系统的稳定性造成影响。同时,随着多变换器系统复杂程度的增加,基于系统模型的稳定性分析和控制策略面临更多的挑战。针对以上问题,运用无源控制理论从能量角度对多变换器系统控制进行研究。通过保证子系统的无源性来保证整个系统的无源性,进而保证整个系统的稳定。为了实现更好的控制效果,将自抗扰控制技术与无源控制相结合设计混合无源控制器。与PI结合无源控制相比,在即插即用的情况下,所提出的控制策略具有更好的动态与稳态性能。利用Matlab/Simulink搭建多变换器系统的仿真模型,仿真结果验证了该控制策略的可行性和优越性。

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    15. 交直流混合微电网并联双向互联变换器环流抑制与功率控制*
    郭强, 向文凯, 李山
    电气工程学报    2022, 17 (1): 31-40.   DOI: 10.11985/2022.01.005
    摘要185)   HTML9)    PDF(pc) (896KB)(123)    收藏

    针对交直流混合微电网中多台双向互联变流器(Bidirectional interlinking converter,BIC)并联运行时功率流动、分配以及环流问题,提出一种用于多并联BIC的分布式电源管理控制策略,其中每个BIC设计有独立的局部分布式控制器,计算出各自的功率参考值,并可根据不同功率额定值按比例分配,实现两子网间功率流动及不同BIC间的功率分配;此外,在零矢量前馈控制策略的基础上,提出一种虚拟BIC概念,以实现多并联BIC环流抑制。仿真与硬件在环试验结果表明该策略可有效控制两子网间的功率流动及多模块间环流抑制。

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    16. 电化学储能系统电池柜散热的影响因素分析*
    王雅博, 朱信霖, 李雪强, 刘圣春, 李海龙, 熊瑞
    电气工程学报    2022, 17 (1): 225-233.   DOI: 10.11985/2022.01.028
    摘要180)   HTML10)    PDF(pc) (651KB)(304)    收藏

    电化学储能系统是“双碳”目标实现的有利抓手,安全是电化学储能系统发展的生命线。由于大量电池存放于储能电池柜,因此对其散热性能的研究具有重要的意义。针对磷酸铁锂锂离子电池系统机柜:构建了电池系统数值模型,获得了电池柜内的温度场和气流组织,试验结果验证了模型的合理性;研究了进口风速、单体电池间距以及电池组间距对电池柜散热性能的影响规律,支撑储能机柜的设计和运维管理;结果表明,电池柜在低倍率运行情况下可采用自然对流冷却,高倍率运行情况下需要强制风冷策略;机柜最高温度和最大温差都随着单体间距增加呈现先减小后增大的趋势;电池组间距对电池柜散热性能影响不显著,因此可通过减小电池组间距来节省安装空间。

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    17. 基于孤立森林算法与大数据挖掘的配电网故障距离估计方法*
    向绍斌, 涂水员
    电气工程学报    2022, 17 (1): 179-185.   DOI: 10.11985/2022.01.023
    摘要179)   HTML5)    PDF(pc) (353KB)(95)    收藏

    针对配电网线路径向分布、分支线复杂特性,存在多重估计的问题,提出一种基于孤立森林算法与大数据挖掘的配电网故障距离估计方法。首先,构建“云-管-边-端”新型配电物联网架构,实现数据的高效管理。然后,在配电边缘代理装置中引入孤立森林算法提取故障时电压电流异常特征数据。最后,基于配电云主站汇集并获取海量装置中提取的异常特征数据集,利用基于代码库的大数据挖掘技术(Big data mining base on code repositories,BDMBCR)搜索故障事件间的关联关系,根据数据相似性归类分支分组,估算故障发生的具体位置。采用IEEE 34测试仿真系统进行试验。结果表明,提出的方法能够挖掘复杂数据特性,两相和三相接地故障多重估计长度相应减少了24%~27%和16%~20%,单相接地的故障影响距离仅为1.2 km,优于其他对比方法。

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    18. 星形CHB STATCOM启动冲击电流的抑制方法*
    吴天红, 魏缪宇, 陆道荣, 胡海兵
    电气工程学报    2022, 17 (1): 71-77.   DOI: 10.11985/2022.01.010
    摘要174)   HTML9)    PDF(pc) (522KB)(127)    收藏

    软启动对星形级联H桥(CHB)STATCOM的正常运行至关重要。传统的CHB STATCOM启动策略通过在不控整流过程中串联限流电阻来抑制浪涌电流。然而,由于不控整流后直流侧电容电压仍然较低,CHB STATCOM进入正常运行时会产生较大的浪涌电流。为了消除这种浪涌电流,提出一种新的CHB STATCOM启动控制方法,在不控整流阶段后引入可控升压阶段,继续串联限流电阻,进一步提高直流电容电压。在可控升压阶段中,建立了调制电压与直流电压的关系,在此基础上提出了一种直流电压的闭环控制方法。最后,搭建400 V/5 kVar CHB STATCOM样机,试验结果验证了所提启动控制策略的有效性。

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    19. 基于改进Bagging算法与模糊MP-LSTM融合的短期负荷预测模型*
    蔡鑫祥, 撖奥洋, 周生奇, 菅学辉, 张智晟
    电气工程学报    2022, 17 (1): 164-170.   DOI: 10.11985/2022.01.021
    摘要173)   HTML6)    PDF(pc) (377KB)(100)    收藏

    为提高负荷预测精度,提出一种基于改进Bagging算法与模糊最小窥视孔长短期记忆(Min peephole long short-term memory,MP-LSTM)融合的短期负荷预测模型。MP-LSTM模型相较于传统长短期记忆网络(Long short-term memory,LSTM)模型舍弃了输入门和输出门,只保留遗忘门,模型包括一个sigmoid网络层和一个tanh网络层,减少了模型参数,优化了模型结构。通过将温度进行模糊化处理,减小温度波动对负荷的影响。采用改进Bagging算法对MP-LSTM模型集成处理来提高模型预测的精度。以某地区的实际负荷数据进行算例仿真,并与传统LSTM神经网络预测法、MP-LSTM神经网络法和模糊MP-LSTM神经网络法进行对比,仿真结果表明文中所提模型具有较好的预测精度。

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    20. 基于滑模控制的牵引网低频振荡抑制方法*
    胡颖新, 宁志毫, 兰征, 曾进辉, 姜飞, 何东
    电气工程学报    2022, 17 (1): 129-136.   DOI: 10.11985/2022.01.017
    摘要169)   HTML9)    PDF(pc) (802KB)(96)    收藏

    牵引网低频振荡会造成动车组牵引封锁,影响电气化铁路的安全稳定运行。针对CRH5型动车组网侧整流器低频振荡问题,提出一种基于滑模控制的低频振荡抑制方法。首先利用小信号建模方法建立车网耦合系统回比矩阵模型,并利用改进sum-范数判据和幅频特性曲线进行稳定性理论分析。其次,设计电压外环滑模控制器来替换传统的比例-积分(Proportional integral,PI)控制器,以实现牵引网低频振荡的抑制。最后在Matlab/Simulink仿真平台搭建基于传统PI控制器和滑模控制器动车组网侧整流器仿真模型,仿真结果表明所提控制方法具有更好的鲁棒性,能较好地抑制牵引网低频振荡问题,验证了所提方法的正确性与有效性。

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    21. 电压稳定剂对PP/弹性体共混物直流击穿强度影响
    孟飞, 邵满智, 牛越, 胡巍, 李春阳, 赵洪
    电气工程学报    2022, 17 (1): 234-243.   DOI: 10.11985/2022.01.029
    摘要168)   HTML6)    PDF(pc) (662KB)(108)    收藏

    弹性体聚合物可以用于改善聚丙烯(PP)绝缘材料的韧性,但会对材料原有的耐电性能产生影响;电压稳定剂常用于改善交联聚乙烯电缆绝缘的耐电性能,但能否在PP基绝缘材料中发挥作用尚不明确。研究两种弹性体聚合物(POE、SEBS)对PP力学性能和直流击穿性能的影响,选出改善PP力学性能的较优组分;之后分别研究电压稳定剂对PP、弹性体及其两者共混物直流击穿强度的影响。结果表明,POE和SEBS两种弹性体可增韧PP,但随着其添加量增加,PP直流击穿强度下降。三种电压稳定剂均能提高纯PP的直流耐电性能,其中添加0.4 phr的AOHBP提高比例最高,其值为34.6%。然而,三种电压稳定剂均不能提高弹性体以及PP/弹性体共混绝缘材料的直流击穿场强,电压稳定剂作用效果受聚合物基体的影响较大。

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    22. 基于时域的多新息随机梯度法VSG参数辨识*
    朱军, 曲玉博, 刘鹏辉, 郭向伟, 杜少通, 杨明
    电气工程学报    2022, 17 (1): 78-85.   DOI: 10.11985/2022.01.011
    摘要168)   HTML9)    PDF(pc) (487KB)(102)    收藏

    针对采用虚拟同步发电机技术(Virtual synchronous generator,VSG)控制的新能源并网逆变器,提出一种基于统一模型的VSG实际输出惯性和阻尼的辨识方法,定量评估逆变器提供给大电网的惯性和阻尼。首先分析不同的VSG接建模方法,建立统一的VSG控制模型结构,然后提出一种适用于时域的多新息随机梯度法VSG关键参数的辨识方法,利用指令功率阶跃激励出系统功率动态信息,根据所推导的VSG控制模型参数之间的关系,动态地辨识出系统输出的惯性和等效阻尼参数,然后分析辨识模型的误差。最后,通过仿真验证与对比证明所提方法的有效性。

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    23. 锂/钠离子电池锡锑合金负极材料改性的研究进展
    陈鑫阳, 姚天浩, 王红康
    电气工程学报    2022, 17 (3): 2-11.   DOI: 10.11985/2022.03.002
    摘要162)   HTML21)    PDF(pc) (1037KB)(97)    收藏

    锡锑(SnSb)合金材料具有高理论容量、高电导率、低反应电位等优点,是当前研究最为广泛的锂/钠离子电池负极材料之一。然而,SnSb合金负极材料在嵌脱金属离子过程中巨大的体积效应导致电极材料粉化失活,从而导致其循环性能不尽人意。为了解决上述问题,从结构设计、碳复合材料、三元合金等方面介绍近些年的研究进展,分析现有合成策略的设计方法和作用机理,最后提出SnSb合金负极材料在未来研究中的发展方向。

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    24. 针对不同楔角和楔块材料的NXJ型耐张线夹和导线应力分布情况*
    颜涛, 李学, 王云辉, 陈勇
    电气工程学报    2022, 17 (1): 251-256.   DOI: 10.11985/2022.01.031
    摘要161)   HTML6)    PDF(pc) (451KB)(72)    收藏

    楔型耐张线夹在电力系统中被广泛应用,但在实际运行中经常出现导线脱落的问题,其问题根源为楔型线夹握力不足。对NXJ型耐张线夹的结构特点与安装方式进行简单介绍,并进行有限元仿真,通过改变NXJ型耐张线夹的楔角和楔块材料来改变线夹在运行期间的力学强度,得出线夹本体和导线的应力分布云图,对比得出不同条件下线夹对导线的握力情况,为NXJ型耐张线夹的优化提出参考。

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    25. 基于ADMM的电-气综合能源系统分布式滚动优化调度*
    孟丽娜, 赵兴勇, 郭珠珠, 王晋华
    电气工程学报    2022, 17 (1): 171-178.   DOI: 10.11985/2022.01.022
    摘要159)   HTML5)    PDF(pc) (466KB)(168)    收藏

    电-气综合能源系统优化调度是提高系统经济效益的重要手段,而其优化调度模型复杂、约束条件较多、求解困难,同时负荷及可再生能源预测值存在较大误差。针对这一问题,首先构建集中式优化调度模型,其次采用交替方向乘子算法(Alternative direction multiplier method,ADMM)将集中式优化调度模型转化为两个可以信息交互的子系统,同时将滚动优化方法引入到算法之中,构建分布式滚动优化调度模型。最后通过算例验证了所提方法的可行性及有效性,一定程度上减小了预测误差对系统的影响;对比三种优化模型下系统运行成本,证明分布式滚动优化模型算法收敛性好的同时具有一定的经济效益。

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    26. 高压直流轴向混合励磁双凸极发电机的结构及特性分析*
    马昕晨, 陈志辉
    电气工程学报    2022, 17 (2): 65-72.   DOI: 10.11985/2022.02.008
    摘要145)   HTML2)    PDF(pc) (494KB)(44)    收藏

    270 V高压直流体制是现代飞机电源系统的重要发展方向之一。依据高压直流发电机具有自启动和短路电流限制能力的要求,提出了轴向混合励磁双凸极发电机,在对基本结构和工作原理进行描述的基础上,通过磁路分析得到了电机气隙磁场随励磁电流的变化规律,并采用有限元仿真加以验证,详细分析了电机的磁场分布、磁链、反电势、输出电压及负载特性等。结果表明,轴向混合励磁双凸极电机相磁链双极性变化,且正弦度高,调磁范围宽,可实现完全灭磁,同时电机运行时效率高,适用于航空高速运行。

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    27. 循环使用与储存条件对石墨/LiCoO2电池寿命的影响分析*
    张博钊, 苟斌, 徐燕璋
    电气工程学报    2022, 17 (2): 38-48.   DOI: 10.11985/2022.02.005
    摘要142)   HTML5)    PDF(pc) (691KB)(43)    收藏

    锂离子电池被广泛应用于能量储存,电池老化的影响在整个使用寿命中限制了其性能。一方面通过分析石墨/LiCoO2电池在不同荷电状态(State of charge, SOC)范围采取循环试验的数据,量化了平均SOC和SOC的变化(∆SOC)对锂离子电池可用容量衰减的影响,并建立循环老化模型;另一方面,通过分析石墨/LiCoO2电池不同SOC储存状态和不同储存温度寿命试验数据,揭示了储存条件变化对锂电池健康状态衰退过程的影响规律,并建立日历老化模型。分析结果可以应用于电池实际循环使用和静置储存优化设置。

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    28. 新型简单凸极转子双定子无刷双馈发电机的设计与分析*
    程明, 张长国, 曾煜
    电气工程学报    2022, 17 (1): 104-113.   DOI: 10.11985/2022.01.014
    摘要140)   HTML7)    PDF(pc) (762KB)(145)    收藏

    近年来无刷双馈发电机由于其结构简单、可靠性高、变频器容量低等优点在风力发电领域受到广泛关注。为提高电机空间利用率和功率密度,提出一种新型简单凸极转子无刷双馈发电机,它将两套绕组分离,功率绕组PW置于外定子,控制绕组CW置于内定子。内外定子之间为杯型转子,由简单凸极和不导磁块交替排布而成。PW和CW依据气隙磁场调制原理通过转子耦合,实现双馈运行。设计一台PW端1.5 kW的样机,并对电机进行了优化,包括极槽配比、转子结构以及电机尺寸。通过有限元仿真得到的电机电磁性能验证了所提样机原理上的可行性。

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    29. 青藏客车辅助逆变电源IGBT模块寿命的特征参数研究
    向超群, 尹雪瑶, 成庶, 于天剑, 张璐琳
    电气工程学报    2022, 17 (2): 27-37.   DOI: 10.11985/2022.02.004
    摘要139)   HTML6)    PDF(pc) (672KB)(57)    收藏

    辅助逆变电源广泛应用于轨道交通领域中,而绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)作为其功率电子器件的常用选择,成为辅助逆变电源研究的重点。根据青藏客车辅助逆变电源IGBT模块部件性能特征,使用功率循环试验的方法,掌握其性能随运行时间/里程的变化规律,估计其长期服役后的运用可靠性,为极端环境下辅助逆变电源IGBT模块全寿命周期性能研究以及剩余寿命评估提供参考。结果表明,经历极端环境下的IGBT 模块老化寿命可以从阈值电压与热阻两种劣化参数变化中预测得出,其中阈值电压相对变化需要根据多芯片并联情况下芯片的类型与连接方式视情况而定,热阻随老化情况呈阶梯式上升趋势。

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    30. 计及流-热耦合热网络模型的IGBT结温计算*
    许智亮, 葛兴来, 李金, 柯倩霞, 朱丹
    电气工程学报    2022, 17 (2): 19-26.   DOI: 10.11985/2022.02.003
    摘要139)   HTML10)    PDF(pc) (637KB)(41)    收藏

    绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)的结温计算对于评估其剩余寿命、保障电力电子变换器可靠运行具有重要意义。传统的热网络法忽略了模块与散热器之间真实的传热过程,难以准确有效计算结温变化,为此,提出一种计及流-热耦合的热网络模型的IGBT结温计算方法。该方法通过考虑流-热耦合的有限元仿真提取得到IGBT模块与散热器的热网络模型,根据易于获取的散热器水温作为温度参考点计算IGBT结温。为验证模型有效性,搭建了功率循环加速老化试验平台提取结温变化曲线。结果表明,所提的热网络模型能够更加真实准确地计算IGBT结温,可以为实际应用中IGBT模块的可靠性评估、剩余寿命预测提供更加真实准确的结温变化数据。

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    31. 电力系统临近电安全距离预警系统研究*
    张远建, 陈搏卿, 姜炫丞, 康坦, 张乾雷, 王士龙
    电气工程学报    2022, 17 (1): 186-191.   DOI: 10.11985/2022.01.024
    摘要138)   HTML8)    PDF(pc) (488KB)(124)    收藏

    因部分施工作业的环境复杂性及人员操作的不确定性,由施工机械跨越临近带电安全距离而导致的恶性事件仍在发生,对电力系统稳定可靠运行带来恶劣影响。因此,研究一种电力系统临近电安全距离预警系统。介绍基于临界电场阈值的安全距离预警系统基本工作原理;继而建立电力系统带电作业的三维有限元模型,并以35~500 kV典型交流输电线路为例,仿真分析不同输电线路等级以及不同作业位置下的电场阈值变化特性,从而为临近电预警提供依据;最后利用所研制系统在现场进行了电场强度、安全距离大小的实测,对预警系统进行了验证。实测结果表明,本系统在临界电场下发生报警时,实际测得的最小安全距离要比标准中数值大0.7~1.6 m,安全裕度可达20%,优于同类技术。研究结果可为电力系统安全稳定运行提供技术支撑。

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    32. 面向电力物联网的云边协同应用研究
    杨定坤, 赵南, 马红双, 李辉
    电气工程学报    2022, 17 (1): 192-198.   DOI: 10.11985/2022.01.025
    摘要136)   HTML13)    PDF(pc) (305KB)(159)    收藏

    针对电力物联网数据协同效率低的问题,对云边协同方式的应用进行研究。通过建立云边协同组织架构对电力物联网数据进行归纳调度;利用数字集成化技术使电力物联网的协同数据更加清晰化;通过建立信息物理融合系统(Cyber physical systems, CPS),模型增加协同数据的传输能力,运用完全分布式协同算法提高系统运算能力,提高了电网信息的协同能力。最后通过试验测试得到华中区域电网的数据协同效率表,得到云边协同效率稳定在8 MB/s;在此基础上应用Matlab仿真软件对系统的数据增量进行分析,发现本研究数据增量能够增加到550 MB;通过数据协同效率曲线对比分析,发现本研究数据协同效率稳定在8 MB/s,传统协同方式数据协同效率最高达到6 MB/s,从而验证了所提云边协同在电力物联网应用的优越性,证明了所提设计方案的可行性。

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    33. 基于特高频传感器的GIS局放信号监测装置及定位方法
    高扬, 沈毅, 夏峰, 蒋昊松, 周阳, 刘丹丹
    电气工程学报    2022, 17 (1): 244-250.   DOI: 10.11985/2022.01.030
    摘要131)   HTML7)    PDF(pc) (307KB)(321)    收藏

    GIS局部放电监测与局放源定位是预防绝缘事故的主要手段。针对目前定位方法存在的成本高、布线难等问题,提出一种基于特高频传感器的GIS局放监测装置与定位方法,通过在GIS本体和周围空间部署特高频传感器获取放电信号。利用特高频累积平均信号强度及特征相似度方法,排除空间放电信号的干扰,识别GIS内部局部放电信号。结合传感器与GIS的空间拓扑关系,根据特高频信号强度,实现放电源的定位。经现场应用,所提方法能够准确定位放电源位置,验证了该定位方法的可行性。

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    34. 基于神经网络方法的峰值电流控制Boost变换器数据驱动建模*
    王闰南, 谢帆, 张波
    电气工程学报    2022, 17 (2): 142-150.   DOI: 10.11985/2022.02.016
    摘要129)   HTML2)    PDF(pc) (732KB)(52)    收藏

    开关电源是一种高频电能转换装置,在许多领域有着广泛的应用。然而,如何快速、准确地对变换器进行建模仍是一个亟待解决的问题。针对峰值电流控制的Boost变换器,提出一种基于神经网络(Neural network,NN)的数据驱动建模方法进行损耗建模分析。为了选择数据驱动模型的关键输入输出参数,对Boost变换器的工作机理进行了分析。然后,介绍了基于神经网络的数据驱动建模方法,并将其应用于Boost变换器的建模。最后,用该方法对系统的输入特性和损耗特性进行了分析。与传统的机理建模方法相比,数据驱动建模能绕开复杂的内部机理,利用数据之间的映射关系所建立的模型具有速度快、精度高的优点。

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    35. 基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法*
    全生明, 苏舒, 赵楠, 李驰, 郑泽东
    电气工程学报    2022, 17 (2): 56-64.   DOI: 10.11985/2022.02.007
    摘要129)   HTML5)    PDF(pc) (706KB)(36)    收藏

    V2G作为一种新的分布式储能模式,能够有效参与电网的负荷平抑、峰谷调节,位置灵活且易于产生巨大的经济效益。双有源桥变换器是V2G中重要的组成部分,具有良好的电气隔离、电能变换能力。然而,在V2G这种功率双向、输出电压范围宽、恒功范围宽的工作场合,双有源桥变换器的设计成为了一大难题。提出一种基于最优效率的双有源桥变换器参数设计优化方法,能够综合频率、器件、功率、磁性器件、控制方法、输出电压范围、输入输出电压匹配关系等优化参数,设计出最优效率的双有源桥变换器。

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    36. 地铁永磁牵引系统复矢量电流环稳定性研究*
    沐俊文, 葛兴来, 朱丹
    电气工程学报    2022, 17 (2): 92-100.   DOI: 10.11985/2022.02.011
    摘要129)   HTML4)    PDF(pc) (676KB)(47)    收藏

    针对地铁永磁牵引系统应用背景下的电流控制环易失稳问题,首先,推导了基于复矢量电流控制器的内置式永磁同步电机电流环闭环传递函数,并探讨了其在变速条件下的解耦性能;其次,依据电流环闭环传递函数零极点分布图逐一分析了时间延时和角度延迟对控制系统稳定性的影响,并在综合考虑数字控制延时的条件下推导了稳定性边界条件。然后,线性化永磁同步电机机械运动方程,推导了系统闭环传递函数,绘制其零极点分布图,并分析了不同工况下的稳定边界条件。最后,测试验证了理论分析的正确性。

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    37. 磷酸铁锂储能电池过充热失控仿真研究*
    于子轩, 孟国栋, 谢小军, 赵勇, 成永红
    电气工程学报    2022, 17 (3): 30-39.   DOI: 10.11985/2022.03.005
    摘要123)   HTML10)    PDF(pc) (721KB)(68)    收藏

    锂离子电池的热失控是导致储能电站发生起火或爆炸等安全事故的根本原因,研究锂离子电池热失控的发展规律和本征特性对于电化学储能电站的安全监测和故障预警具有重要意义。建立了磷酸铁锂储能电池在过充条件下的三维电化学-热耦合热失控的仿真模型,通过镀锂动力学方程量化过充负极镀锂量,引入SEI膜生长动力学方程反映镀锂与电解液反应速率,以量化负极镀锂与电解液反应产热,并引入其他副反应产热方程共同研究磷酸铁锂电池早期过充热失控温度变化及各副反应产热情况。分别研究了不同充电倍率(1C、2C、3C),不同环境温度(20 ℃、30 ℃、40 ℃)下磷酸铁锂电池热失控早期负极表面镀锂量变化、热失控温度变化曲线以及各副反应产热量变化特性,分析磷酸铁锂电池过充热失控温度发展过程及副反应产热规律。结果表明,负极镀锂与电解液反应作为过充热失控过程最起始的副反应,在电池热失控早期促使了其他副反应的开启,成为过充热失控的起始。本研究可为磷酸铁锂电池过充热失控早期过程探究提供理论参考。

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    38. 基于综合损耗最优的双有源桥式变换器调制方法*
    陈晓楠, 王明才, 李驰, 赵楠, 郑泽东
    电气工程学报    2022, 17 (2): 49-55.   DOI: 10.11985/2022.02.006
    摘要122)   HTML6)    PDF(pc) (343KB)(37)    收藏

    双有源桥变换器具有良好的软开关、电气隔离、功率调节能力,被广泛应用于直流输电、储能、列车牵引等领域。双有源桥变换器的调制算法与效率密切相关,原副边电流大小、器件开关时刻等重要因素均由调制算法决定,并直接影响器件开关时刻的损耗。提出一种基于综合损耗最优的双有源桥式变换器调制方法,该方法能够依据双有源桥变换器的不同工作模态情况进行损耗建模,计算器件的导通损耗与开关损耗,并综合总损耗确定最优的调制策略。最后,通过PLECS仿真验证了该方法的可行性和有效性。

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    39. 非理想电网条件下基于多目标约束的中压直挂型储能变流器并网电流改善研究*
    李高宁, 吕建国, 叶善堃, 姚凯, 孙状
    电气工程学报    2022, 17 (1): 137-147.   DOI: 10.11985/2022.01.018
    摘要120)   HTML7)    PDF(pc) (833KB)(81)    收藏

    针对非理想电网电压条件下造成的级联H桥光伏逆变器并网电流畸变、低次谐波含量高等问题,主要对中压直挂型级联H桥储能变流器在非理想电网条件下的控制策略进行研究。首先分析介绍了三相级联H桥储能变流器的拓扑结构以及数学模型,其次建立了电网电压处于不平衡以及谐波污染时基于准比例积分谐振(Proportional integral-harmonic resonance,PI-HR)调节 器的同步旋转坐标系下双电流闭环控制系统,给出了具体的控制结构框图,并从系统的稳定性考虑,以系统的相位裕度、幅值裕度、基频增益作为稳定性约束条件,联合建立了对控制器参数的约束方程,构建了比较系统完整的控制器参数设计方法。最后搭建了一套三相级联H桥多电平储能变流器系统的Matlab/Simulink仿真模型,通过仿真分析验证了所设计控制策略的正确性和有效性。

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    40. 一二次融合的智能集成开关应用的研究与分析
    张冶, 蔡颖凯, 回茜, 曹世龙, 许晶晶
    电气工程学报    2022, 17 (1): 199-205.   DOI: 10.11985/2022.01.026
    摘要120)   HTML4)    PDF(pc) (285KB)(112)    收藏

    针对一二次融合的智能集成开关易受雷击电磁波干扰、绝缘性差等问题,对其应用特性进行分析。通过设备集成和功能集成以及一次或两次感知功能匹配后,设计出一二次融合方案,该方案使电流传输过程更加智能。通过添加绝缘片,计算出工频电动势,分析出线路中容性电流在感抗上受到压降影响程度,使用电阻分压式电压传感器增强开关绝缘性和抗击穿性。计算比值差和相位差,结合FTU变压器的次级电压信号确定雷击干扰位置,实现开关抗电磁波干扰。试验表明,工频耐压电路中未出现击穿、闪络等破坏性放电现象,平均击穿电场强度达到最大为5.8 V/m,与实际值测试结果一致,说明开关绝缘强度较强,为配电网合理控制电流电压输出提供技术支持。

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