电气工程学报

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1. 跟网型并网变换器的稳定域重塑控制策略研究综述^*

马文杰, 张波, 丘东元, 陈艳峰, 孙华东

电气工程学报 2023, 18 (2): 34-51. DOI: 10.11985/2023.02.005

摘要（237）

HTML （14）

PDF（pc）（626KB）（575）

大力发展可再生能源是完成能源清洁化转型和实现“双碳”目标的重要途经。在此时代背景下，电力系统结构形态将发生根本性转变，从以同步机电源为主导的传统电力系统发展为由风、光新能源作为主体的新型电力系统。电力电子变换器作为新能源并网发电的接口，具有高度的灵活性与可控性，如何设计控制策略以保证并网变换器的稳定运行是电网高比例可再生能源发展进程中最受关注的重要问题之一。针对复杂电网工况下基于锁相环同步跟网型并网变换器的致稳控制方法，形成了一系列相关研究成果。在具体并网场景下，通过建立合适的跟网型并网变换器的数学模型，并结合与模型适配的稳定性分析方法明晰并网系统失稳机理，进而设计控制策略以改善并网系统稳定性，提升跟网型并网变换器对具体场景的适应性，即经改进控制策略重塑了跟网型并网变换器的稳定运行域。本文依据所采用的跟网型并网变换器模型及稳定性分析方法，将从小扰动意义下的稳定域重塑控制和暂态场景下的稳定域重塑控制两个方面，梳理与归纳迄今的工作进展，并在此基础上探讨保障高比例可再生能源电力系统安全可靠运行仍需研究的技术问题。

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2. 四开关Buck-Boost变换器研究综述^*

任林涛, 汪飞, 肖杨婷, 丁峰, 徐慧, 余琛琛

电气工程学报 2023, 18 (2): 52-69. DOI: 10.11985/2023.02.006

摘要（206）

HTML （17）

PDF（pc）（704KB）（414）

直流微电网因其结构复杂、功能多样，对系统中变换器的性能有较高要求。四开关Buck-Boost变换器具有宽范围电压变换、输入输出同极性、功率双向传输等优势，近年来得到国内外学者的广泛关注，被应用于直流微电网中的新能源发电、储能等单元。通过分析该变换器的工作原理与典型控制策略，对变换器研究中现存关键问题，模式切换与效率优化进行归纳总结。针对模式切换问题，从模式切换时死区机理出发，基于多模式控制策略，分析了模式平滑切换的典型控制方法。针对效率优化问题，归纳了影响变换器效率的关键因素，并从硬开关与软开关两个方面分析阐述了常见的效率优化方法。最后，对四开关Buck-Boost变换器的现有研究工作进行了总结与展望，为该领域的进一步研究和发展提供了理论指导。

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3. 双碳背景下综合能源电力系统弹性分析与提升研究综述^*

刘瀚琛, 王冲, 鞠平

电气工程学报 2023, 18 (2): 108-124. DOI: 10.11985/2023.02.011

摘要（228）

HTML （4）

PDF（pc）（482KB）（383）

为实现“双碳”战略目标，新能源、天然气等清洁低排放的发电方式备受关注并得到了大力发展，清洁高效的综合能源电力系统正蓬勃兴起。与此同时，新能源出力的随机性和多能源系统组成的复杂性日益突出，也加大了综合能源电力系统安全稳定运行的难度，尤其是给系统针对极端事件的弹性分析与提升带来了新的挑战。为此，围绕综合能源电力系统弹性分析与提升，本文从模型构建、分析评估和提升方式的角度开展了相关介绍与梳理。首先简述了综合能源电力系统的组成结构和建模构建方法；其次阐述了综合能源电力系统弹性的相关概念以及分析方法，其中包含了极端事件造成的风险传播过程分析和弹性评估体系架构等；然后按照极端事件的发展阶段梳理总结了综合能源电力系统弹性的提升方法，包括预防性策略、响应性策略和恢复性策略；最后，结合文献调研结果，对“双碳”背景下综合能源电力系统弹性相关问题进行展望。

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4. 一种改进的同步磁阻电机无模型预测电流控制^*

石国航, 张永昌, 杨海涛

电气工程学报 2023, 18 (2): 1-8. DOI: 10.11985/2023.02.001

摘要（286）

HTML （29）

PDF（pc）（500KB）（330）

无模型预测电流控制(Model-free predictive current control, MFPCC)由于本质上对系统内外扰动具有鲁棒性，在电机驱动领域得到广泛的研究，能够实现同步磁阻电机(Synchronous reluctance motor, SynRM)的高性能控制。传统的MFPCC方法把各时刻电压矢量对应的电流差分存储在查找表(Lookup table, LUT)中，进而预测下一时刻的最优电压矢量，但存在电流差分更新停滞和稳态性能不理想的问题。针对这些问题，提出一种改进的MFPCC方法，将电机模型用超局部模型表示，通过在线估计增益项和扰动项来及时更新LUT，解决了电流差分更新停滞的问题。另外利用扩展的有限状态集，得到更精确的电压矢量，改善了系统稳态性能。最后将所提方法与传统的MFPCC方法进行对比，仿真和试验结果表明该方法可以有效解决电流更新停滞的问题，并在全速范围内具有良好的动静态性能。

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5. 储能技术在轨道交通再生制动能量回收的应用

张晓虎, 张熊, 张克良, 孙现众, 王凯, 马衍伟

电气工程学报 2023, 18 (2): 210-220. DOI: 10.11985/2023.02.021

摘要（167）

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PDF（pc）（436KB）（307）

城市轨道交通领域能源消耗量大，既是碳排放的重要来源，也是推动绿色能源发展、实现双碳战略目标的关键领域。轨道交通储能技术不仅能够大规模吸收再生制动能量、提高列车的能量利用率，也能够促进可再生能源就近消纳、拓展轨道交通多种能源供应，是实现轨道交通节能、减排、洁净能源的有效利用等“绿色低碳”可持续发展战略目标的有效途径。本文阐述了可再生能源在轨道交通领域的应用方式及意义，分析了逆变回馈型和储能型再生制动能量回收技术及应用实例，通过梳理各类储能技术在轨道交通再生制动能量回收领域的应用特点，提出兼具高能量密度、高功率密度和长寿命的储能技术是该领域应用的核心。最后提出一种基于储能技术的交通能源互联互通基本体系架构，通过“源-网-荷-储”协同规划分析了“轨道交通-储能系统-电动汽车”和“轨道交通-储能系统-可再生能源”两类能源调度模式。

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6. 轻量化高效率永磁电机及其控制技术综述^*

陈前, 赵美玲, 廖继红, 刘国海, 赵文祥

电气工程学报 2023, 18 (4): 3-19. DOI: 10.11985/2023.04.002

摘要（273）

HTML （23）

PDF（pc）（955KB）（306）

电机系统的轻量化和高效率，有利于提高重大装备的运载能力和续航能力，已成为其核心需求。首先从高磁负荷、高电负荷与高线速度方面阐述了轻量化永磁电机的关键设计技术。然后，从电机内的不同损耗抑制方面，阐述高效率永磁电机的设计方法。其次，从高精度热分析和高效率冷却两个方面，保障轻量化高效率永磁电机的可靠运行。为了实现电机系统的高效率运行目标，分析了最大转矩电流比和最高效率电流比驱动控制策略。最后，基于高效率轻量化永磁电机及其控制技术的发展现状，对其未来的发展趋势进行了展望。

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7. 基于结构参数优化的电机振动噪声的抑制研究^*

王群京, 郑耀达, 刘先增

电气工程学报 2023, 18 (2): 16-25. DOI: 10.11985/2023.02.003

摘要（213）

HTML （12）

PDF（pc）（673KB）（265）

在保证电机输出性能的基础上，通过优化电机定子结构并调节引起电机主要振动噪声的模态频率来避免电机发生共振，从而降低永磁同步电机的振动噪声。首先通过试验和仿真分析电机的振动噪声，确定引起电磁噪声的主要电磁力阶次；随后将电机的定子结构参数作为变量，通过对其进行敏感度分析选取高敏感度优化变量，建立优化变量的响应面模型；然后，基于所建立的响应面模型，利用遗传算法对所取变量进行参数优化，得到最优定子结构参数；最后，采用有限元法计算和分析电机优化前后的电机输出性能，并通过电机电磁振动噪声仿真验证优化方法的正确性，结果表明优化后的电机输出性能得到了明显提升且电机的振动噪声得到了有效抑制。

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8. 基于太赫兹成像的层状复合绝缘结构内部分层缺陷SSA-CNN定量表征^*

朵文博, 李宏伟, 李帅兵, 杨栋, 卢保朋, 康永强, 曹炳磊

电气工程学报 2023, 18 (3): 63-72. DOI: 10.11985/2023.03.007

摘要（94）

HTML （3）

PDF（pc）（87146KB）（246）

层状复合绝缘结构内部分层缺陷的几何形状和位置在运行过程中会引发场强畸变，引发局部放电乃至绝缘击穿等故障，因此对层状复合绝缘件内部分层程度进行准确检测具有重要意义。首先利用太赫兹光谱对含分层缺陷的层状复合绝缘结构进行频域成像，得到典型分层缺陷图像集；在此基础上，采用DCGAN模型对图像扩充并建立数据集，实现样本扩充和均衡化；最后，通过三种SSA-CNN(语义自注意)模型对缺陷样本中的分层区域缺陷的几何面积进行了计算分析。结果表明，DeepLabV3+(MobileNetV2)模型的像素精确度最高，对分层区域的识别率可达97.59%，通过像素点的计算可成功表征分层区域缺陷的几何尺寸。研究结果可为层状复合绝缘结构内部分层缺陷的非接触式定量表征提供技术参考。

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9. 轨道交通滑动电接触材料的研究进展^*

王向飞, 高国强, 杨泽锋, 贺书航, 马亚光, 董克亮, 魏文赋, 吴广宁

电气工程学报 2023, 18 (3): 2-17. DOI: 10.11985/2023.03.002

摘要（157）

HTML （29）

PDF（pc）（46017KB）（229）

摩擦副材料是滑动电接触的核心问题和前沿研究热点。接触线和受电弓滑板作为轨道交通电接触中典型的滑动摩擦副，是高速列车获取电能的关键装置，其材料的性能直接影响着弓网电接触系统的受流质量和电力机车的安全稳定运行。目前，随着高速铁路的快速发展，亟需研发综合性能优异的轨道交通弓网滑动电接触材料。本文介绍了轨道交通滑动电接触材料的性能要求，回顾了国内外接触线和受电弓滑板的发展历程，总结了接触线和受电弓滑板材料在制备工艺技术等方面研究进展及存在的问题，展望了轨道交通滑动电接触材料的发展趋势，并提出了未来的研究重点。

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10. 基于ADRC与SMO的涡旋压缩机低速转矩补偿控制^*

莫舒然, 张宏伟, 王新环

电气工程学报 2023, 18 (2): 9-15. DOI: 10.11985/2023.02.002

摘要（184）

HTML （12）

PDF（pc）（517KB）（214）

针对新能源汽车车载电子涡旋压缩机低速运行时，负载突变引起转速波动的问题，提出一种自抗扰控制(Active destabilization resistance control，ADRC)与滑模观测器(Sliding mode observer，SMO)相结合的改进低速转矩补偿控制方法。利用新型负载转矩观测器观测负载变化，将负载观测值进行转矩补偿，同时使用自抗扰控制技术设计速度控制器。在此基础上，设计一种锁相环结构趋近速度自适应变化的新型趋近律滑模观测器，并利用李雅普诺夫定理判断该新型观测器的稳定性。仿真及试验结果表明，新型负载转矩观测器能够准确地估算负载转矩。与传统低速转矩补偿控制相比，该控制方法能够实时补偿系统的扰动，使转速波动范围从4.0%降到1.6%，显著提升了涡旋压缩机低速运行时的稳定性。

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11. 现场环境下光伏组件PID衰减及修复研究

李达, 郑海兴, 张剑锐, 吴潮辉, 翁军华, 姜鹤, 肖文

电气工程学报 2023, 18 (2): 254-259. DOI: 10.11985/2023.02.026

摘要（132）

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光伏电站系统层面的抗组件电势诱导衰减(Potential induced degradation, PID)实际应用方案主要为PID抑制和PID修复，现有的相关研究均为验证其中一种方案的有效性，但对于在电站设计之初如何选择两种方案，两种方案实际抗PID效果对比如何，却未见相关的研究和结论。在现场环境试验平台和实验室条件下，对多种型号、规格的光伏组件进行PID人工加速衰减及修复试验，依据试验结果将组件分类，再对比现场环境、相同工况下两种方案对这些组件的PID修复效果，分析得到现场环境下不同拓扑结构的光伏系统抗组件PID现象的最优解决方案，对光伏电站的建设和运维有一定的指导意义。

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12. 智能配用电系统的网络攻击检测与保护控制技术：发展与挑战^*

曾嵘, 李勇, 曹一家, 谢李为, 邵霞

电气工程学报 2023, 18 (2): 125-141. DOI: 10.11985/2023.02.012

摘要（157）

HTML （6）

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先进信息技术在智能配用电系统(Smart power distribution and utilization system，SPDUS)中的广泛应用，加深了系统信息侧与电力物理侧的耦合程度，智能配用电系统已逐渐转变为信息-物理空间高度融合、信息资源与物理资源相互结合与协调的智能配用电信息物理系统(Smart power distribution and utilization cyber physical system，SPDU-CPS)。本文重点从面向SPDU-CPS的网络攻击入侵检测、网络攻击防御保护以及自愈控制三个角度，对国内外相关技术的发展与挑战进行总结、梳理。在网络攻击入侵检测方面，总结了基于偏差类、基于特征类以及混合类网络攻击检测方法的检测思路及实施路径；在网络攻击防御保护方面，总结了提升信息网络防御能力的信息侧保护方法、基于资源优化配置和数据校正保护的物理侧保护方法以及融合两侧信息及保护功能的信息物理协同保护方法；在自愈控制方面，对传统电力物理侧自愈控制以及基于信息物理协同的自愈控制现有研究进行了归纳和整理。最后，结合SPDU-CPS的特点及发展趋势，对未来研究方向进行了展望。

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13. 航空线缆电弧故障引发电气火灾研究综述^*

刘苏德, 王子昕, 靖子洋, 施大伟, 吴淑群

电气工程学报 2023, 18 (3): 18-34. DOI: 10.11985/2023.03.003

摘要（138）

HTML （9）

PDF（pc）（92932KB）（186）

在航空领域中，线缆电弧引发的电气火灾是一项严重的安全隐患。随着多电/全电飞机的发展，航空电气系统对电气设计、安装提出了更高的安全要求。本文对航空线缆电弧故障引发电气火灾的原因、机理、检测、预防和扑灭进行了综述。调查统计了欧洲空中航行安全组织公开数据中由线缆电弧引发的飞机火灾事故并分析其原因，介绍了电弧引燃线缆机理研究的近况，然后结合目前国内外飞机实际情况，讨论了航空线缆电弧引发电气火灾的预警技术和灭火技术。针对航空线缆绝缘失效以及布线不当易引发电气火灾问题提出了预防建议，强调了发展高可靠性且能作用于飞机所有电气设备电弧探测技术、火灾预警技术和灭火系统的重要性，同时也提出探测电弧火源引发航空线缆的机理研究仍存在挑战。

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14. 风电并网下储能参与电网一次调频控制策略^*

宋兴荣, 熊尚峰, 王德顺, 李理, 胡安平, 陶以彬

电气工程学报 2023, 18 (2): 260-268. DOI: 10.11985/2023.02.027

摘要（135）

HTML （4）

PDF（pc）（714KB）（157）

为进一步提高风电并网后电力系统运行的安全稳定性，提出一种针对风电波动性的新型储能参与电网调频控制策略。首先分析电力系统频率恢复不同阶段运行特性，并基于此提出储能参与电网调频的改进虚拟惯性响应和虚拟下垂控制，用于平抑风电并网的波动性；以储能电池剩余电量及负荷扰动量作为双输入，采用模糊控制策略，推导出虚拟下垂系数与双输入之间的平滑曲线关系；利用负荷扰动时的变化率进行负荷预测，预测超短下一时刻的负荷变化情况，计及风电波动功率，优化虚拟惯性控制和虚拟下垂控制的出力系数，以达到最优化调频效果，并提出三项评价指标对控制策略进行评价。最后以某区域电网模型为例，在试验台中进行仿真验证分析。仿真结果显示所提控制策略能够有效改善风电并网波动性带来的电网扰动，且对维持储能电池SOC(State of charge)具有积极意义。

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15. 列车牵引传动系统温度传感器实时故障诊断与容错估计^*

侯鑫尧, 倪强, 李学明, 黄庆

电气工程学报 2023, 18 (2): 269-276. DOI: 10.11985/2023.02.028

摘要（107）

HTML （1）

PDF（pc）（633KB）（155）

牵引传动系统的运行温度是列车运行状态与保护决策的重要指标，针对现有牵引传动系统中温度传感器故障诊断方法存在漏诊与误报断问题，提出了一种基于信息融合的多温度传感器智能故障诊断方法。该方法首先根据牵引传动系统温度检测原理，以系统中的水温传感器与油温传感器为故障诊断对象，提出基于动态主成分分析法的各温度传感器采样值的估算方法；然后基于各温度传感器的采样值与估计值的残差变化规律，提出故障检测与故障隔离的方法；最后，为了验证所提方法的有效性，基于列车实际运行数据，与现有的方法进行比较研究。试验结果表明，所提方法不仅能提高诊断精度，还能够在温度传感器故障情况下，估计出实际温度值，有效提升了列车的可用性，具有较高的实用价值。

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16. 光伏发电接入弱电网电能质量治理研究

刘峪涵, 贺鑫, 罗隆福

电气工程学报 2023, 18 (2): 229-235. DOI: 10.11985/2023.02.023

摘要（125）

HTML （2）

PDF（pc）（353KB）（155）

针对大规模光伏发电接入弱电网系统应具备的电能质量需求，研究一种具有平滑投切、低耗、阻基频的电能质量治理方案以适用于该特殊应用场景。以某具体工程项目为实例，阐述光伏发电接入弱电网时所具备的高频谐波污染及无功充足特性。针对该场景下光伏发电并网的电能质量需求，设计了基频谐振、平滑投切的阻波高通滤波器拓扑结构。通过研究该阻波高通滤波器的阻频特性及谐振现象，揭示了对高次谐波优越的抑制性能及不改变无功潮流分布的原理，同时为使设备安全稳定运行给出了平滑投切控制及参数整定方法。最后，在ETAP软件中搭建仿真模型，并进行光伏电站为期一周的并网电能质量测试，证明了所提方法的合理性及有效性。

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17. 基于电容层析成像的电缆绝缘缺陷检测仿真研究^*

林毅斌, 陈赦, 金雨潇, 钟理鹏, 孙秋芹, 汪沨

电气工程学报 2023, 18 (3): 54-62. DOI: 10.11985/2023.03.006

摘要（110）

HTML （12）

PDF（pc）（106222KB）（155）

电力电缆绝缘性能优越，在轨道交通系统和电力系统中应用广泛，但是在外部绝缘劣化因素的长期作用下易发生绝缘故障，影响系统的供电稳定性。为了准确判断电缆绝缘状态，确保系统安全稳定运行，开展了基于电容层析成像技术的电力电缆绝缘缺陷检测的仿真研究。建立了电力电缆和八电极电容传感器的模型，以信号输出强度为导向优化了电容传感器的几何结构，采用中值滤波算法优化了灵敏度场分布。利用Landweber图像重建算法结合优化后的电容传感器和灵敏度场，对气隙缺陷、水树缺陷、楔形划痕缺陷和复合缺陷4种典型的电缆绝缘缺陷进行了图像重建，实现了电力电缆绝缘缺陷的检测。

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18. 基于DDPG算法的发电企业报价策略研究

马丽莹, 魏云冰

电气工程学报 2023, 18 (2): 192-200. DOI: 10.11985/2023.02.019

摘要（121）

HTML （2）

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随着智能代理算法在解决发电企业代理报价策略问题中的优势不断凸显，国内外相关研究层出不穷。由于我国电力市场发展成熟度不够高，目前多数研究采用的是国外电力市场的交易模式，这不符合我国电力市场交易的实际情况，因此提出一种针对国内电力市场中长期集中竞价交易的报价模型。该报价模型建立在深度确定性策略梯度算法(Deep deterministic policy gradient，DDPG)的基础上，提出兼顾社会总效用最大化和发电企业自身收益的报价策略，建立了以市场环境和发电企业自身情况为参考的状态空间，同时还建立了按照统一边际价格出清的市场出清模型。通过仿真算例验证了该模型的可行性，并与Q-Learning算法的结果进行对比，同时也展现了发电企业自身情况对报价模型的市场出清结果和企业收益的影响。

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19. 基于Bagging-组合核函数相关向量机的短期负荷预测模型研究^*

邱山, 龚文杰, 张智晟

电气工程学报 2023, 18 (2): 142-148. DOI: 10.11985/2023.02.013

摘要（103）

HTML （8）

PDF（pc）（309KB）（149）

为充分发挥组合核函数在相关向量机预测模型中的优势，有效提高负荷预测的精度，提出基于Bagging-组合核函数相关向量机的短期负荷预测模型。首先构造了高斯核函数与Morlet小波核函数加权组合的组合核函数相关向量机的预测模型，然后采用粒子群算法对两个核函数的最优权值进行优选。为提高模型的泛化能力，采用Bagging算法对原始数据多次抽样构造训练样本集。通过实际算例仿真，与多种相关向量机预测模型对比分析，验证了该模型具有较好的预测精度。

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20. 光伏系统电压穿越控制策略研究

王小立, 张汉花, 薛飞, 徐恒山

电气工程学报 2023, 18 (2): 236-244. DOI: 10.11985/2023.02.024

摘要（119）

HTML （4）

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针对两级光伏系统在电网电压穿越时难以对直流系统电压进行快速稳定调控的问题，提出一种功率-电压混合控制策略。并网电压较为稳定时，并网逆变器进行直流电压调控，升压电路工作在最大功率跟踪(Maximum power point tracking，MPPT)模式；并网电压穿越时，逆变器保持对直流电压的调控能力，升压电路由MPPT控制切换到电压控制，实现对直流电压的快速、稳定调控，降低直流电压波动量，提高直流系统的电压稳定性。为了证实提出的功率-电压混合控制策略在电压穿越时对直流系统的稳定调控能力，基于RT-LAB半实物测试平台，进行了并网光伏系统电压穿越时的动态试验。试验结果表明，相比于传统控制策略，在电压穿越时，改进的功率-电压混合控制策略能够将直流系统的电压波动量从78 V减小到7.7 V，将电压波动率从19.5%降低到1.9%，提高了直流系统的电压稳定性。

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21. 牵引变压器油纸绝缘热老化及仿真模拟研究^*

陈学军, 方亚楠, 聂文鹏, 刘凯, 蔡国强, 高波, 高国强, 吴广宁

电气工程学报 2023, 18 (3): 109-116. DOI: 10.11985/2023.03.012

摘要（98）

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热应力是导致牵引变压器油纸绝缘材料性能劣化的主要因素之一，同时也影响着牵引变压器乃至整个动车组列车的安全稳定运行。以45号绝缘油和Nomex T410绝缘纸作为试验对象，基于车载牵引变压器的实际运行工况，首先对其进行加速热老化试验，测试绝缘油在不同老化周期的击穿电压、介质损耗因数、微水含量和油中溶解气体，研究了绝缘油的热老化特性，发现材料的绝缘性能随老化时间增加而降低，在第20个老化周期左右绝缘油已完全劣化，测试值均超过指标。其次进行ReaxFF反应分子动力学仿真模拟，揭示油纸绝缘在热老化过程中小分子物质产生的机理和路径，从微观层面为此类变压器的油中溶解气体分析方法提供理论支持和参考，结果表明，油纸混合绝缘系统的热解产物包含H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、CO、CO₂、H₂O和CO₂H₂。

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22. 永磁同步电机温度建模与热管理方法综述^*

李鑫宇, 孙天夫, 黄世军, 梁嘉宁

电气工程学报 2023, 18 (4): 20-34. DOI: 10.11985/2023.04.003

摘要（152）

HTML （13）

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目前，永磁同步电机的功率密度、转矩密度正在快速提升，电机系统单位体积下的损耗和发热功率也在快速升高。这给电机系统的散热、温度场建模和热管理带来很大挑战。目前国内外文献关于电机温度场建模和热管理方面的文献数量众多，方法种类繁杂，缺乏系统的分析和归纳。针对这一问题，本文对近年来国内外电机温度场分析、建模和热管理的方法进行了梳理和分析，以期能够较为系统地呈现电机温度建模与热管理的发展现状和发展趋势。

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23. 基于线性自抗扰控制技术的伺服控制系统研究^*

夏亮, 孙天夫, 李鑫宇, 谭先锋, 郑登华

电气工程学报 2023, 18 (4): 43-49. DOI: 10.11985/2023.04.005

摘要（151）

HTML （14）

PDF（pc）（314KB）（143）

自抗扰控制器是一种不依赖控制对象精准数学模型的控制器，具有超调量小、鲁棒性强等特点，但由于引入非线性函数，参数难以整定。对自抗扰控制器进行线性化处理即为线性自抗扰控制器。针对永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor, PMSM)伺服系统，应用线性自抗扰控制理论，设计并比较了一阶电流环、速度环、位置环LADRC控制器，仿真结果表明，采用LADRC控制器的伺服系统具有良好的动态性能和稳态性能，并具有较强的抗干扰能力，且易于整定。

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24. 分布式电推进飞机能量优化动态管理技术研究^*

金贤球, 雷涛, 闵志豪, 宋丽娜, 张星雨, 张晓斌

电气工程学报 2023, 18 (3): 315-331. DOI: 10.11985/2023.03.034

摘要（60）

HTML （6）

PDF（pc）（144484KB）（142）

针对分布式混合涡轮电推进飞机电力系统动态能量管理技术开展研究，将分层模型预测控制(Model predictive control，MPC)算法用于其能量优化控制，针对分布式电推进飞机飞行功率需求的变化特点，采用了两层能量管理控制器的方法。即顶层MPC控制混合电推进飞机系统的飞行过程能量优化分配和多发电机组间、非关键载荷的投切状态等，实现燃油消耗代偿最小的目标，将优化问题等效为混合整形二次规划问题(Mixed integer quadratic programing, MIQP)；底层MPC则控制双向DC-DC变换器，负责管理电池组的充放电状态和维持直流母线的电压动态平衡，利用储能装置的“削峰填谷”，改善并优化系统在飞行任务过程中的平衡工作点，同时实现飞机电网能量的动静态特性的协同控制，达到对混合电推进飞机电力系统的动态能量优化管理的目的，并与采用基于规则控制的能量管理策略进行了对比研究。最后通过建立基于RT-LAB的分布式电推进飞机电力系统硬件在环半实物仿真平台，对混合涡轮电推进飞机的分层MPC能量管理算法进行了技术验证，数字仿真和半物理试验结果表明其对于混合电推进飞机的动态能量管理具有很强的鲁棒性和操作性，验证了理论分析和设计的正确性。

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25. 高速动车组牵引变流器的压力特性及温升计算^*

丁杰, 尹亮

电气工程学报 2023, 18 (2): 287-294. DOI: 10.11985/2023.02.030

摘要（151）

HTML （5）

PDF（pc）（637KB）（142）

为分析高速动车组运行过程中列车表面压力对牵引变流器进出风口的影响以及牵引变流器的冷却散热效果，首先建立列车明线运行的空气动力学模型，通过数值模拟得到高速动车组以速度350 km/h明线运行时的压力分布特性，结果表明牵引变流器的进出风口均为负压，出风口与进风口平均压差值为负值，这有利于牵引变流器的通风散热；然后根据牵引变流器的结构特点分别建立了液冷子系统和风冷子系统的仿真模型，得到主逆变组件、整流组件和辅助逆变组件的绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)元件温升，以及变压器、电抗器等电气部件的温升；最后通过温升试验验证仿真计算结果的准确性和牵引变流器的散热效果。牵引变流器的压力特性及温升计算，对于高速动车组的开发研制具有一定意义。

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26. 动态IPT系统并联输出特性分析与均流参数设计方法

朱星宇, 陈乾宏, 张斌, 刘立东

电气工程学报 2023, 18 (2): 70-77. DOI: 10.11985/2023.02.007

摘要（100）

HTML （2）

PDF（pc）（483KB）（139）

采用多拾取模块并联输出的动态感应电能传输(Inductive power transfer, IPT)系统提高了系统的功率传输能力，适用于长轨式的发射结构，在大功率场合有着广泛的应用前景。但由于拾取模块间参数的微小差异以及模块的动态运行，实际的应用过程中会出现拾取模块电流分配不平衡的现象，甚至会导致拾取模块过流损坏。从LCC-S的数学模型出发，推导了拾取模块的输出伏安特性与负载分配特性，分析了不同补偿状态下拾取参数对电流分配的影响，并据此提出一种副边失谐补偿的方案。给出了失谐系数的参数设计方法，利用了对副边参数的调节，实现各个模块的近似均流控制。最后，搭建了一台三个拾取模块并联输出的试验样机，应用所提的失谐补偿方法后，模块间最大电流比例由13.02降低到1.3。试验结果与理论分析一致，证明了所提方案的正确性与有效性。

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27. 基于电导增量法的全局最大功率点跟踪算法

刘祚松, 王红艳, 周蒙恩, 钱阳

电气工程学报 2023, 18 (2): 245-253. DOI: 10.11985/2023.02.025

摘要（100）

HTML （2）

PDF（pc）（467KB）（138）

在部分阴影条件(Partially shaded condition, PSC)下，光伏阵列的功率曲线有多个峰值。传统的跟踪方法只在均匀光照条件(Uniform irradiance condition，UIC)下有效，在PSC情况下则无法追踪到全局峰值(Global peak，GP)。为了在均匀光照条件下和部分阴影条件下均能快速有效地跟踪到GP，提出一种基于变步长电导增量(Incremental conductance，INC)法的GP跟踪算法。该算法主体由四个步骤构成，通过循环执行这四个步骤来寻找全局峰值点。为了提高跟踪精度，所提算法在局部峰值点附近使用一种变步长的INC算法以减小扰动步长。为了减少跟踪时间，算法采用了两种扰动步长，特别是在步骤二和步骤三中通过采用较大的扰动步长，加快了跟踪速度。最后，通过在Matlab构建模型，验证了所提算法的效果。仿真结果表明，该方法比传统的INC全局方法速度更快、精度更大、效率更高。

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28. 基于时间一致性的混合配电变压器互联系统功率分配策略^*

万曦, 陆文钦, 夏天雷, 闫涵, 王建华

电气工程学报 2023, 18 (2): 89-96. DOI: 10.11985/2023.02.009

摘要（122）

HTML （2）

PDF（pc）（356KB）（136）

混合配电变压器是由工频多绕组变压器与电力电子变换器组合构成的新型智能变压器，可以作为交直流配电网中台区能量转换核心。为此，对基于混合配电变压器集群互联的交直流配网系统结构进行分析。针对交直流配电网中混合配电变压器台区间互联端口的功率分配问题，提出基于时间一致性算法的混合配电变压器互联系统功率分配策略。在保持台区和配电网系统内功率平衡的同时，实现不同台区间的分布式电源消纳和功率互补。同时，对一致性算法的应用使每个台区在稀疏通信方式下，仅与相邻台区通信即可获取全局信息，为分布式控制提供基础。最后通过Matlab仿真验证了所提控制策略的有效性。

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29. 含电动汽车的不确定性微电网鲁棒优化调度方法^*

邵嗣杨, 马翔, 袁伟, 张开宇, 傅晓飞, 黄晨宏

电气工程学报 2023, 18 (2): 201-209. DOI: 10.11985/2023.02.020

摘要（165）

HTML （3）

PDF（pc）（380KB）（135）

针对大规模电动汽车接入微电网造成的负荷压力以及用户电动汽车充电的强不确定性，分别建立了电动汽车无序充电和有序充放电两种模型。同时，考虑微电网中新能源发电及负荷需求的间歇不确定性，在日前计划阶段设计了一种基于电动汽车入网的鲁棒优化经济调度方法。模型以微电网最小运行成本为目标，分别在电动汽车无序充电和有序充放电两种模式下，通过列约束生成算法决策出不确定场景集中的最恶劣场景及该场景下的经济最优日前调度方案，并得出日前计划的运行成本。随后在日内调度阶段，利用可再生能源发电和负荷需求的实时数据，在微电网系统不同保守度水平下，针对预测误差对日前计划方案和运行成本进行补偿微调。最终通过算例仿真验证了所提方法的有效性和合理性。

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30. 一种有源钳位隔离型无桥SEPIC PFC变换器^*

刘入铫, 沈霞, 陈锐, 向俊君, 王志豪

电气工程学报 2023, 18 (3): 206-215. DOI: 10.11985/2023.03.022

摘要（58）

HTML （5）

PDF（pc）（111444KB）（134）

传统隔离型SEPIC功率因数校正(Power factor correction, PFC)变换器的开关管电压应力大，且因输入端整流桥的存在，自身效率难以进一步提升。使用无桥PFC和有源钳位技术对SEPIC PFC变换器进行改进，提出了一种有源钳位隔离型无桥SEPIC PFC变换器，通过使用开关管和快恢复二极管替代整流桥，改善了变换器效率；通过运用有源钳位技术，实现了开关管的软开关，降低了开关管的电压应力，并进一步提高了变换器效率。最后，设计了一台输出功率为70 W的应用于飞机座椅电源的试验样机，仅使用一级变换器就实现了高功率因数、高效率和输入输出的隔离，验证了理论分析的正确性。

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31. 基于YC_bC_r颜色分割与特征分析的变电站压板状态识别^*

周凯, 罗朝丰, 胡志坚, 严利雄, 毕如玉, 邓科, 李煜磊

电气工程学报 2023, 18 (3): 285-296. DOI: 10.11985/2023.03.031

摘要（53）

HTML （3）

PDF（pc）（60528KB）（130）

针对传统保护压板图像识别方法对光照条件要求苛刻﹑识别率低以及目前较热的深度学习识别保护压板状态的方法对计算机硬件要求高﹑样本需求量大的问题，提出了一种改进的颜色提取和特征识别压板状态的方法。该方法先对巡检机器人移动端采集到的屏柜图进行图像预处理，提高图像的清晰度和辨识度；然后将彩色图像转换至YC_bC_r颜色空间中进行颜色特征提取，获取二值图像，对二值图像进行形态学处理并提取连通域；接着对连通域进行形态特征分析，利用面积及边界信息分析除去标识牌和干扰小光斑，利用极限腐蚀算法判别粘连连通域并对粘连连通域进行分割；最后采用简单最小外接矩形和面积最小外接矩形算法获取连通域的外接矩形，对压板进行定位，并根据外接矩形的长高比和偏转角度结合判断压板的状态。试验结果表明所提方法对压板切割的准确性，对复杂环境特殊情况识别的一般性，以及识别方法的高效性和准确性。

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32. 基于SVM级联决策树的复合电能质量扰动识别^*

陈诺, 吕干云, 叶加星

电气工程学报 2023, 18 (2): 149-156. DOI: 10.11985/2023.02.014

摘要（121）

HTML （3）

PDF（pc）（401KB）（126）

针对双重及以上复合电能质量扰动特征重叠和识别困难的问题，提出了一种基于支持向量机(Support vector machine, SVM)级联决策树的电能质量复合扰动分类识别方法。首先，基于S变换提取的扰动初始特征，针对电压暂降、谐波、电压中断等7种单一扰动构建多个二分类SVM；然后通过SVM的二分类统计学习进行扰动蕴含特征的重构，以降低复合扰动的特征重叠；最后利用新构建的复合扰动特征，结合CART决策树的二分离散特征处理，实现SVM级联决策树的复合电能质量扰动多分类识别。仿真试验表明，所提方法可有效降低复合扰动下特征重叠程度，有较强的抗噪性，能准确识别包括双重及多重复合的21种电能质量扰动。

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33. 油浸式有载分接开关的电弧温度场特性仿真研究

李帅兵, 李宗英, 杨兴祖, 康永强, 董海鹰

电气工程学报 2023, 18 (3): 135-144. DOI: 10.11985/2023.03.015

摘要（88）

HTML （3）

PDF（pc）（81808KB）（125）

随着新能源的大规模并网，电力系统对电网电压的精细化调控需求不断增加，使得有载分接开关的动作更加频繁，其触头电气磨损严重、故障率逐年上升。为探究有载分接开关的开关触头在绝缘油中的电气磨损情况，对有载分接开关滑动过程中所产生的电弧特性展开研究。基于流体动力学理论，建立有载分接开关的电弧等离子体仿真分析模型，仿真得到电弧的温度分布和有载分接开关触头表面温度分布特性，并在实验室搭建了有载分接开关的载流摩擦磨损试验平台，对触头间的电弧仿真模型进行了试验验证。结果表明，在起弧前，触头表面温度随时间慢慢升高，随滑动速度增大而下降；在起弧过程中，电弧温度极速升高，电流的增大，使电弧能量增大，电弧温度和触头表面温度升高；在滑动速度55 mm/s之前，电弧温度随着滑动速度增大而增大，当滑动速度介于55~100 mm/s时，电弧温度呈先下降后上升的趋势，电弧能量在滑动速度为90 mm/s时达到最小，该发现可为触头机构的优化设计提供参考。

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34. 温差发电阵列解析方法及其热失配性能研究^*

王粒同, 王军, 甘育东, 孙章

电气工程学报 2023, 18 (2): 78-88. DOI: 10.11985/2023.02.008

摘要（95）

HTML （1）

PDF（pc）（422KB）（124）

温差发电阵列(Thermoelectric generator，TEG)的热失配现象会导致器件损坏，严重影响发电单元效率和可靠性。为分析温差发电阵列的电气特性及其热失配现象对阵列的影响，通过对阵列进行基尔霍夫电压电流定律分析，提出一种温差发电阵列解析方法用于分析阵列的电气特性；同时，搭建了一个低品位热源下的温差发电阵列试验平台，基于已搭建的温差发电平台开展热失配的相关试验及分析，在常见的温度分布下对阵列进行相关试验，测量各阵列输出的最大输出功率，计算得到各阵列的损耗率，量化热失配对于温差发电的影响。最后，通过试验发现，温度失配会造成阵列功率明显下降，串并联结构(Series-parallel，SP)较其余阵列具有更高的效率，温度分布的均匀程度与温差发电的输出功率有极强的关联性，阵列连接方式的复杂程度与温差发电的输出功率也存在关联性。

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35. 七电平MPUC逆变器滞环SVPWM容错控制方法^*

李国华, 韩颖, 李丰, 刘明

电气工程学报 2023, 18 (3): 216-223. DOI: 10.11985/2023.03.023

摘要（57）

HTML （1）

PDF（pc）（95450KB）（123）

为了提高单相多电平MPUC逆变器的工作可靠性，提出一种电流跟踪型单相七电平MPUC逆变器滞环SVPWM容错控制方法。首先，分析功率开关器件开路故障对单相MPUC七电平逆变器电压矢量的影响。逆变器开路故障状态下，该方法利用冗余电压矢量的替代实现容错控制；优先选择位置重合的冗余电压矢量进行等效替代；如果没有重合非故障矢量，则选择位置和作用效果最接近的其他非故障矢量。在逆变器单管开路故障状态下，该方法可保证逆变器输出电流较准确地跟踪参考电流，不需要增加备用的硬件冗余单元，能够节约硬件成本，简化系统结构。仿真结果证明了该方法的有效性。

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36. 市域列车接地回流动态变化规律分析与优化

石慧

电气工程学报 2023, 18 (3): 81-89. DOI: 10.11985/2023.03.009

摘要（77）

HTML （3）

PDF（pc）（112844KB）（122）

市域列车通过车体-轮对-钢轨形成接地回流通道，过大的接地回流会造成轴承电腐蚀、碳刷的异常磨耗等问题，严重威胁动车的安全运行。在Matlab/Simulink中建立了市域列车在供电区间内行驶时接地回流动态过程仿真模型，并结合现场测试数据验证了模型的准确性，探明了市域列车在供电区间内运行时接地电流的变化趋势。从接地电流热效应出发，提出市域列车接地电流的“等效值”的概念。从工作接地方式与保护接地方式两个方面出发，探究接地回流的影响因素。根据接地电流的等效值，提出市域列车接地系统的优化方案，仿真结果表明，优化后保护接地电流等效值由53 A下降到17 A，下降幅度达到67%，接地回流分布较为均匀，车体电位也控制在安全的范围内，为设计更优良的接地方案提供了理论基础。

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37. 三相电压型PWM整流器的模型预测滑模控制^*

徐鹏, 苏鑫, 郭铖, 袁利兵, 但远宏

电气工程学报 2023, 18 (4): 58-65. DOI: 10.11985/2023.04.007

摘要（122）

HTML （3）

PDF（pc）（491KB）（122）

三相电压型(Pulse width modulation, PWM)整流器因具有高功率输出、交流侧低电流谐波的特性而被广泛应用于风力发电、新能源汽车等场合。以三相电压型PWM整流器为研究对象，针对传统的模型预测控制(Model predictive PI control, MPPIC)存在算法遍历寻优计算复杂和外环采用PI控制动态响应较慢、抗干扰能力差的问题，设计了模型预测滑模控制(Model predictive sliding mode control, MPSMC)。通过对整流器的工作原理进行分析，建立数学模型，设计了优化的模型预测控制算法，缩短算法的寻优次数，提高了系统稳态性能；同时为了提高系统的鲁棒性，设计了积分滑模控制算法替换外环传统的PI控制。最后，搭建仿真和试验平台，结果得出设计的模型预测滑模控制(MPSMC)相较于传统模型预测PI控制(MPPIC)，具有更强的抗扰动能力和更好的动、静态性能。

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38. 永磁游标电机转矩特性研究^*

林宝全, 李捷, 杨公德

电气工程学报 2023, 18 (4): 35-42. DOI: 10.11985/2023.04.004

摘要（141）

HTML （9）

PDF（pc）（704KB）（120）

永磁游标电机具有转矩密度高、结构简单等优点，在电动船舶、风力发电等低速大转矩驱动领域应用广泛。为进一步提高永磁游标电机的转矩密度，采用气隙磁场调制理论研究永磁游标电机的转矩特性。通过分析永磁磁场和电枢反应磁场谐波的有效耦合过程，揭示永磁游标电机转矩产生机理。根据电机结构参数与磁动势、磁导分布的关系，确定待优化参数，结合响应面法和遗传算法对电机转矩性能进行多目标优化设计。采用麦克斯韦应力张量法定量分析气隙磁场各次谐波对电磁转矩的贡献。结果表明，永磁游标电机电磁转矩仅由单一气隙磁场工作谐波产生。在此基础上，研究关键结构参数对气隙磁场调制效应和电机转矩性能的影响，为该类电机的拓扑结构创新及其转矩性能提升提供了理论依据。

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39. 磁集成变换器耦合电感电流纹波研究^*

李洪珠, 王泽明, 范茏茏

电气工程学报 2023, 18 (2): 97-107. DOI: 10.11985/2023.02.010

摘要（113）

HTML （4）

PDF（pc）（774KB）（119）

为了减小变换器中电感电流纹波，研究耦合磁集成对电流纹波大小的影响，从耦合电感数学模型角度出发，建立两相耦合电感的通用集成模型。根据数学模型分析了影响电流纹波的各个影响因素以及各个参数的限制条件，系统分析了两电感电压比为常数和电感电压比为时间数两种情况下，不同的占空比、相位角以及耦合系数对电感电流纹波的变化规律，给出了不同情况下的电感电流纹波的计算方法以及设计准则。对上述两种情况进行了仿真验证，通过设置特定的仿真参数，对比理论分析结果验证了原理分析的正确性。最后，以两种不同变换器为例，验证了磁集成纹波分析的正确性。

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40. 通用化多功能飞轮测试系统设计与实现^*

吴可, 钟泽宇, 高雪松, 杨冬雷, 王洁, 孔晓红, 迟晓妮

电气工程学报 2023, 18 (2): 26-33. DOI: 10.11985/2023.02.004

摘要（123）

HTML （2）

PDF（pc）（485KB）（118）

飞轮是空间卫星的执行机构，性能好坏决定卫星能否正常运行。当前飞轮测试系统功能单一化，测试系统定期校准手工效率低。围绕实际需求研制一套多功能通用化自动测试平台。基于QT开发框架，开发了可以兼顾多型号和多协议的模块化软件的飞轮测试平台，可以完成6路飞轮控制板自定义的定时功能的串/并行测试，实现一键测试功能和定期自动校准功能。经过试验表明该测试系统解决了传统意义上的一台测试系统只能测试一台飞轮产品的问题，提高了测试效率。在实际的应用中，解决了计量标定人员在定期校准时手动校准的复杂操作问题，克服了易出错、准确性偏低等一系列问题。

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