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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230)   HTML14)    PDF(pc) (626KB)(558)    收藏

    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. 先进感知技术在电池状态估计中的应用与启示*
    徐茂舒, 沈旖, 王晟, 张娥, 李浩秒, 周敏, 王玮, 王康丽, 蒋凯
    电气工程学报    2022, 17 (3): 40-57.   DOI: 10.11985/2022.03.006
    摘要278)   HTML9)    PDF(pc) (674KB)(421)    收藏

    实时精准的电池状态估计对锂离子电池高效安全运行尤为重要。以先进感知技术对电池内部特征进行原位在线感知,可为电池应用提供丰富的数据支撑,是电池状态估计方法发展的关键。以基于电气测量特征的、基于模型的和基于数据驱动与机器学习的电池状态估计方法作为对比,辨析基于光纤感知技术、电化学阻抗谱感知技术、机械应变感知技术、声学感知技术的先进智能感知技术原理、应用和优势缺陷,构建未来智能电池与智能电池管理系统。

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    3. 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199)   HTML17)    PDF(pc) (704KB)(401)    收藏

    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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    4. 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356)   HTML22)    PDF(pc) (698KB)(381)    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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    5. 基于iCEEMDAN和迁移学习的锂离子电池SOH估计*
    杨淞元, 田勇, 田劲东
    电气工程学报    2022, 17 (4): 2-10.   DOI: 10.11985/2022.04.002
    摘要245)   HTML25)    PDF(pc) (27029KB)(363)    收藏

    目前数据驱动的锂离子电池健康状态(State of health,SOH)估计方法已成为研究热点,但实车应用中产生的小样本数据问题会导致数据驱动模型精度低、泛化能力差等问题,由此提出一种基于特征模态分解及迁移学习的SOH估计方法。首先,从电池小样本数据片段中提取健康特征,通过改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(Improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise,iCEEMDAN)分离出本征模态分量(Intrinsic mode function,IMF)与残余分量(Res)两类包含不同特征信息的分量;然后将分解优化后的特征信息分别通过LSTM网络和BP网络进行针对性训练,构建特征信息与电池SOH的关联模型;最后将模型迁移至其他数据集估计电池的SOH。基于NASA公开电池数据集的试验结果表明,所提方法具有高准确度及泛化能力,估计的平均绝对误差(MAE)和方均根误差(RMSE)分别为2.34%和3.05%,迁移后的MAE和RMSE分别为1.13%和1.68%。

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    6. 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224)   HTML4)    PDF(pc) (482KB)(355)    收藏

    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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    7. 基于储能协调的光储微网VSG控制策略研究
    张常友, 朱作滨
    电气工程学报    2023, 18 (1): 228-234.   DOI: 10.11985/2023.01.025
    摘要171)   HTML10)    PDF(pc) (439KB)(328)    收藏

    光储微网独立运行时受到光照强度变化或负荷扰动时,系统频率稳定性无法满足要求。针对此问题,提出一种基于储能协调的光储微网改进虚拟同步电机(Virtual synchronous generator,VSG)控制策略。首先,对VSG控制策略进行改进,用以消除负载扰动带来的频率偏差。同时通过协调控制策略得到VSG控制器的给定参考有功功率,调整蓄电池储能充电状态(State of charge,SOC),用来平抑光照强度变化带来的频率偏差。其次,建立基于储能协调的光储微网改进VSG控制系统小信号模型进行参数整定设计。最后,建立系统仿真模型进行仿真验证,仿真结果验证了该方法的可行性。

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    8. 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280)   HTML28)    PDF(pc) (500KB)(314)    收藏

    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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    9. 笼型感应电机故障诊断技术综述
    石颉, 李莎莎, 申海锋
    电气工程学报    2023, 18 (1): 1-13.   DOI: 10.11985/2023.01.001
    摘要295)   HTML38)    PDF(pc) (329KB)(312)    收藏

    作为整个电力系统最重要的环节之一,感应电机有着不可替代的作用。由于运行工况十分复杂,感应电机在使用过程中会出现各种类型的故障。为了保证电机正常运行,对电机早期故障进行诊断和监测显得尤为重要。考虑未来研究的需要,针对感应电机最常见的轴承故障、定子故障和转子故障三类故障,首先总结了每种故障常用诊断方法的优势及其局限性,其次基于最常用的振动信号、电机电流信号、声信号等特征分析技术,重点论述了当前电机故障特征提取的主流方法,对各常用故障诊断方法及其改进策略做了归纳和总结,对国内外研究现状进行了全面的论述和分析,总结了各种故障诊断方法的适用场景,并对该领域未来的研究方向进行了展望,旨在给未来的研究者提供依据和思路。

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    10. 发电侧共享储能运营机制与交易模式研究综述*
    李笑竹, 陈来军, 杜锡力, 温嘉鑫
    电气工程学报    2023, 18 (1): 188-200.   DOI: 10.11985/2023.01.021
    摘要420)   HTML8)    PDF(pc) (456KB)(307)    收藏

    发电侧共享储能因能够提升新能源场站的灵活性和提高储能利用率而受到广泛关注,但不够成熟的运营机制与交易模式阻碍了它的大规模发展。共享储能运营机制和交易模式的研究对支撑和鼓励多类型储能单元及其所有者参与能量共享具有重要意义,也是当前的研究热点领域。为此,从运营机制、交易模式两个方面进行了梳理和分析,讨论了分散式、集中式共享储能在需求满足、利益驱动不同投建目的下的运营机制;在此基础上从非合作博弈与合作博弈两个角度分析总结了目前共享储能的交易模式;并展望了共享储能在未来电网形态演变中的发展方向,以期为新型电力系统中电网、新能源储能、储能协同发展需求的研究和技术应用提供借鉴。

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    11. 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159)   HTML6)    PDF(pc) (436KB)(299)    收藏

    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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    12. 电力机车运行工况对车网系统低频振荡的影响规律研究
    孟昭斐, 胡海涛, 周毅
    电气工程学报    2022, 17 (2): 131-141.   DOI: 10.11985/2022.02.015
    摘要200)   HTML3)    PDF(pc) (768KB)(294)    收藏

    近年来,随着我国新型交直交传动动车组与电力机车的大量投运,电气化铁路中出现了低频振荡现象,对铁路系统造成了极大危害。目前,研究车网系统低频振荡时仅考虑整备机车的影响,然而在同一供电臂下,往往还存在正常大功率运行的机车。因此,通过建立整备机车(低功率运行状态)和运行机车不同工况(大功率运行状态和制动状态)的阻抗模型,分析了不同工况下机车阻抗特性的差异,并运用阻抗比判据分析了运行机车不同工况对车网系统低频振荡的影响规律。最后,在Matlab/Simulink中搭建了牵引网、整备机车和运行机车的仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。

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    13. 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359)   HTML27)    PDF(pc) (1037KB)(289)    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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    14. 锂离子电池正极材料低温性能衰退机理研究*
    齐四清, 苏林华, 范新宇, 姜楠, 王鹏飞
    电气工程学报    2022, 17 (3): 19-29.   DOI: 10.11985/2022.03.004
    摘要238)   HTML7)    PDF(pc) (1236KB)(286)    收藏

    锂离子电池凭借其高能量密度、长循环寿命等突出优势被广泛应用于便携式设备、电动汽车以及大规模储能领域。然而,锂离子电池对外界温度敏感,尤其是在较低的工作温度下,能量密度和功率密度急剧下降,这严重限制了其在寒冷地区的应用。为探究锂离子电池在低温环境下的性能衰减机理,选择磷酸铁锂(LiFePO4)、钴酸锂(LiCoO2)、层状三元(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)三种商业化正极材料作为研究对象,结合恒流充放电测试、电化学阻抗测试、恒电流间歇滴定技术以及X射线衍射分析和扫描电子显微镜表征技术,全面系统地比较了三种材料在室温(25 ℃)和低温(-20 ℃)下的电化学性能。恒流充放电测试结果显示三种正极材料在低温下均会出现比容量明显降低,三元NCM622表现出最佳的低温循环稳定性,在-20 ℃循环400圈时容量保持率为95.89%。进一步的交流阻抗测试分析和Li+扩散速率计算表明,在低温条件下电解液电导率的降低、正极材料电荷转移阻抗的增加和Li+扩散速率下降是导致锂离子电池正极材料低温性能退化的主要原因,该研究为提高锂离子电池的低温性能提供了可行的解决思路。

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    15. 自支撑CC/NiS2纳米片中间层制备与锂硫电池性能研究*
    郝红, 许俊
    电气工程学报    2022, 17 (3): 12-18.   DOI: 10.11985/2022.03.003
    摘要216)   HTML6)    PDF(pc) (496KB)(280)    收藏

    多硫离子的穿梭效应是限制锂硫电池发展的一个关键问题。通过水热法和进一步的硫化反应合成了自支撑的碳布/二硫化镍纳米片(CC/NiS2)复合材料,并将其用作锂硫电池中间层来有效抑制多硫离子的穿梭效应。NiS2纳米片均匀生长在CC表面,具有较大的比表面积和优异的催化活性,能够显著增强对多硫离子的化学吸附能力并促进电化学反应动力学。相比于碳布(CC)中间层电池,CC/NiS2中间层电池具有明显提高的倍率性能和良好的循环寿命,在0.5C下放电的初始比容量为1 254 mA·h·g-1(增加52%),在2C下循环300圈后的比容量仍高达928 mA·h·g-1,容量衰减率仅为每圈0.015%。

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    16. 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246)   HTML19)    PDF(pc) (955KB)(268)    收藏

    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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    17. 双三相永磁同步发电机双子空间模型预测电流控制*
    王玉雪, 许德志, 赵文祥, 郝亮, 唐红雨
    电气工程学报    2022, 17 (3): 104-113.   DOI: 10.11985/2022.03.012
    摘要241)   HTML11)    PDF(pc) (735KB)(261)    收藏

    模型预测控制因其概念直观、响应迅速和便于处理非线性约束等优势,被广泛应用于多相电机控制系统。但现有的模型预测控制只考虑α-β基波子空间的机电能量转换,而未考虑因变流器控制死区和系统非线性因素引起的谐波损耗。针对双三相永磁同步发电机整流系统,提出一种同时考虑α-β基波子空间和x-y谐波子空间以抑制谐波电流的双子空间多矢量模型预测电流控制策略。在此基础上,在两个子空间引入虚拟矢量占空比优化策略,从而进一步提升稳态控制性能。最后,通过试验验证了所提控制策略的可行性和有效性。

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    18. 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204)   HTML11)    PDF(pc) (673KB)(259)    收藏

    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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    19. 基于车载宽增益双向直流变换器的多源电动汽车充放电一体化方法
    张云, 魏逸航, 刘强强, 孔治国
    电气工程学报    2022, 17 (2): 101-109.   DOI: 10.11985/2022.02.012
    摘要204)   HTML7)    PDF(pc) (870KB)(246)    收藏

    为了解决目前电动汽车充放电技术存在的车载动力蓄电池的充电器输入电压范围小,以及车载变换器和车载能量管理系统的利用率低等问题,提出一种新的基于车载宽增益双向直流变换器的多源电动汽车驻车充放电一体化方法。与常规的充放电方案相比,该方法不仅实现了常规的车载多能量源与车载直流母线和微网之间的能量交互,对所接入的直流微网进行“消峰填谷”,而且还降低了电动汽车充电器对充电输入电压等级的要求,同时还极大地拓宽了车载动力蓄电池的充电方式,大幅度提高了车载变换器、车载能量管理系统和动力电机的利用率。最后搭建了额定功率为1.2 kW的多源充放电系统的试验平台,通过三组典型的试验结果验证了所提出的驻车充放电一体化方法的合理性和可行性,可在未来的电动汽车充放电技术研究领域进一步推广实现。

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    20.
    电气工程学报    2022, 17 (3): 1-1.   DOI: 10.11985/2022.03.001
    摘要76)   HTML260)    PDF(pc) (170KB)(244)    收藏
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    21. 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91)   HTML3)    PDF(pc) (87146KB)(244)    收藏

    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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    22. 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253)   HTML4)    PDF(pc) (676KB)(240)    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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    23. 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318)   HTML15)    PDF(pc) (721KB)(236)    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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    24. 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152)   HTML28)    PDF(pc) (46017KB)(227)    收藏

    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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    25. 多DC/DC变换器互联直流系统低频OFDM电力线通信策略
    卫紫任, 王泰来, 于凯
    电气工程学报    2023, 18 (1): 56-67.   DOI: 10.11985/2023.01.006
    摘要129)   HTML8)    PDF(pc) (900KB)(223)    收藏

    在直流供电网络中,设备之间的有效通信是保障系统供电可靠性和安全性的重要基础。针对传统电力线通信电路的复杂性,提出一种基于低频正交频分复用技术的多载波功率信号复合传输方法,通过在参考电压叠加并行载波信号,将调制信号加载在输出电压低频纹波中进行传输,利用单个变换器实现了多个载波信号的调制。针对输出端并联的Buck电路系统,分析了基于正交频分复用技术的多载波PWM/ASK的信号调制解调的原理,并对系统的稳定性和信号传递特性进行分析,并通过仿真和试验验证了该信号调制方法的可行性。

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    26. 基于模糊控制的自适应超螺旋滑模观测器无传感器控制*
    王杰, 周立, 苏美霞, 王慧玲
    电气工程学报    2023, 18 (1): 32-42.   DOI: 10.11985/2023.01.004
    摘要183)   HTML13)    PDF(pc) (783KB)(219)    收藏

    针对永磁同步电机传统超螺旋滑模观测器(Super-twisting algorithm based sliding-mode observer,STA-SMO)使用固定滑模参数,从而导致较大抖振和扰动抑制能力差的问题,提出了一种滑模参数可以随着系统转速变化而实时更新的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器无位置传感器控制方法,并给出了所提方法的稳定性证明,通过在线调整滑模系数可以获得较高的估计精度。针对永磁同步电机传统矢量控制速度环采用固定参数PI控制器、无法满足系统快速响应和参数扰动抑制能力等问题,速度外环采用模糊PI控制器,通过模糊控制器的输出更新PI控制器的参数,增强系统的鲁棒性。最后,通过仿真和试验,验证了基于模糊控制的永磁同步电机自适应超螺旋滑模观测器可以有效抑制系统抖振,且估计精度高,鲁棒性强。

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    27. 考虑柔性负荷的综合能源站-网协同优化规划
    张赢, 黄伟, 刘文彬, 张莞嘉
    电气工程学报    2022, 17 (2): 176-186.   DOI: 10.11985/2022.02.020
    摘要134)   HTML9)    PDF(pc) (676KB)(218)    收藏

    考虑用户参与需求响应对综合能源站-网规划的影响,提出了计及柔性负荷的区域综合能源站-网协同规划双层优化模型。上层以年投资运行成本、污染物排放量和供能中断率为目标构建多目标优化模型,对系统容量配置进行优化;下层计及可削减、可平移、可转移、可替代柔性负荷,考虑需求响应补偿成本,建立优化运行模型,对负荷曲线和设备出力进行优化。结果表明考虑柔性负荷参与需求响应能够平滑负荷曲线,减少设备出力和容量配置,在经济性、环保性和供能可靠性三个指标方面更加优越。

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    28. 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268)   HTML8)    PDF(pc) (691KB)(210)    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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    29. 带混合负载的电动无人机双极性直流电力系统拓扑结构设计及稳定性分析*
    袁聪, 皇甫宜耿, 白浩, 刘云天, 张宏宇
    电气工程学报    2022, 17 (2): 110-121.   DOI: 10.11985/2022.02.013
    摘要260)   HTML9)    PDF(pc) (607KB)(210)    收藏

    电动无人机的直流电力系统主要为推进电机、环控和雷达等机载设备提供可靠的电能,而根据系统母线的结构,可以将系统分为单极性结构和双极性结构。为了降低推进电机的损耗和体积、提高系统容错性,双极性结构被广泛地应用在无人机和飞机当中。然而由于燃料电池、光伏等新能源发电系统通常输出单极性直流电,需要一个单双极性转换接口,实现单双极性转换。首先在电感电流脉动量、电容电压脉动量和开关管应力等方面,对比分析两种单双极性转换接口,即电压平衡器和多电平变换器。然后,基于对比结果,选取多电平变换器作为单双极性接口,设计母线电压控制器和中位点电压控制器实现双极性直流电力系统的电压电流控制和电压均衡控制。最后,分析控制器参数以及广泛存在于系统中的恒功率负载、恒流负载、恒阻负载对系统稳定性的影响,并通过仿真进行验证。

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    30. 基于GRU神经网络的WGAN短期负荷预测模型*
    高翱, 王帅, 韩兴臣, 张智晟
    电气工程学报    2022, 17 (2): 168-175.   DOI: 10.11985/2022.02.019
    摘要221)   HTML12)    PDF(pc) (410KB)(207)    收藏

    为了提高短期负荷预测模型的精度,提出了一种基于门控循环单元(Gated recurrent unit,GRU)神经网络的Wasserstein生成对抗网络(Wasserstein generative adversarial network,WGAN)短期负荷预测模型。将Wasserstein距离作为生成对抗网络(Generative adversarial network,GAN)的损失函数,与传统GAN相比,可以解决其训练过程中存在的梯度消失、模式崩溃等问题。同时,其生成器和判别器模型采用GRU神经网络,用以解决循环神经网络中存在的梯度问题。通过与GRU神经网络模型、传统GAN模型、采用KL散度作为损失函数且生成器和判别器采用GRU的GAN模型进行对比试验,证明了所提出的新模型具有更好的预测精度和稳定性。

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    31. 储能电站锂离子电池火灾早期预警与抑制技术研究综述*
    陈银, 肖如, 崔怡琳, 陈明毅
    电气工程学报    2022, 17 (4): 72-87.   DOI: 10.11985/2022.04.009
    摘要298)   HTML13)    PDF(pc) (56366KB)(206)    收藏

    锂离子电池的优良性能使之得到了广泛的应用,也是电化学储能电站的核心部件之一。然而储能电站的火灾、爆炸等事故,不但会给企业带来极大的经济损失,还会对整个产业的发展产生很大的影响,因此储能电站安全不容忽视。阐述了锂离子电池热失控致火灾的机理,重点归纳总结了当前国内外关于电池表面缺陷检测、电压、电流-超声波预警系统、声音预警系统和气体-声信号预警系统融合等锂离子电池热失控-火灾早期预警技术,研究了现有锂离子电池火灾灭火常用技术手段及优缺点。在此基础上,提出了适用于锂离子电池储能电站火灾的早期预警和火灾控制技术,为有效地提升储能系统安全防护水平,降低火灾发生的概率及火灾发生后的财产损失等应用提供了参考。

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    32. 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131)   HTML2)    PDF(pc) (451KB)(205)    收藏

    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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    33. 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178)   HTML12)    PDF(pc) (517KB)(205)    收藏

    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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    34. 基于改进控制策略的交直流独立光储电源系统
    熊力颖, 何晓琼, 韩鹏程, 龚子, 王卓然
    电气工程学报    2022, 17 (3): 95-103.   DOI: 10.11985/2022.03.011
    摘要139)   HTML8)    PDF(pc) (458KB)(205)    收藏

    在电网难以涉及的偏远地区,居民生活及野外工程用电面临巨大挑战。针对上述问题,提出了一种由多端口变换器、光伏板及蓄电池组构成的交直流独立光储电源系统。多端口变换器包括输入端Boost升压变换器、储能端双向Buck-Boost变换器、交流输出端三相逆变器及直流输出端隔离式DC/DC变换器。输入端利用基于占空比扰动的控制策略实现光伏最大功率跟踪(Maximum power tracking,MPPT);隔离式DC/DC变换器利用电压闭环的单移相控制实现直流输出0~200 V;三相逆变器利用电压电流双闭环控制实现三相交流输出380 V/50 Hz。在储能端的控制策略中,将传统电压电流双闭环控制策略的电流内环改进为功率误差内环,实现对系统有功转移的直接控制。由仿真得出,系统在环境变化和负荷突变下均能实现稳定供电。同时,改进控制策略能有效降低光强突变下直流母线的电压波动幅值和暂态响应时间,在维持系统供电稳定性上更具优越性。

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    35. 靠港船舶接入港口岸电时负载转移策略研究
    陈建东, 叶志浩, 黄靖, 范娜丽
    电气工程学报    2022, 17 (3): 147-153.   DOI: 10.11985/2022.03.017
    摘要94)   HTML1)    PDF(pc) (405KB)(205)    收藏

    靠港船舶使用港口岸电电源代替船侧发电机为船用负载供电,可有效减少环境污染。船舶靠港和离港时,岸电电源与发电机都存在短时并联的过程用来实现船舶负载的平滑转移。针对岸电电源采用传统下垂控制(Droop控制)实现负载转移时容易出现功率超调而导致船舶发电机逆功率的缺点,采用虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator,VSG)策略对岸电电源进行控制,并提出二段式负载转移策略使岸电电源能够先与发电机均分负载功率再达到功率指令值,通过参数优化使负载在转移的过程中不出现功率超调进而提高船舶岸电系统的稳定性。仿真结果表明,所提策略可以有效解决岸电电源输出功率超调问题且保证了负载转移过程平滑、无冲击,研究成果可对岸电电源设计提供参考。

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    36. 结合场景分析的输电线路通道可视化分级预警研究
    武永泉, 张四维, 彭冲, 焦良葆, 浦东
    电气工程学报    2022, 17 (3): 194-202.   DOI: 10.11985/2022.03.023
    摘要130)   HTML1)    PDF(pc) (351KB)(202)    收藏

    针对输电线路横跨地域广,输电通道中隐患目标多的问题,提出了输电线路通道可视化分级预警模型。首先改进深度残差网络提取输入图像的多光谱信息,通过软阈值化来减少噪声影响,提高输电线路通道场景分析模型的准确度;然后利用YOLOv3目标检测算法构建输电线路通道隐患目标识别模型,针对隐患中的烟雾、施工车辆目标小的问题,采用难负样本挖掘策略,减少图片背景的影响,再根据输电线路通道的分级预警结构构建分级预警模型。研究结果表明,结合场景分析的输电线路通道可视化分级预警模型能够科学、准确地反映出输电线路通道的隐患预警状态,为输电线路运行维护工作提供指导。

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    37. 基于EtherCAT的磁浮交通PMLSM驱动系统架构及控制研究*
    马志勋, 刘思明, 牛海川, 韩耀飞, 林国斌
    电气工程学报    2022, 17 (2): 73-82.   DOI: 10.11985/2022.02.009
    摘要226)   HTML4)    PDF(pc) (776KB)(202)    收藏

    现有的高速磁浮交通系统采用直线同步电机牵引技术,然而磁浮交通系统中实际使用的直线同步电机体积庞大且造价昂贵,不利于前期开发和研究。对此,开发了一种分段式永磁直线同步电机(Permanent magnet linear synchronous motor, PMLSM)牵引驱动样机,旨在以低成本的方式快速简易地部署和验证磁浮交通直线运动控制算法。针对样机,设计并实现了一种基于ARM-FPGA双核的专用控制器。双核分别承担算法部署和控制实施的功能。此外在控制器中引入了EtherCAT网络技术,以搭建低延迟和高精度的网络化控制架构,仿真和试验证明了其可行性和可用性。未来将利用该驱动系统架构开发、部署和验证更多的磁浮交通直线运动控制算法。

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    38. 锂离子电池热失控模型综述*
    王功全, 孔得朋, 平平, 吕宏鹏
    电气工程学报    2022, 17 (4): 61-71.   DOI: 10.11985/2022.04.008
    摘要332)   HTML14)    PDF(pc) (38545KB)(192)    收藏

    锂离子电池具有能量密度高、循环性能好以及绿色环保等优点,在电动汽车以及储能领域得到了广泛的应用。然而,近年来热失控引发的火灾和爆炸事故激增,成为制约锂离子电池大规模应用的桎梏。因此,锂离子电池的热安全问题成为储能领域的研究热点,其中仿真模拟技术凭借其能够降低经济和时间成本的优势,成为研究电池热失控特征和促进锂离子安全应用的重要手段。按照单体电池到电池模组的思路,对锂离子电池热失控建模的国内外研究进展进行了综述。阐明了锂离子电池内部的产热机制和相应的热动力学建模方法,总结了锂离子电池排气以及后续气体燃烧爆炸的模型进展,分析了热阻网络模型和计算流体力学模型在电池组热失控传播行为预测上的应用,最后对锂离子电池热失控建模研究进行了展望。

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    39. 低速区列车牵引系统的电制动力提升控制方法*
    李建新, 李佳耀, 高翔, 蒋威, 宋文胜
    电气工程学报    2022, 17 (2): 83-91.   DOI: 10.11985/2022.02.010
    摘要197)   HTML4)    PDF(pc) (802KB)(188)    收藏

    目前,我国列车牵引传动系统普遍采用电-空联合制动的制动方式,具有低速区电-空制动切换引起乘客舒适性下降、空气制动可控性不强和闸瓦磨损严重等缺点。为解决该问题,研究了一种基于再生制动和反接制动的列车全电制动控制技术,可实现列车在全速度范围内的电气制动。首先,根据矢量控制下电磁转矩和转差频率的关系,分析不同制动方式在低速区的转矩输出能力,确定了再生制动在定子角频率大于零和反接制动在定子角频率小于零时制动转矩的可控性;其次,通过间接矢量控制磁场定向和直接矢量控制磁链观测证明了反接制动的实现原理和可行性,进而提出了低速区由再生制动自然换向至反接制动的全电制动方案;最后,开展了小功率电机对拖试验测试,试验结果验证了所提制动策略可以实现低速区制动转矩的稳定可控输出,且转矩平滑无冲击,提升了低速区列车电气制动能力。

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    40. 基于数字孪生的锂离子电池管理系统设计分析*
    张宇鑫, 武建华, 郑林锋, 叶涛
    电气工程学报    2022, 17 (4): 103-112.   DOI: 10.11985/2022.04.011
    摘要190)   HTML12)    PDF(pc) (55470KB)(187)    收藏

    科学可靠的电池管理系统是锂离子电池储能系统安全高效应用的关键。传统的电池管理系统存在计算资源少、数据处理能力弱等问题,使得智能管控算法和高仿真度模型的应用具有局限性。以信息物理一体化为特征的数字孪生技术为电池管理系统的发展带来新的契机,通过建立与电池物理实体相互映射的数字孪生体,虚实交互反馈、机理与数据融合,实现智能电池管理系统的开发。系统性介绍数字孪生的技术体系及其功能,包含数据保障层、建模计算层、功能应用层和人机交互层等;分析了电池数字孪生体构建中的模型建模、数据与机理模型融合等重点技术。在此基础上,阐明了基于数字孪生的锂离子电池管理系统的设计框架,旨在为构建智能管理系统的研究提供指导与参考。

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