网络首发｜《电工技术学报》2023年5月27日更新（20篇）

综合考虑材料热各向异性与多种传热方式的磁性元件热阻网络精准模型

作者：郭轩, 肖云昊, 李驰, 郑泽东

摘要：磁性元件正在向高频化、小型化、高功率密度的方向发展,随着功率密度的提高,散热成为影响器件可靠运行的关键因素,对器件的热分析提出了更高的要求。传统的热分析模型存在运算时间长、传热方式单一等问题。该文引入已有研究中提出的三轴九热阻网络模型,在此基础上添加热对流与热辐射两种传热方式,综合考虑材料热各向异性与热传导、热对流、热辐射。并通过精细划分元件温度计算子区域、实际器件损耗场分析、热电耦合迭代提高了模型的计算精度,提出一种更加完善的三轴十五热阻网络模型,基于该模型对实际磁性器件建模,验证了模型的准确性,并于最后提出了一种通用的针对EE、EI、UU等典型磁心构成的磁性元件的热阻网络建模方法。

基于机器视觉的高压断路器机械特性测量方法研究

作者：刘亚魁, 李红运, 林天然, 王烽超

摘要：高压断路器是电力系统中关键的控制和保护设备,断路器机械特性的准确测量是其故障诊断和寿命预测的先决条件,对于保证系统的安全稳定运行具有重要意义。近年来,多种基于接触式传感器的机械特征监测方法被提出。但是,接触式传感器必须安装在断路器的本体结构上,存在诸多缺陷：例如传感器类型及安装位置对信号的影响,对机构正常工作的影响。针对传统接触式传感器的缺陷,本文提出了一种基于机器视觉的机械特征提取方法。首先,使用高速图像采集系统采集机构的运动轨迹;然后,利用霍夫变换对视频图像中的关键角点进行自动定位;最后,基于Lucas-Kanade光流法跟踪关键角点的运动轨迹,得到高压断路器的机械特性。通过与行程传感器测量的数据对比,验证了上述方法的准确性。

小尺寸双排绕组感应同步器输出电势的谐波抑制

作者：刘承军, 张逸飞, 孙剑飞

摘要：感应同步器作为一种电磁式位置传感器,具有精度高安装简单等优点,广泛应用于各类高性能伺服系统。传统的感应同步器采用定子分段式结构,绕组制作工艺的严苛要求制约了感应同步器向小型化高精度的发展。本文提出一种新型的定子双排绕组结构感应同步器,该结构可以有效地抑制加工不善带来的导体偏差。对双排绕组感应同步器的测角原理进行分析,计算了其输出的偏差电势,并通过建立有效导体的电流密度模型来提出抑制三、五次谐波的优化策略,进一步提高感应同步器的测角精度,最终根据比电势一致原理提出双排绕组感应同步器的设计方法并建立3D仿真模型,采用有限元分析与快速傅里叶分解的方法验证了策略的正确性与可行性,并制作样机进行试验。

基于压力约束重构的多批次成品油管网计划-运行联合优化模型

作者：刘晶冠, 艾小猛, 方家琨, 崔世常, 王盛世

摘要：成品油管网具有多批次顺序输送特性。其管道网络参数为连续时变变量,导致压力约束中存在多个连续时变变量相乘项,具有很强的非线性。为此,本文借鉴流体力学中描述流体运动的思路,首先把建模视角从传统基于欧拉法的管网视角切换到基于拉格朗日法的批次视角对模型进行等价重构以降低非线性;再综合大M法、分段线性化和二维凸组合等多种线性化技术进一步消除非线性,将非线性模型转化为易于求解的混合整数线性规划模型。最后,算例分析表明所提模型较现有模型更能反应管网的复杂工况,在确保运输安全的同时提高经济性,其中电力成本降低27.95%,平均近似误差从19.74%降低至0.61%。

考虑灵活性补偿的高比例风电与多元灵活性资源博弈优化调度

作者：潘郑楠, 邓长虹, 徐慧慧, 梁宁, 何熙宇

摘要：在含高比例风电的新型电力系统中,针对由于缺乏灵活性调节激励机制造成的灵活性资源调节积极性不高、风电波动性平衡困难的问题,该文提出了一种考虑灵活性补偿的高比例风电与多元灵活性资源博弈优化调度方法。首先,计及风电波动性与负荷波动性的时空耦合特性,定义了风电波动性评价指标,并以此为基础提出了风电灵活性调节需求量化方法;其次,考虑各灵活性资源主体决策的差异性和趋利性,提出了基于主从博弈的灵活性供需均衡分析方法,以各主体利益最大化为目标建立灵活性资源供需博弈优化模型;最后,通过仿真案例验证了所提方法可以有效提高源-荷-储多方灵活性资源参与调节的积极性,并促进高比例风电的上网消纳。

溯源弹簧形变过程的断路器振动信号递归量化分析辨识方法

作者：刘会兰, 常庚垚, 赵书涛, 付磊, 刘教民

摘要：从锁止机构脱扣引起储能弹簧释能,经部件带动动触头运动再到静止的每个动作具有严格阶段特征,伴随断路器动作的机械振动展现了能量传递及设备健康状态。本文提出一种溯源弹簧形变过程的断路器振动信号递归量化分析方法,首先由高速相机捕捉断路器操动时储能弹簧的动作图像,通过计算机视觉跟踪动态提取反映弹簧形变特征帧,再依据特征帧时序划分操动过程。然后将不同阶段振动信号映射至高维相空间,经递归分析得到体现动力系统变化特征的递归图,并递归量化分析其纹理结构特征。最后,利用支持向量机模型对正常及故障状态下的断路器振动特征样本进行分析辨识,对比结果证明由弹簧释能时序细化振动信号特征分析有效提高了分类识别准确率,本文方法在断路器操动机构状态辨识中具有广阔应用前景。

基于单输入单输出等效序阻抗的微网VSG并网稳定性分析及虚拟阻抗设计

作者：刘欣, 郭志博, 贾焦心, 王利桐

摘要：在分布式发电高渗透率的微电网中,虚拟同步发电机（VSG）因可为其提供必要的频率和电压支撑而被广泛关注,其并网稳定性研究已成为热点问题。本文首先在获得VSG输出序阻抗矩阵的基础上,通过建立单输入单输出（SISO）等效模型并结合Nyquist准则对VSG进行了并网稳定性分析;接着,针对正负序之间存在的频率耦合现象,基于所建SISO等效序阻抗模型,对比分析了考虑频率耦合效应前后的VSG输出阻抗特性,揭示了频率耦合效应对VSG并网稳定性的影响机理以及造成VSG并入强电网失稳的根本原因;最后,在上述机理分析的基础上,提出了一种用于提升系统稳定性的虚拟阻抗简化设计方法,该方法从提升系统的幅值裕度的角度出发,直接利用SISO等效输出阻抗与电网阻抗二者的交互关系实现虚拟阻抗的定量计算,简化了虚拟阻抗的设计过程。仿真结果验证了稳定性分析的正确性以及虚拟阻抗设计方法的有效性。

全国统一电力市场演进过程下省间-省内市场出清及定价模型

作者：陈熠, 王晗, 严正, 冯凯, 刘子杰

摘要：为了促进电力资源在省间的余缺互济和在全国范围内的优化配置,我国正有序推进电力市场改革,逐步实现省间-省内市场的耦合和全国统一市场的演进。根据省间-省内市场耦合程度的不同,该文将演进过程划分为3个阶段：分层阶段、松耦合阶段和紧耦合阶段。进一步考虑跨区、跨省以及省内输电的输电费回收问题,跨区直流输电线路与区域内交流输电线路按照传输电量收费,省内线路按照用户负荷用电量收费。构建了面向不同输电费收取方式的出清模型与定价机制,分层阶段采用顺序出清,松耦合阶段采用双层迭代出清,紧耦合阶段采用统一出清,定价机制均采用节点电价定价机制。最后,利用IEEE 39节点和118节点系统进行仿真计算,验证了出清模型和定价机制的有效性,并分析了输电费对出清和定价结果的影响。

计及电磁-传热影响的蒸发冷却风力发电机定子铁心穿管结构优化设计研究

作者：程自然, 王宇, 高剑, 黄守道, 阮琳

摘要：采用自循环式蒸发冷却技术是提升大容量风力发电机组散热能力和可靠性的一种经济且有效的方式,然而在传统电机的分析设计和性能预测过程中,往往会忽略定子局部穿管结构的改变对电机电磁性能的影响,同时也会忽略这部分接触热阻在热传导过程中对电机冷却性能的影响。对此,本文首先基于风力发电机的运行特性和单元灵敏度方法分析了定子铁心穿管结构对电机电磁及冷却性能的影响,之后通过小倾角自循环管道换热实验以及接触热阻温升实验对空心圆铜管的换热能力以及接触热阻进行了分析和测试,最后建立了以电磁及传热性能为优化目标的铁心穿管结构优化策略,并以一台10MW永磁直驱式风力发电机为研究对象,对定子铁心穿管结构开展了优化设计研究。通过优化方案的有限元分析验证说明,本文中提出的优化策略可以准确且有效地满足电机电磁和冷却性能的设计要求,同时从电磁和散热两个维度来评估,所提出的优化策略同样适用于相同应用场景下的其他永磁同步电机。

一种优化开关磁阻电机换相区控制策略的高效率转矩分配函数

作者：杨帆, 陈昊, 李晓东, Miguel Pablo Aguirre, Muhammad Asghar Saqib

摘要：转矩分配函数被广泛应用于抑制开关磁阻电机的转矩脉动。然而,在采用传统的抑制转矩脉动控制算法后通常会发生输入相转矩跟踪不足或者输出相产生较大的负转矩两种情况,这两种情况通常不能同时被优化,这就会导致电机的转矩脉动难以得到有效抑制,并且传统的转矩控制策略会降低电机的运行效率。因此为了能够有效降低电机的转矩脉动并提高电机的效率,本文提出了一种新型的转矩分配函数控制策略。在提出的转矩分配函数控制策略中,电机的换相区域分为两个区域。在前一区域中,通过降低输入相转矩分配的比例,可以实现输入相实际转矩快速跟踪参考转矩,电机的转矩脉动有效降低。同时由于在输入相电感变化率较低时减少输入相分配的转矩,从而输入相的峰值电流随之降低,电机的转矩电流比提高。在后一区域中,将输出相的电流在转子对齐位置附近处减小到0,以避免产生较大的负转矩。因此,在所提出的方案下电机的转矩脉动得到有效抑制,电机的效率也得到了提高。为了验证该方法的有效性,在一台12/8三相开关磁阻电机上进行了仿真和实验。结果表明,所提出的转矩分配函数控制策略能有效降低开关磁阻电机转矩脉动,也能有效地提高开关磁阻电机的运行效率。

基于单/多智能体简化强化学习的电力系统无功电压控制方法

作者：马庆, 邓长虹

摘要：为了快速平抑分布式能源接入系统产生的无功电压波动,以强化学习、模仿学习为代表的机器学习方法逐渐被应用于无功电压控制。虽然现有方法能实现在线极速求解,但仍然存在着离线训练速度慢、普适性不够等阻碍其应用于实际的缺陷。该文首先提出一种适用于输电网集中式控制的单智能体简化强化学习方法,该方法基于“Actor-Critic”架构对强化学习进行简化与改进,保留了强化学习无需标签数据与强普适性的优点,同时消除了训练初期因智能体随机搜索造成的计算浪费,大幅提升了强化学习的训练速度;; 然后,提出一种适用于配电网分布式零通信控制的多智能体简化强化学习方法,该方法将简化强化学习思想推广形成多智能体版本,同时采用模仿学习进行初始化,将全局优化思想提前注入各智能体,提升各无功设备之间的就地协同控制效果; 最后,基于改进IEEE 118节点算例的仿真结果验证了所提出方法的正确性与快速性。

改进滑模观测器的CSI驱动PMSM无位置传感器控制

作者：赵文祥, 宋世昌, 周书文, 陶涛

摘要：由于电流源逆变器的叠流效应以及前级DC-DC控制的母线电流脉动较大,使得扩展反电动势中含有大量谐波,造成较大的位置误差。针对此问题,该文提出一种改进滑模观测器的电流源逆变器驱动永磁同步电机无传感器控制方法。首先,基于传统滑模观测器,设计复系数滤波器代替传统低通滤波器,实现了对估计反电势的准确提取,同时也抑制了估计反电势中的高频抖动和高次谐波。其次,将二阶广义积分器内嵌于锁相环中,用于消除位置误差信号中的低次谐波,提高位置观测精确度。最后,将估算的速度信息反馈回复系数滤波器,实现复系数滤波器的自适应性。实验结果表明,所提方法在不同工况下,能够有效提高估算的转子位置精度,验证了方法的可行性与有效性。

基于变分模态分解和改进灰狼算法优化深度置信网络的自动转换开关故障识别

作者：刘帼巾, 刘达明, 缪建华, 杨雨泽, 王乐康, 刘琦

摘要：自动转换开关(ATSE)是保证系统的连续供电的设备,对其进行健康监测和故障诊断对系统的稳定运行具有重要意义。为了实现对ATSE的非侵入式故障识别,本文提出一种基于电流信号变分模态分解(VMD)的特征提取和改进灰狼算法(IGWO)优化深度置信网络(DBN)相结合的故障诊断方法。该方法首先利用样本熵确定VMD分解次数并对故障电流进行分解;其次对分解后得到的本征模态函数进行小波包能量的提取,并利用IGWO对DBN网络结构参数进行优化;最后通过DBN将电流能量特征与ATSE的故障类型建立起映射关系从而完成最终的故障识别。所提IGWO采用了分段调节与非线性递减的衰减因子相结合的策略,以平衡算法全局搜索和局部搜索能力;并采用莱维飞行更新探狼的移动位置,来避免算法陷入早熟收敛。实验结果表明该算法不仅能显著提高前期对参数寻优的训练速度,后续泛化实验的故障分类准确率也有着98.78%的良好表现。

分段式双三相永磁直线同步电机的无模型电流预测控制

作者：周世炯, 李耀华, 史黎明, 张明远, 刘进海

摘要：分段式结构的双三相永磁直线同步电机（PMLSM）,动子穿入和穿出定子分段时,传统的无差拍预测电流控制（DPCC）易受反电势动态扰动的影响,无法实现精确的电流跟踪和推力控制。同时,该电机模型的参数失配会增大DPCC电流和推力控制的难度。针对以上问题,本文提出了一种基于无模型电流预测控制（MFPCC）的电流控制策略。首先,构建了分段式双三相PMLSM的超局部模型。其次,基于该超局部模型设计了预测电流控制器,并设计扰动观测器以补偿反电势动态扰动和参数失配的影响。最后,实验验证了本文所提MFPCC能够抑制分段式双三相PMLSM的反电势和参数失配的扰动,有效提升参数鲁棒性、电流跟踪性能和降低推力波动。

计及边带分量频率耦合的电压源型换流器输入导纳建模

作者：徐少博, 徐永海, 陶顺, 王莹鑫, 张华赢

摘要：在高比例可再生能源和高比例电力电子设备接入背景下,配电网中的谐波污染和耦合谐振特性逐渐向高频段扩展。高频谐振特性分析时,现有基于开关周期平均的电压源型变换器（VSC）单频阻抗模型难以满足奈奎斯特频率以上的阻抗建模精度需求。为此,该文分析了VSC控制器采样和脉冲宽度调制（PWM）环节产生的边带分量与扰动量之间的频率耦合机理;同时考虑两类边带分量的频率耦合,建立了适用于奈奎斯特频率以上的VSC多频耦合输入导纳模型;分析了PWM采样方式、抗混叠滤波器截止频率对VSC输入导纳的影响规律。基于硬件在环仿真平台的频率扫描和稳定性分析结果,验证了计及边带分量频率耦合的VSC输入导纳模型和相关理论分析的准确性。

双浮体直驱波浪发电装置建模分析与基于模型预测控制的能量提取算法研究

作者：黄宣睿, 林泽川, 肖曦

摘要：基于振荡浮体结构的直驱波浪发电装置具有损耗低、控制灵活等优点,近些年逐渐成为波浪发电领域的研究热点。双浮体直驱波浪发电装置不需要海上固定平台,能够通过锚系结构在海水中工作,是一种工程可行的直驱波浪发电方案,但其动力学模型更为复杂,相关控制算法缺少实际装置测试。本文通过等效电路的方法对双浮体装置进行建模分析,指出采用张力锚结构可将双浮体装置等效为单浮体装置进行分析,简化控制器的分析与设计,从而建立基于模型预测控制的高效波浪能提取问题,提出了一种结合波浪激励力辨识、预测与快速模型预测求解的控制算法,并且设计了双浮体直驱波浪发电装置,在不同波浪条件下进行了相关实验测试,实验结果表明所提控制算法能够在有效降低运算复杂度的前提下提高装置的波浪能提取效率。

定子无铁芯永磁无刷直流电机驱动拓扑设计方案及对比

作者：李昊岩, 许海平, 陈曦

摘要：单级三相全桥驱动拓扑无法保证力矩控制模式的定子无铁芯永磁无刷直流电机,在全电流指令范围内电枢电流连续。采用增加电枢回路等效电气时间常数的思路,选取Buck+半桥、全桥串联电感、Buck+全桥三种驱动拓扑,对三种驱动拓扑保证电机正常运行的条件以及不同驱动拓扑的固有属性进行了理论分析、说明和对比。在基于数字控制器的三种驱动平台上,使用同一台电机进行实验验证。实验结果表明三种驱动拓扑均能保证电机的正常运行,实测电流波形证明了关于拓扑特点的理论分析的合理性。对三种驱动拓扑实测稳态运行性能进行了详细的数学分析,为小功率无铁芯永磁无刷直流电机的工程应用提供参考依据。

基于二次振荡波过程的交流电网相继速动判据

作者：吴宇奇, 肖澍昱, 黎钊, 李正天, 林湘宁

摘要：针对现有的交流电网相继速动保护判据的可靠性能受限于运行工况与系统参数,以及其无法耐受较高过渡电阻的难题,本文首先研究了本级线路盲区故障与下级线路故障时由对端断路器开断产生的二次振荡波过程的差异性,并基于行波模量网络分析了特定故障工况下的特殊波过程;在此基础上,提出了基于数学形态学梯度算法的振荡波头极性辨识判据以及特殊故障工况下的辅助判据,以形成全新的相继速动保护判据;最后,基于PSCAD仿真平台验证了所提保护判据的有效性、灵敏性与可靠性,其适用于三相/单相跳闸方式、适应于所有故障类型、不受系统运行工况与系统参数影响,同时耐受过渡电阻能力高达300Ω。

永磁同步电机的两种反馈式弱磁控制方法的稳定性比较研究

作者：王超, 诸自强, 徐磊, 吴溪蒙

摘要：对于反馈式弱磁控制,通常有两种方法,即基于dq轴电流的反馈式弱磁控制（DQFFC）和基于电流幅值和角度的反馈式弱磁控制（CAAFFC）,被广泛使用并被认为相互等价。本文基于最大扭矩电压比（MTPV）控制,对这两种方法的系统稳定性进行了比较研究。分析结果表明,不稳定既由控制参数设计引起,也与弱磁控制方法本身的特性有关。对于方法本身导致的不稳定,DQFFC和CAAFFC在不同的工作区域中表现出了不同的特性。基于在不同的工作区域内,本文从电流调节方向的角度来说明系统稳定和不稳定的工作机制。此外,针对DQFFC和CAAFFC在不同区域内的稳定性差异,本文给出了MTPV控制器的控制参数设计指南。最后,通过实验结果进行了演示和验证。

基于卷积神经网络的核电多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断

作者：梁郑秋, 郝亮亮, 周艳真, 段贤稳, 王光

摘要：多相无刷励磁系统广泛应用于大容量核电机组,对其旋转整流器故障的准确判断是保障机组安全稳定运行的重要前提,但是现有方法难以准确区分所有类型故障。为此,论文提出基于卷积神经网络的多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断方案。在给出故障诊断信号选取的理论基础上,将励磁电流作为输入特征,采用一维空洞卷积神经网络实现励磁电流的特征提取和故障模式分类,并结合置信度指标对诊断结果的可靠程度进行评价。进一步使用Score-CAM类激活映射算法分析模型的诊断机制,兼顾了准确性和可解释性。通过11相无刷励磁系统的动模实验进行验证,结果表明所提方法能够准确区分旋转整流器的不同二极管开路故障模式,在含噪声情况下仍然有较高的准确率,具有良好的应用前景。

【原】网络首发｜《电工技术学报》2023年5月27日更新（20篇）