抢鲜看｜《电工技术学报》2020年第22期目次及摘要

《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

电粒子成像方法及其正问题数值研究

作者：刘婧、刘国强

摘要：纳米材料应用于临床医疗是现代医学发展的重要趋势。其中，靶向性的纳米材料在药物或基因的靶向运送等应用中前景广阔。对于磁导向性的磁性纳米颗粒，可采用磁粒子成像（MPI）技术进行体内成像，而另一类具有电导向性，该文中统称电性纳米颗粒的纳米材料，目前尚未有行之有效的体内无创成像方法。为解决这一难题，该文提出电粒子成像（EPI）方法,通过在注入电性纳米颗粒的生物体周围布置非接触电极阵列，提取电极阵列中检测电极电位与激励电极电位之间的相位差，根据电性纳米颗粒的极化性质，反演出电性纳米颗粒的浓度分布，实现生物组织内电性纳米颗粒的浓度成像。由于该方法尚处于初期探索阶段，需要首先进行可行性分析。该文借助于有限元仿真软件COMSOL，对电粒子成像方法的正问题进行建模求解。数值计算结果表明了该方法的可行性，为后期深入研究奠定理论基础。

基于磁力传动式阵列涡流探头的管道缺陷检测

作者：段志荣、解社娟、李丽娟、李骥、陈洪恩、陈振茂

摘要：涡流无损检测方法是一种基于电磁感应现象对金属结构进行缺陷检测的有效方法，其具有检测能力强、非接触、扫描速度快等优点。但是，对于长输金属管道结构，当探头位于管道内部时，如何实现探头的扫描是缺陷检测的关键问题。针对这一问题，该文提出并设计一种磁力传动式阵列涡流探头，用于检测长输管道结构的内壁缺陷。该探头由位于管外带永磁体的激励装置和位于管内带永磁体的检出装置组成，是一种分离式结构，两个装置可在磁力作用下同时沿着管道内外移动。在此基础上，通过数值模拟和实验验证了该分离式探头的优点，即与传统的反射式探头相比，管道内壁缺陷的检测信号具有不饱和性。同时，该探头的检出装置设计为阵列结构，能够显著提高管道缺陷检测的灵敏度和效率。最后，将所提出的磁力传动式阵列涡流探头应用于含内壁裂纹铝管的缺陷检测，通过实验验证了这种探头对管道内壁缺陷扫查检测的有效性及优势。

一种磁悬浮轴承支承刚性转子现场动平衡方法

作者：黄威、邓智泉、李克翔、彭聪

摘要：该文提出一种基于扩张状态观测器的磁悬浮轴承支承刚性转子的现场动平衡方法。根据磁悬浮转子的运动方程，设计扩张状态观测器,由对象系统的输入输出信息即可估算旋转时系统所受的扰动力，并给出离散状态下观测器的收敛条件。为了去除系统倍频扰动和噪声信号对估测结果的影响，设计开关电容滤波器，用于提取扰动中的转速同频分量。针对系统中存在的误差，采用系数矩阵迭代优化方法克服开环观测的不足以提高动平衡精度。该方法在实际使用中仅需试重一次即可得到优化系数矩阵，再经过两次配重，转子不平衡质量显著降低。在机组长期运行时，该方法可部署于微处理器中，实时监测转子不平衡量，起到预警、指导动平衡的作用。

电机与电器

不同温度及谐波下硅钢片电磁-力特性与变频电机振动

作者：陈德志、张玉庸、白保东、宋蒋雄

摘要：为研究变频电机在不同温度、不同谐波下的电磁性能及考虑硅钢片磁致伸缩影响的振动特性，该文首先对变频电机铁心硅钢片在不同温度及谐波下的磁性能展开研究，给出硅钢片在不同温度及谐波下的B-H曲线、B-P曲线及磁导率曲线。其次对硅钢片的磁致伸缩特性展开了测试与分析，给出硅钢片的蝴蝶曲线及磁致伸缩单值曲线。基于硅钢片磁特性及磁致伸缩特性的测试结果，对1140V/75kW变频电机的电磁性能及振动展开仿真分析，在仿真过程中考虑了温度、谐波及磁致伸缩对变频电机铁心硅钢片性能的影响。最后对1140V/75kW变频电机展开振动实验，为变频电机的电磁-振动分析提供了一个新的思路。

计及损耗的混合励磁电机建模与硬件在环实时仿真系统

作者：曹阳、刘旭

摘要：由于混合励磁电机在传统建模时很少考虑电机运行中的损耗，导致电机实时模型仿真与实验存在较大误差。为了解决这一问题，该文提出一种计及铁耗、铜耗以及永磁体损耗的混合励磁电机建模方法。应用神经网络建立混合励磁电机模型，并在此基础上加入损耗计算，从而得到一种计及损耗的混合励磁电机实时仿真模型。以12槽10极混合励磁开关磁链永磁电机为例，在dSPACE中搭建电机与逆变器模型，从而构成硬件在环仿真平台。实验结果表明，与未计及损耗的混合励磁电机模型相比，计及损耗的混合励磁电机相电流幅值的仿真精度在轻载与重载时，分别最大提高了5.7%和12.5%。

基于线性变参数模型预测控制的内置式永磁同步电机转速控制器设计

作者：贾成禹、王旭东、周凯

摘要：为了提高内置式永磁同步电机（IPMSM）的转速控制性能，该文提出一种线性变参数模型预测控制（LVP-MPC）算法，利用扩展卡尔曼滤波器（EKF）对负载转矩等未知参数进行估计来提高鲁棒性，通过将IPMSM的动态模型在稳态运行点处线性化，把得到的线性状态方程等效为增量形式，并设计增量形式的预测模型以及代价函数实现了转速与电流的最优调节，从而克服了因模型参数不匹配以及外部扰动引起的稳态误差。同时，用多面体约束来近似驱动系统的电压、电流的二次型约束条件，最终将所提出的模型预测控制（MPC）最优化问题转化为标准形式的二次规划（QP）而求解。仿真及实验结果表明，所提算法具有良好的转速动态性能和无偏差的转速指令跟踪能力。

考虑交叉饱和效应的变角度方波电压注入永磁同步电机无位置传感器控制

作者：吴春、陈科、南余荣、魏春、曾志成

摘要：针对常规估计d轴方波电压注入位置估计方法，受磁场交叉饱和效应影响而导致转子位置估计误差的问题，提出一种考虑磁场交叉饱和效应补偿的变角度方波电压注入永磁同步电机（PMSM）无位置传感器控制策略。该方法首先定义注入电压同步旋转坐标系fg，并在f轴上注入方波电压。f轴与估计d轴之间夹角即为注入角，且该注入角随着磁场交叉饱和效应不同而实时改变。再计算g轴差分电流并用于位置估计，由于方波电压注入角的改变，g轴差分电流中将不再包含交叉饱和效应相关信息，从而可实现准确的位置估计。最后将该文所提变角度方波注入方法与常规估计d轴方波电压注入方法进行实验对比，实验结果表明，所提方法在不同负载转矩、不同转速等工况下，位置估计误差始终维持在零附近，动态响应快，且方便实现。

反电动势和凸极率对高效永磁同步磁阻电机稳态特性影响分析

作者：王瑾、李岩、贾建国、井永腾、张佳霖

摘要：参数E0/U和凸极率ρ对于永磁同步磁阻电机的设计和能效提高至关重要。首先，该文推导得出不同E0/U状态下功率因数与凸极率的对应关系。其次，计算出在ρ-E0/U坐标面上电流、铜耗、铁耗的分布规律，得到损耗最小区域；并提出了永磁同步磁阻结构在高能效电机应用上的“掌心”设计原则。最后，设计并制造一台5.5kW样机，电机能效达到IE5，永磁体用量比传统结构永磁同步电机减少30%，验证了设计原则的正确性。

变压器杂散损耗计算中的局部表面阻抗建模方法

作者：赵志刚、温涛

摘要：该文基于表面阻抗理论对表面阻抗法在电力变压器导磁钢结构件（如油箱、铁心拉板等）杂散损耗计算中的实际应用展开研究。针对变压器杂散损耗工程计算中面临的多尺度、小透入深度问题带来的计算精度和计算效率不易兼顾的难题，综合考虑导磁钢构件的趋肤效应和三维杂散场分布特征，提出一种对趋肤深度区域和场量衰减区域分别进行边界条件处理的局部表面阻抗建模分析方法，实现了杂散损耗的有效计算；并以国际TEAM杂散损耗基准模型P21-B为研究对象搭建变压器杂散损耗测试系统，通过相应的实验研究和仿真分析发现，局部表面阻抗方法与常规有限元方法具有相当的计算精度，但从计算规模和计算时间角度分析，前者在保证计算精度的前提下可以显著节省计算资源，提高计算效率，具有较高的工程实用价值。

特高压变压器地磁感应电流和无功功率关系的定量分析

作者：王泽忠、黄天超

摘要：利用简化的两段线性直线表示变压器铁心曲线,推导得到以地磁感应电流（GIC）为中间变量的变压器无功功率的数学表达式。通过对中间函数的拟合分析，证明了当GIC电流小于某一数值时，其与无功功率之间是线性关系，并给出了两者之间的比例系数以及直流上限阈值的表达式。通过对特高压交流变压器、换流变压器的有限元仿真计算，证明了理论推导的正确性，并给出了适用于中国的特高压变压器GIC-Q计算的实用表达式。通过对特高压交流变压器缩比模型的实验研究，进一步证明了结论的正确，针对实验得到的比例系数与理论推导得出的系数之间的差别做出了解释说明，并给出了适用于实际特高压变压器无功功率计算的比例系数的范围。

低压交流电弧电流零区电压波形特征分析与应用

作者：郑昕、单潇洁

摘要：交流电弧的电压和电流波形包含丰富的电弧特征信息。电弧是否熄灭取决于电流过零后的极短时间内介质恢复强度与电压恢复强度的竞争，电流零区的电压波形可能含有反映燃弧趋势特征的有用信息。该文对交流电弧电流零区的电压波形进行分析，利用小波能量谱变换研究不同条件下电压波形的特征及其与电弧燃弧趋势的联系。研究结果表明，电流零区电弧电压的高尺度小波能量谱特征值与电弧燃弧趋势存在相关性。以第四尺度小波能量谱特征值作为反馈控制判据,提出智能交流接触器自适应分断控制策略，并设计控制样机进行实验验证，为交流电弧特征分析和低压开关智能控制研究提供了一种新的思路。

电力电子

SiC电机驱动系统传导电磁干扰建模及预测

作者：段卓琳、张栋、范涛

摘要：在基于碳化硅（SiC）功率器件的电机驱动系统中，由于SiC器件较高的dv/dt、di/dt,产生了不可忽略的振荡,传统的传导电磁干扰（EMI）电路模型不再适用。该文提出一种SiC电机驱动系统的传导EMI等效电路建模及预测方法。首先，建立考虑寄生参数的SiC电机驱动系统的线性时不变等效电路，通过分析，证明准确估计传导干扰水平必须同时计算作为干扰源的功率管电流、电压所产生的干扰；然后，建立差模、共模干扰等效电路模型，进行各部件等效电路模型的建模并根据实验所用电机驱动系统进行参数计算；最后，根据等效电路，对电源端口处的干扰频谱进行预测，并与EMI接收机的实测结果进行对比，验证了所建模型的准确性，并且验证了该方法在高频段提高差模干扰计算结果的准确性。

应用于宽输入电压范围的两模式切换型软开关谐振直流变换器

作者：刘瑞欣、王议锋、韩富强、杨良、冀睿琳

摘要：该文提出一种具有两模式切换运行特性的软开关谐振型直流变换器，通过控制辅助开关管的通断，来改变谐振腔结构进而决定变换器的运行模式。该变换器共有两种工作模式：LLC模式和LLCC模式。结合LLC谐振变换器的参数设计方法及所提变换器的特点，设计出可以同时满足两种运行模式要求的参数。通过对模式切换点进行优化选择，变换器可以在较窄的频率范围内同时实现高效率和宽增益范围的目标。另外，在不增加拓扑复杂度的基础上引入额外的谐振零点，实现了内在的过电流保护功能。最后，搭建一台1kW的实验样机来验证上述理论分析的正确性。实验结果表明：所提变换器具有优良的性能，当输入电压从150~400V变化时，输出电压一直稳定在400V，所测最高效率值为97.3%。

基于Class E谐振电路的隔离型高频DC-DC变换器

作者：管乐诗、施震宇、王懿杰、王卫、徐殿国

摘要：该文研究一种基于Class E谐振电路的隔离型高频DC-DC变换器。通过对开关管电流、阻抗特性的分析，得到开关管两端电压应力的降低方法。研究了基波、2次谐波和3次谐波电压的最优组合。构建基于平面变压器的隔离型阻抗网络，充分利用变压器的漏感、励磁电感实现满足低电压应力需求的阻抗网络。搭建20MHz实验样机并说明了所采用的驱动方法和控制方法。通过实验验证可知，系统开关器件可以工作在低电压应力及低开关损耗条件下。

基于可变关断时间断续电流模式的全桥逆变器轻载效率优化方法

作者：郎天辰、杜士祥、尹浩、胡海兵

摘要：工作于临界电流模式的逆变器在轻载时，开关频率显著上升，关断损耗大幅增加，效率明显降低。针对此问题，该文提出在逆变器输出功率下降至设定值时，将工作模式切换为断续电流模式（DCM），并根据输入电压、输出电压、输出功率改变关断时间以尽可能降低逆变器的开关频率，减小开关损耗，从而提升轻载时效率的优化方法。详细分析所采用的可变关断时间DCM的工作原理并推导理论计算依据。此外，还考虑了电流断续时电路寄生参数对电感电流的影响，通过比较器硬件限制电感电流峰值的方式，改善轻载电流的质量，并介绍基于此方式的变换器整机控制策略。仿真和实验结果表明，在轻载时采用可变关断时间的断续电流模式，逆变器效率得到明显提升，证明了所提优化方法的可行性和有效性。

电力系统

基于“秩和”近似相等特性的同期线损异常数据辨识方法

作者：王方雨、刘文颖、陈鑫鑫、王维洲、拜润卿

摘要：针对目前同期线损系统接入数据海量,异常数据难以辨识的问题，提出了基于“秩和”近似相等特性的同期线损异常数据辨识方法。首先引入“秩和”差异理论，分析无异常数据情况下，同期线损与理论线损差异电量的“秩和”近似相等特性；然后分析存在异常数据时的“秩和”差异特征。基于此，改进传统阈值仅考虑误判率的弊端，提出阈值计算方法，综合考虑误判率和漏判率对异常数据辨识的影响，可判断出同期线损数据集合中是否存在异常数据；在此基础上，建立同期线损异常数据辨识模型，进一步判断异常数据的位置；最后以甘肃实际运行数据为例进行仿真，验证该文所提异常数据辨识方法的有效性。

分布式发电市场化环境下基于价格型需求响应的农村光伏交易模式研究

作者：涂青宇、苗世洪、张迪、李力行、赵健

摘要：当前农村光伏市场化程度较低，其建设在很大程度上依赖国家扶贫资金的支持。为了加快农村光伏实现自主营收的进程，亟需研究并提出合理的农村光伏市场化交易模式。针对上述问题，以提升农村光伏售电收益和本地消纳水平为目标，提出一种基于价格型需求响应的农村光伏交易模式。首先，分析各交易相关主体的主要行为特征，研究并提出电力用户主动和非主动参与下的交易模式。其次，计及光伏出力特征，提出基于价格型需求响应的光伏发电商定价方法。在此基础上，考虑电力用户主动及非主动参与交易两类情况，并在各类情况下进一步考虑电网公司采用固定电价及峰谷电价两种策略，分别建立电力用户响应行为模型。最后，基于某乡镇光伏扶贫项目的实际数据，开展仿真算例分析，仿真结果验证了所提出交易模式的有效性。

基于泰勒-傅里叶变换的电压闪变测量方法

作者：邝昊云、温和

摘要：该文提出一种基于泰勒-傅里叶滤波器（TFF）的动态电压闪变测量方法。首先使用TFF提取闪变信号包络，运用各阶泰勒系数表征包络参数，实现了调制深度和频率的快速估计以及包络突变时刻的检测；然后对所提取的包络进行二次TFF运算，估计闪变频率成分的时频信息；最后根据IEC相关标准，结合所估计的包络参数实现闪变值的准确测量。与基于能量算子的S变换方法相比，该文所提方法具有更高准确度和更小计算量，实现了闪变成分的时频特征提取。实测结果验证了该方法的准确性和有效性。

高电压与绝缘

叶片模拟冰对风力发电机功率特性影响的试验研究

作者：胡琴、杨大川、蒋兴良、张石强、董静军

摘要：叶片覆冰会影响风力发电机（简称风力机）的稳定运行。该文针对小型风力机，以叶片流线冰和角状冰为基础，采用粘性材料模拟方式，系统地研究覆冰质量、驻点厚度等因素对风力机功率和转速的影响，同时，得到风力机功率曲线并与洁净情况对比。研究结果表明：在相同风速下，随覆冰质量和驻点厚度的增加，风力机的平均功率损失、瞬时功率最大值的降幅以及平均转速损失均逐渐增大；不同材料模拟叶片覆冰带来的平均功率损失不同，采用轻黏土和腻子模拟雾凇时，其平均功率损失较采用彩泥和腻子模拟雨凇时小；同流线冰相比，角状冰会带来更多的气动载荷损失，对叶片整体气动性能和风力机功率特性影响更大。研究结果可为风力机在覆冰环境下的性能评估提供参考，对保证风力机的安全运行具有重要意义。

基于无线电干扰时域测量系统的直流单点电晕放电定位方法

作者：李学宝、吴昊天、马浩、王振硕

摘要：为了获得导线上单个电晕放电点的位置，搭建基于无线电干扰时域测量系统的直流单点电晕放电定位系统。采用时差估计方法设计4个无线电干扰测试天线组成的测试阵列，使用能量最小值法实现对测试天线时间延迟的准确估计。基于时差定位原理建立定位方程组，利用牛顿-拉夫逊法和空间搜索算法结合求解方程组计算电晕放电点的位置坐标。实验结果表明，开发的定位测试系统可以有效地实现对单个电晕放电点定位。