最新出版，歡迎品讀：《電工技術學報》2020年第22期

《電工技術學報》

《電工技術學報》是中國電工技術學會主辦的電氣工程領域綜合性學術期刊，報導基礎理論研究、工程應用等方面具有國際和國內領先水平的學術及科研成果。中國工程院院士馬偉明任《學報》編委會主任，兼《學報》主編。

電工理論

電粒子成像方法及其正問題數值研究

• 作者：劉婧、劉國強
• 摘要：納米材料應用於臨床醫療是現代醫學發展的重要趨勢。其中，靶向性的納米材料在藥物或基因的靶向運送等應用中前景廣闊。對於磁導向性的磁性納米顆粒，可採用磁粒子成像（MPI）技術進行體內成像，而另一類具有電導向性，該文中統稱電性納米顆粒的納米材料，目前尚未有行之有效的體內無創成像方法。為解決這一難題，該文提出電粒子成像（EPI）方法,通過在注入電性納米顆粒的生物體周圍布置非接觸電極陣列，提取電極陣列中檢測電極電位與激勵電極電位之間的相位差，根據電性納米顆粒的極化性質，反演出電性納米顆粒的濃度分布，實現生物組織內電性納米顆粒的濃度成像。由於該方法尚處於初期探索階段，需要首先進行可行性分析。該文藉助於有限元仿真軟體COMSOL，對電粒子成像方法的正問題進行建模求解。數值計算結果表明了該方法的可行性，為後期深入研究奠定理論基礎。

基於磁力傳動式陣列渦流探頭的管道缺陷檢測

• 作者：段志榮、解社娟、李麗娟、李驥、陳洪恩、陳振茂
• 摘要：渦流無損檢測方法是一種基於電磁感應現象對金屬結構進行缺陷檢測的有效方法，其具有檢測能力強、非接觸、掃描速度快等優點。但是，對於長輸金屬管道結構，當探頭位於管道內部時，如何實現探頭的掃描是缺陷檢測的關鍵問題。針對這一問題，該文提出並設計一種磁力傳動式陣列渦流探頭，用於檢測長輸管道結構的內壁缺陷。該探頭由位於管外帶永磁體的激勵裝置和位於管內帶永磁體的檢出裝置組成，是一種分離式結構，兩個裝置可在磁力作用下同時沿著管道內外移動。在此基礎上，通過數值模擬和實驗驗證了該分離式探頭的優點，即與傳統的反射式探頭相比，管道內壁缺陷的檢測信號具有不飽和性。同時，該探頭的檢出裝置設計為陣列結構，能夠顯著提高管道缺陷檢測的靈敏度和效率。最後，將所提出的磁力傳動式陣列渦流探頭應用於含內壁裂紋鋁管的缺陷檢測，通過實驗驗證了這種探頭對管道內壁缺陷掃查檢測的有效性及優勢。

一種磁懸浮軸承支承剛性轉子現場動平衡方法

• 作者：黃威、鄧智泉、李克翔、彭聰
• 摘要：該文提出一種基於擴張狀態觀測器的磁懸浮軸承支承剛性轉子的現場動平衡方法。根據磁懸浮轉子的運動方程，設計擴張狀態觀測器,由對象系統的輸入輸出信息即可估算旋轉時系統所受的擾動力，並給出離散狀態下觀測器的收斂條件。為了去除系統倍頻擾動和噪聲信號對估測結果的影響，設計開關電容濾波器，用於提取擾動中的轉速同頻分量。針對系統中存在的誤差，採用係數矩陣迭代優化方法克服開環觀測的不足以提高動平衡精度。該方法在實際使用中僅需試重一次即可得到優化係數矩陣，再經過兩次配重，轉子不平衡質量顯著降低。在機組長期運行時，該方法可部署於微處理器中，實時監測轉子不平衡量，起到預警、指導動平衡的作用。

電機與電器

不同溫度及諧波下矽鋼片電磁-力特性與變頻電機振動

• 作者：陳德志、張玉庸、白保東、宋蔣雄
• 摘要：為研究變頻電機在不同溫度、不同諧波下的電磁性能及考慮矽鋼片磁致伸縮影響的振動特性，該文首先對變頻電機鐵心矽鋼片在不同溫度及諧波下的磁性能展開研究，給出矽鋼片在不同溫度及諧波下的B-H曲線、B-P曲線及磁導率曲線。其次對矽鋼片的磁致伸縮特性展開了測試與分析，給出矽鋼片的蝴蝶曲線及磁致伸縮單值曲線。基於矽鋼片磁特性及磁致伸縮特性的測試結果，對1140V/75kW變頻電機的電磁性能及振動展開仿真分析，在仿真過程中考慮了溫度、諧波及磁致伸縮對變頻電機鐵心矽鋼片性能的影響。最後對1140V/75kW變頻電機展開振動實驗，為變頻電機的電磁-振動分析提供了一個新的思路。

計及損耗的混合勵磁電機建模與硬體在環實時仿真系統

• 作者：曹陽、劉旭
• 摘要：由於混合勵磁電機在傳統建模時很少考慮電機運行中的損耗，導致電機實時模型仿真與實驗存在較大誤差。為了解決這一問題，該文提出一種計及鐵耗、銅耗以及永磁體損耗的混合勵磁電機建模方法。應用神經網絡建立混合勵磁電機模型，並在此基礎上加入損耗計算，從而得到一種計及損耗的混合勵磁電機實時仿真模型。以12槽10極混合勵磁開關磁鏈永磁電機為例，在dSPACE中搭建電機與逆變器模型，從而構成硬體在環仿真平臺。實驗結果表明，與未計及損耗的混合勵磁電機模型相比，計及損耗的混合勵磁電機相電流幅值的仿真精度在輕載與重載時，分別最大提高了5.7%和12.5%。

基於線性變參數模型預測控制的內置式永磁同步電機轉速控制器設計

• 作者：賈成禹、王旭東、周凱
• 摘要：為了提高內置式永磁同步電機（IPMSM）的轉速控制性能，該文提出一種線性變參數模型預測控制（LVP-MPC）算法，利用擴展卡爾曼濾波器（EKF）對負載轉矩等未知參數進行估計來提高魯棒性，通過將IPMSM的動態模型在穩態運行點處線性化，把得到的線性狀態方程等效為增量形式，並設計增量形式的預測模型以及代價函數實現了轉速與電流的最優調節，從而克服了因模型參數不匹配以及外部擾動引起的穩態誤差。同時，用多面體約束來近似驅動系統的電壓、電流的二次型約束條件，最終將所提出的模型預測控制（MPC）最優化問題轉化為標準形式的二次規劃（QP）而求解。仿真及實驗結果表明，所提算法具有良好的轉速動態性能和無偏差的轉速指令跟蹤能力。

考慮交叉飽和效應的變角度方波電壓注入永磁同步電機無位置傳感器控制

• 作者：吳春、陳科、南餘榮、魏春、曾志成
• 摘要：針對常規估計d軸方波電壓注入位置估計方法，受磁場交叉飽和效應影響而導致轉子位置估計誤差的問題，提出一種考慮磁場交叉飽和效應補償的變角度方波電壓注入永磁同步電機（PMSM）無位置傳感器控制策略。該方法首先定義注入電壓同步旋轉坐標系fg，並在f軸上注入方波電壓。f軸與估計d軸之間夾角即為注入角，且該注入角隨著磁場交叉飽和效應不同而實時改變。再計算g軸差分電流並用於位置估計，由於方波電壓注入角的改變，g軸差分電流中將不再包含交叉飽和效應相關信息，從而可實現準確的位置估計。最後將該文所提變角度方波注入方法與常規估計d軸方波電壓注入方法進行實驗對比，實驗結果表明，所提方法在不同負載轉矩、不同轉速等工況下，位置估計誤差始終維持在零附近，動態響應快，且方便實現。

反電動勢和凸極率對高效永磁同步磁阻電機穩態特性影響分析

• 作者：王瑾、李巖、賈建國、井永騰、張佳霖
• 摘要：參數E0/U和凸極率ρ對於永磁同步磁阻電機的設計和能效提高至關重要。首先，該文推導得出不同E0/U狀態下功率因數與凸極率的對應關係。其次，計算出在ρ-E0/U坐標面上電流、銅耗、鐵耗的分布規律，得到損耗最小區域；並提出了永磁同步磁阻結構在高能效電機應用上的「掌心」設計原則。最後，設計並製造一臺5.5kW樣機，電機能效達到IE5，永磁體用量比傳統結構永磁同步電機減少30%，驗證了設計原則的正確性。

變壓器雜散損耗計算中的局部表面阻抗建模方法

• 作者：趙志剛、溫濤
• 摘要：該文基於表面阻抗理論對表面阻抗法在電力變壓器導磁鋼結構件（如油箱、鐵心拉板等）雜散損耗計算中的實際應用展開研究。針對變壓器雜散損耗工程計算中面臨的多尺度、小透入深度問題帶來的計算精度和計算效率不易兼顧的難題，綜合考慮導磁鋼構件的趨膚效應和三維雜散場分布特徵，提出一種對趨膚深度區域和場量衰減區域分別進行邊界條件處理的局部表面阻抗建模分析方法，實現了雜散損耗的有效計算；並以國際TEAM雜散損耗基準模型P21-B為研究對象搭建變壓器雜散損耗測試系統，通過相應的實驗研究和仿真分析發現，局部表面阻抗方法與常規有限元方法具有相當的計算精度，但從計算規模和計算時間角度分析，前者在保證計算精度的前提下可以顯著節省計算資源，提高計算效率，具有較高的工程實用價值。

特高壓變壓器地磁感應電流和無功功率關係的定量分析

• 作者：王澤忠、黃天超
• 摘要：利用簡化的兩段線性直線表示變壓器鐵心曲線,推導得到以地磁感應電流（GIC）為中間變量的變壓器無功功率的數學表達式。通過對中間函數的擬合分析，證明了當GIC電流小於某一數值時，其與無功功率之間是線性關係，並給出了兩者之間的比例係數以及直流上限閾值的表達式。通過對特高壓交流變壓器、換流變壓器的有限元仿真計算，證明了理論推導的正確性，並給出了適用於中國的特高壓變壓器GIC-Q計算的實用表達式。通過對特高壓交流變壓器縮比模型的實驗研究，進一步證明了結論的正確，針對實驗得到的比例係數與理論推導得出的係數之間的差別做出了解釋說明，並給出了適用於實際特高壓變壓器無功功率計算的比例係數的範圍。

低壓交流電弧電流零區電壓波形特徵分析與應用

• 作者：鄭昕、單瀟潔
• 摘要：交流電弧的電壓和電流波形包含豐富的電弧特徵信息。電弧是否熄滅取決於電流過零後的極短時間內介質恢復強度與電壓恢復強度的競爭，電流零區的電壓波形可能含有反映燃弧趨勢特徵的有用信息。該文對交流電弧電流零區的電壓波形進行分析，利用小波能量譜變換研究不同條件下電壓波形的特徵及其與電弧燃弧趨勢的聯繫。研究結果表明，電流零區電弧電壓的高尺度小波能量譜特徵值與電弧燃弧趨勢存在相關性。以第四尺度小波能量譜特徵值作為反饋控制判據,提出智能交流接觸器自適應分斷控制策略，並設計控制樣機進行實驗驗證，為交流電弧特徵分析和低壓開關智能控制研究提供了一種新的思路。

電力電子

SiC電機驅動系統傳導電磁幹擾建模及預測

• 作者：段卓琳、張棟、範濤
• 摘要：在基於碳化矽（SiC）功率器件的電機驅動系統中，由於SiC器件較高的dv/dt、di/dt,產生了不可忽略的振蕩,傳統的傳導電磁幹擾（EMI）電路模型不再適用。該文提出一種SiC電機驅動系統的傳導EMI等效電路建模及預測方法。首先，建立考慮寄生參數的SiC電機驅動系統的線性時不變等效電路，通過分析，證明準確估計傳導幹擾水平必須同時計算作為幹擾源的功率管電流、電壓所產生的幹擾；然後，建立差模、共模幹擾等效電路模型，進行各部件等效電路模型的建模並根據實驗所用電機驅動系統進行參數計算；最後，根據等效電路，對電源埠處的幹擾頻譜進行預測，並與EMI接收機的實測結果進行對比，驗證了所建模型的準確性，並且驗證了該方法在高頻段提高差模幹擾計算結果的準確性。

應用於寬輸入電壓範圍的兩模式切換型軟開關諧振直流變換器

• 作者：劉瑞欣、王議鋒、韓富強、楊良、冀睿琳
• 摘要：該文提出一種具有兩模式切換運行特性的軟開關諧振型直流變換器，通過控制輔助開關管的通斷，來改變諧振腔結構進而決定變換器的運行模式。該變換器共有兩種工作模式：LLC模式和LLCC模式。結合LLC諧振變換器的參數設計方法及所提變換器的特點，設計出可以同時滿足兩種運行模式要求的參數。通過對模式切換點進行優化選擇，變換器可以在較窄的頻率範圍內同時實現高效率和寬增益範圍的目標。另外，在不增加拓撲複雜度的基礎上引入額外的諧振零點，實現了內在的過電流保護功能。最後，搭建一臺1kW的實驗樣機來驗證上述理論分析的正確性。實驗結果表明：所提變換器具有優良的性能，當輸入電壓從150~400V變化時，輸出電壓一直穩定在400V，所測最高效率值為97.3%。

基於Class E諧振電路的隔離型高頻DC-DC變換器

• 作者：管樂詩、施震宇、王懿傑、王衛、徐殿國
• 摘要：該文研究一種基於Class E諧振電路的隔離型高頻DC-DC變換器。通過對開關管電流、阻抗特性的分析，得到開關管兩端電壓應力的降低方法。研究了基波、2次諧波和3次諧波電壓的最優組合。構建基於平面變壓器的隔離型阻抗網絡，充分利用變壓器的漏感、勵磁電感實現滿足低電壓應力需求的阻抗網絡。搭建20MHz實驗樣機並說明了所採用的驅動方法和控制方法。通過實驗驗證可知，系統開關器件可以工作在低電壓應力及低開關損耗條件下。

基於可變關斷時間斷續電流模式的全橋逆變器輕載效率優化方法

• 作者：郎天辰、杜士祥、尹浩、胡海兵
• 摘要：工作於臨界電流模式的逆變器在輕載時，開關頻率顯著上升，關斷損耗大幅增加，效率明顯降低。針對此問題，該文提出在逆變器輸出功率下降至設定值時，將工作模式切換為斷續電流模式（DCM），並根據輸入電壓、輸出電壓、輸出功率改變關斷時間以儘可能降低逆變器的開關頻率，減小開關損耗，從而提升輕載時效率的優化方法。詳細分析所採用的可變關斷時間DCM的工作原理並推導理論計算依據。此外，還考慮了電流斷續時電路寄生參數對電感電流的影響，通過比較器硬體限制電感電流峰值的方式，改善輕載電流的質量，並介紹基於此方式的變換器整機控制策略。仿真和實驗結果表明，在輕載時採用可變關斷時間的斷續電流模式，逆變器效率得到明顯提升，證明了所提優化方法的可行性和有效性。

電力系統

基於「秩和」近似相等特性的同期線損異常數據辨識方法

• 作者：王方雨、劉文穎、陳鑫鑫、王維洲、拜潤卿
• 摘要：針對目前同期線損系統接入數據海量,異常數據難以辨識的問題，提出了基於「秩和」近似相等特性的同期線損異常數據辨識方法。首先引入「秩和」差異理論，分析無異常數據情況下，同期線損與理論線損差異電量的「秩和」近似相等特性；然後分析存在異常數據時的「秩和」差異特徵。基於此，改進傳統閾值僅考慮誤判率的弊端，提出閾值計算方法，綜合考慮誤判率和漏判率對異常數據辨識的影響，可判斷出同期線損數據集合中是否存在異常數據；在此基礎上，建立同期線損異常數據辨識模型，進一步判斷異常數據的位置；最後以甘肅實際運行數據為例進行仿真，驗證該文所提異常數據辨識方法的有效性。

分布式發電市場化環境下基於價格型需求響應的農村光伏交易模式研究

• 作者：塗青宇、苗世洪、張迪、李力行、趙健
• 摘要：當前農村光伏市場化程度較低，其建設在很大程度上依賴國家扶貧資金的支持。為了加快農村光伏實現自主營收的進程，亟需研究並提出合理的農村光伏市場化交易模式。針對上述問題，以提升農村光伏售電收益和本地消納水平為目標，提出一種基於價格型需求響應的農村光伏交易模式。首先，分析各交易相關主體的主要行為特徵，研究並提出電力用戶主動和非主動參與下的交易模式。其次，計及光伏出力特徵，提出基於價格型需求響應的光伏發電商定價方法。在此基礎上，考慮電力用戶主動及非主動參與交易兩類情況，並在各類情況下進一步考慮電網公司採用固定電價及峰谷電價兩種策略，分別建立電力用戶響應行為模型。最後，基於某鄉鎮光伏扶貧項目的實際數據，開展仿真算例分析，仿真結果驗證了所提出交易模式的有效性。

基於泰勒-傅立葉變換的電壓閃變測量方法

• 作者：鄺昊雲、溫和
• 摘要：該文提出一種基於泰勒-傅立葉濾波器（TFF）的動態電壓閃變測量方法。首先使用TFF提取閃變信號包絡，運用各階泰勒係數表徵包絡參數，實現了調製深度和頻率的快速估計以及包絡突變時刻的檢測；然後對所提取的包絡進行二次TFF運算，估計閃變頻率成分的時頻信息；最後根據IEC相關標準，結合所估計的包絡參數實現閃變值的準確測量。與基於能量算子的S變換方法相比，該文所提方法具有更高準確度和更小計算量，實現了閃變成分的時頻特徵提取。實測結果驗證了該方法的準確性和有效性。

高電壓與絕緣

葉片模擬冰對風力發電機功率特性影響的試驗研究

• 作者：胡琴、楊大川、蔣興良、張石強、董靜軍
• 摘要：葉片覆冰會影響風力發電機（簡稱風力機）的穩定運行。該文針對小型風力機，以葉片流線冰和角狀冰為基礎，採用粘性材料模擬方式，系統地研究覆冰質量、駐點厚度等因素對風力機功率和轉速的影響，同時，得到風力機功率曲線並與潔淨情況對比。研究結果表明：在相同風速下，隨覆冰質量和駐點厚度的增加，風力機的平均功率損失、瞬時功率最大值的降幅以及平均轉速損失均逐漸增大；不同材料模擬葉片覆冰帶來的平均功率損失不同，採用輕黏土和膩子模擬霧凇時，其平均功率損失較採用彩泥和膩子模擬雨凇時小；同流線冰相比，角狀冰會帶來更多的氣動載荷損失，對葉片整體氣動性能和風力機功率特性影響更大。研究結果可為風力機在覆冰環境下的性能評估提供參考，對保證風力機的安全運行具有重要意義。

基於無線電幹擾時域測量系統的直流單點電暈放電定位方法

• 作者：李學寶、吳昊天、馬浩、王振碩
• 摘要：為了獲得導線上單個電暈放電點的位置，搭建基於無線電幹擾時域測量系統的直流單點電暈放電定位系統。採用時差估計方法設計4個無線電幹擾測試天線組成的測試陣列，使用能量最小值法實現對測試天線時間延遲的準確估計。基於時差定位原理建立定位方程組，利用牛頓-拉夫遜法和空間搜索算法結合求解方程組計算電暈放電點的位置坐標。實驗結果表明，開發的定位測試系統可以有效地實現對單個電暈放電點定位。