《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
中國聚變工程實驗堆縱場超導磁體高性能Nb3Sn CICC導體穩定性分析
作者：張正碩；鄭金星；宋雲濤；劉旭峰；陸坤
摘要：針對中國聚變工程實驗堆（CFETR）高參數等離子體約束要求，其縱場（TF）混合磁體的設計方案為採用三種不同性能的超導導體繞制，峰值磁場可達14.43T，最大應力超過700MPa。
該文結合CFETR縱場磁體面臨的穩態以及瞬態熱負荷條件，系統分析混合磁體中高性能Nb3Sn四餅線圈在不同擾動長度及擾動時間工況下的穩定性溫度裕度和能量裕度，並對背景場強度及有效應變等因素對穩定性裕度的影響進行討論。
結果表明，高性能Nb3Sn CICC導體在峰值磁場及-0.7%~-0.5%有效應變預計區間內擁有2.0K以上的溫度裕度；但極端條件（B=14.43T,ε=-0.7%）下的電磁擾動（Lp=10m, tp=100ms）對應導體能量裕度僅有11.41mJ/cc，局部惡劣工況下導體能量裕度下降嚴重的問題亟待解決。針對高場區單餅線圈在典型擾動下行為的計算表明，典型機械擾動（Lp=0.1m, tp=1ms）引起的失超能夠在5s內使導體熱點溫度升高至接近120K，這對磁體失超保護系統提出了較高的要求。
退火速率對環保型聚乳酸材料直流擊穿和電導電流特性的影響
作者：李科；張雲霄；周遠翔；張靈；滕陳源
摘要：聚乳酸（PLA）是一種絕緣性能良好、可生物降解的環保型聚合物材料。為研究退火速率對PLA直流擊穿和電導電流特性的影響，該文製備三種退火速率的PLA試樣，即冰水冷卻（PLA-W）、空氣冷卻（PLA-A）和緩慢冷卻（PLA-S），並針對溫度場下PLA的直流擊穿及電導電流特性展開研究。結果表明：PLA-S直流擊穿場強最高，溫度從30℃升至70℃,三種試樣的直流擊穿場強下降，PLA-S降幅最小，僅為16.7%。PLA-S的電導率隨溫升而單調上升，PLA-A和PLA-W的電導率呈現上升-下降-上升的趨勢。結合差示掃描量熱和偏光顯微觀測發現，緩慢退火促進PLA結晶，晶胞尺寸大且均勻性好，PLA-S的結晶度達50%，玻璃化轉變溫度較PLA-W提升23.7%；PLA-W和PLA-A結晶不完善，溫升過程出現晶胞生長或成核結晶，結晶度提高以致電導率呈上升-下降-上升趨勢。
一種基於感應隔離的雙極性脈衝發生器
作者：董守龍；王藝麟；餘亮；馬劍豪；姚陳果
摘要：脈衝功率技術在諸多領域有著廣泛的應用前景，對脈衝發生器的輸出參數也提出了更高的要求，包括脈衝電壓幅值、電流峰值、脈寬和重複頻率等。該文針對脈衝電場的生物醫學應用背景，提出一種基於感應隔離的可調極性脈衝發生器方案。在每級電路模塊中包含了1個電容、2個開關和1個隔離變壓器。通過控制開關的導通時序，可以實現正負極性的脈衝輸出，隔離變壓器在放電時可以隔離電位變化。理論分析及實驗結果表明，該脈衝發生器的基本原理仍為「並聯充電、串聯放電」，可以輸出雙極性方波脈衝，且脈衝極性、寬度、幅值均可靈活調節。研製的感應隔離脈衝發生器可輸出幅值為±6kV、脈寬為200~1 000ns、上升沿為10ns的極性可調脈衝。此外，模塊化的設計可以通過增加模塊數量等實現更高參數的脈衝輸出。
基於電磁仿真軟體的平面變壓器共模電磁幹擾建模方法及其應用
作者：高璐；徐策；董光冬；龔春英；張方華
摘要：傳統的變壓器模型多為集總電容模型，在10MHz以上的頻段，模型與實測特性存在較大偏差，難以反映變壓器的高頻電磁幹擾（EMI）特性。該文提出利用S21參數來衡量變壓器共模EMI性能，研究平面變壓器高頻3D建模方法。通過實際測試驗證了3D建模方法的準確性，並將該建模方法應用於某高頻變壓器的共模EMI性能評估及優化設計中，從製造工藝水平和材料特性參數等方面，分析影響變壓器共模S21參數一致性的關鍵因素，為提高產品性能的一致性提供了質量管控依據。
電機與電器
共母線開繞組永磁同步電機缺相容錯型直接轉矩控制
作者：林曉剛；黃文新；姜文；趙勇；吳旭
摘要：為了進一步提升共母線開繞組永磁同步電機系統在一相開路故障情況下的運行性能，提出一種基於改進空間矢量調製的缺相容錯型直接轉矩控制策略。首先，分析共母線開繞組永磁同步電機直接轉矩控制系統無故障和一相開路時運行機理上的區別。基於此，對直接轉矩控制系統中電磁轉矩、定子磁鏈的控制器進行重構，並將零序電流控制器移除。採用重構後的電磁轉矩、定子磁鏈控制器可生成定子電壓參考值。然而，如若繼續沿用無故障時的空間矢量調製策略，將無法生成所需的實際定子電壓。為此，在分析剩餘非故障相所能產生電壓矢量的基礎上，提出一種改進型空間矢量調製策略。最後，在一臺功率為1kW的開繞組永磁同步電機上對所提容錯型直接轉矩控制策略進行驗證。實驗結果表明，採用所提策略使得該電機驅動系統在發生一相開路故障的情況下仍具有較小的電磁轉矩和定子磁鏈紋波。
新能源汽車驅動系統速度傳感器故障檢測與容錯控制法
作者：肖麗；高峰；侯淑萍；餘璐；張慧芳 等
摘要：針對新能源汽車驅動系統速度傳感器失效問題，提出一種基於改進高階滑模觀測器的車用永磁同步電機驅動系統故障檢測與容錯控制方法。首先利用改進超螺旋算法對高階滑模觀測器進行優化設計，提高不同幹擾類型下系統收斂性與跟蹤精度。其次利用新型滑模觀測器計算出轉速估計值，選取實際轉速與估計轉速的差值為故障特徵量，提出傳感器失效檢測法，同時利用新型滑模觀測器代替失效傳感器完成相應功能，從而實現容錯控制。最後對新能源汽車恆速驅動與變載驅動的行駛模式進行仿真分析與實驗驗證。結果表明，在不同行駛工況下，新能源汽車永磁同步電機驅動系統能夠準確及時檢測出失效故障且容錯性能良好。與傳統高階滑模觀測器驅動系統相比，所提方法速度跟蹤精度更高、容錯控制效果更好。
基於正序分量在線位置誤差補償的旋轉高頻注入法
作者：彭威；喬鳴忠；蔣超；張志斌；高鍵鑫
摘要：旋轉高頻注入法能夠估算永磁同步電機零速和低速下的轉子磁極位置，但在轉子磁極位置解調過程中使用濾波器會帶來估算誤差。該文提出一種利用正序電流分量對轉子估算誤差進行在線補償的方法，闡述了該方法在電機零速、低速運行過程中的補償機理，理論推導在解調過程中正序電流和負序電流相位變化的關係，分析在考慮定子電阻影響時利用正序電流對濾波器導致誤差的補償效果。針對外差法求得的誤差補償量和轉子位置存在多個收斂點的問題進行改進，增加收斂點檢測環節，可排除部分錯誤收斂點。仿真和實驗驗證了所提方法對於轉子位置誤差補償的效果。
熱老化對乾式空心電力電抗器匝間絕緣操作過電壓耐受特性的影響
作者：聶洪巖；魏新勞；姚遠航；朱博；於春來
摘要：為研究熱老化對乾式空心電力電抗器匝間絕緣操作過電壓耐受特性的影響，進行匝間絕緣模型試樣操作過電壓耐受次數隨熱老化程度的變化規律試驗，得到過電壓耐受次數與熱老化程度之間的函數模型。根據匝間絕緣模型試樣的擊穿電壓、絕緣電阻、局部放電等電氣參量及聚酯薄膜的斷裂伸長率、拉伸強度等力學性能參量和表面形貌隨熱老化程度的變化規律，分析熱老化對乾式空心電力電抗器匝間絕緣操作過電壓耐受特性的影響機理。研究結果表明：熱老化不會導致匝間絕緣擊穿電壓、絕緣電阻、局部放電等電氣性能的降低；熱老化引起的匝間絕緣主材-聚酯薄膜力學性能下降是導致乾式空心電力電抗器匝間絕緣操作過電壓耐受特性呈指數規律下降的根本原因。該文研究成果為進一步開展多因素聯合作用下乾式空心電力電抗器匝間絕緣的劣化機理奠定了基礎。
電力電子
不同老化試驗方法下SiC MOSFET失效機理分析
作者：陳杰；鄧二平；趙子軒；吳宇軒；黃永章
摘要：SiC MOSFET憑藉其優異的電熱特性,正逐漸投入市場，長期運行其可靠性成為關注的重點，功率循環試驗是考核器件可靠性最重要的老化試驗。MOSFET具有三種導通模式，分別對應三種不同的功率循環測試方法。為探究和對比SiC MOSFET在不同老化試驗方法下的失效機理和失效表徵參數的變化規律，對其在不同導通模式下進行功率循環試驗，基於不同導通模式下的特性分析，重點對比正向MOSFET模式和體二極體模式。SiC MOSFET中的界面陷阱會造成閾值電壓漂移，為此提出一種判斷準則以及相應的功率循環試驗方法，可以將閾值電壓漂移對試驗結果的影響最小化，並在老化試驗過程中實現結溫、通態壓降和熱阻的在線測量。結果表明，在兩種模式下失效方式均為鍵合線老化，但是老化後的電熱反饋機制不同，造成其退化規律和壽命不同，相同熱力條件下體二極體模式下的壽命約為正向MOSFET模式下的兩倍。
T型開關電容可擴展多電平逆變器
作者：王要強；袁藝森；陳天錦；王克文；梁軍
摘要：針對傳統多電平逆變器擴展結構複雜、器件數量較多等問題，提出一種T型開關電容可擴展多電平逆變拓撲，通過T型雙電容模塊分壓和逐級充電實現多電平輸出。該逆變器可以保證前級分壓電容的電壓平衡，且後級開關電容逐級充電，使得逆變器模塊化擴展之後器件的使用數量隨著電平數按對數曲線增加，低於線性增加的傳統拓撲。七電平逆變器在30V的直流輸入下能輸出峰值為45V的交流脈衝寬度調製（PWM）波電壓，實現了1.5倍的電壓增益。無需H橋即可實現逆變過程，降低了開關管總電壓應力。該文分析了所提逆變器的拓撲結構、工作原理、調製策略和擴展比較，並通過實驗驗證了新型T拓撲電路的正確性與可行性。
基於特徵次諧波補償的單相統一電能質量調節器並聯變換器控制策略
作者：孟令輝；舒澤亮；閆晗；朱唯偉；毛文君
摘要：單相統一電能質量調節器（UPQC）並聯側和串聯側變換器之間存在脈動的功率差，脈動的功率在直流電容上產生低頻電壓紋波並影響變換器的補償效果。該文分析單相UPQC中並聯側變換器直流母線低頻紋波產生的原因以及對補償效果的影響。為了抑制對補償電流的影響，在電壓外環加入陷波器減少電壓紋波產生諧波參考電流，在電流內環引入網側電流特徵次諧波補償，進一步抑制電壓紋波對調製信號的影響。仿真和實驗驗證了對低頻紋波分析的正確性，以及所提控制策略抑制直流紋波影響的可行性和有效性。
基於三相電流型五電平整流器的空間矢量脈寬調製算法
作者：張強；吳延飛；張保順；張玉川
摘要：針對由多個三相電流源型橋式整流器並聯組成的電流型多電平整流器（MCSR），採用傳統的空間矢量脈寬調製（SVPWM）算法涉及大量三角函數運算,影響控制器的運算效率。該文研究一種基於三相電流型五電平整流器（5L-CSR）的60°坐標系SVPWM算法，該方法有效地簡化了基本矢量及其作用時間的計算過程。並且針對均流電感存在的電流平衡問題，提出合理分配冗餘開關組合作用時間和作用順序的方法，使得單個調製周期內均流電感承受平均電壓為零，進而解決了均流電感電流不平衡問題，實現了直流側自均流。最後，搭建三相5L-CSR的仿真模型以及實驗樣機進行驗證。
基於大信號模型的多模塊LCC級聯變換器輸出電壓不均衡分析法
作者：伍梁；孫曉瑋；趙鈞；陳國柱
摘要：相對於單模塊LCC變換器，輸入並聯輸出串聯（IPOS）多模塊LCC級聯變換器的拓撲具有模塊化、元件電氣應力小、輸出紋波小、輸出電壓高、功率大等優勢，但是各模塊間諧振參數的偏差會引起模塊輸出電壓不均衡。該文針對容性濾波的LCC諧振變換器，採用基波等效法計算出變換器電壓電流的基波分量，利用廣義狀態空間平均法建立LCC變換器的狀態方程，隨後推導出單模塊的LCC變換器大信號模型。在此基礎上，推導出IPOS兩模塊LCC變換器的大信號模型，並以此模型來分析諧振參數偏差對模塊間輸出電壓均衡的影響。最後搭建兩模塊LCC變換器的樣機平臺，驗證了所提出的多模塊LCC變換器大信號模型具有良好的準確度，所提模型可為諧振參數的容差分析提供依據。
航空Vienna整流器故障診斷與容錯控制
作者：郝振洋；徐子梁；陳宇；任小永；張之梁
摘要：Vienna整流器因其高效率、高功率密度等優點得到廣泛的關注，為滿足航空應用中高可靠性的要求，研究Vienna整流器故障診斷和容錯控制非常有必要。該文通過分析Vienna整流器在單個開關管開路故障情況下輸入電流的特點，首先提出一種基於固定相位電流變化率的故障診斷方案；然後對等效空間矢量脈寬調製（SVPWM）方式下故障情況的矢量特性進行分析，提出一種通過矢量替代與合成，實現在大部分區域維持三電平運行，小部分區域轉化為不控整流運行的容錯控制策略；最後通過仿真和實驗驗證了所提策略的可行性。
電力系統
基於自律分散控制的網孔型直流電網下垂係數計算方法
作者：曹昕；韓民曉；周光陽；張利東
摘要：現有的對於直流電網的研究多集中於放射狀直流電網拓撲的下垂係數計算，針對複雜直流電網的研究較少。該文提出一種基於自律分散控制的網孔型直流電網下垂係數計算方法。首先，由系統級控制採集和交換換流站信息，使各換流站獲取相同的全局信息；其次，將全局信息代入最優潮流優化模型計算各換流站的有功功率和直流電壓參考值；隨後，定義虛擬節點並將直流電壓參考值的平均值定義為虛擬電壓值，取直流系統中直流電壓等於虛擬電壓值的點，將這些等勢點合為虛擬節點從而簡化網絡拓撲；接著，分別計算最優潮流分布下和當前工況下各節點相對於虛擬節點的虛擬電阻和實際電阻值，此時，下垂係數等於兩種電阻值差的倒數；最後，在PSCAD/EMTDC中搭建了六端直流電網。通過仿真，分析並驗證了所提方法的可行性。
柔性直流配電網混合拓撲變流器的自治控制
作者：吳傑；李傳江；周鳴；茅紅偉
摘要：針對柔性直流配電網中混合拓撲模塊化多電平換流器（MMC），提出一種適用於其併網和孤島運行的自治控制策略，以提高直流配電網的可靠性。首先，提出混合MMC功率模塊等效電容儲能與變流器側交流電壓矢量角頻率增量間的比例控制結構，作為變流器自治控制外環，實現利用變流器自身子模塊電容緩衝功率波動的目的，與傳統虛擬同步機外環所採用的慣性環節相比，動態響應速度有所提升。其次，設計總體控制結構包括自治控制外環和電流內環，其中，外環提供系統慣性，內環實現電流跟蹤控制和對暫態電流較強的抑制。進一步地，建立混合MMC自治控制小信號模型，分析慣性等主要控制參數對系統特徵根分布和穩定性的影響。最後，搭建直流配電網混合MMC仿真模型，分別對孤島和併網運行方式以及暫態故障進行仿真，驗證所提自治控制策略的正確性和有效性。
高電壓與絕緣
基於改進膠囊網絡的接觸網吊弦故障識別與定位
作者：卞建鵬；郝嘉星；趙帥；李凡；孫曉雲
摘要：針對接觸網吊弦的接觸面積小且易與電力線混淆，傳統的故障識別算法存在如吊弦的誤識別、識別效率低和不能實時檢測等問題。相比傳統卷積神經網絡，膠囊網絡（CapsNet）首次採用矢量作為輸入，可以很好地保留目標的方向、角度等特徵信息，更適合識別複雜背景下的吊弦。因此，該文提出一種基於改進膠囊網絡和CV模型結合的吊弦故障識別算法，通過1×1歸約層和3×3卷積核簡化傳統9×9膠囊網絡的卷積層，並採用優化算法進行參數尋優，縮短訓練權重時間；同時輸出量保留了方向與角度，能更準確地對燒傷、載流環折斷、脫落等故障的吊弦進行分類；通過對吊弦巡檢圖像應用該文方法，吊弦定位準確率提高到95%。與前饋神經網絡（BPNN）和Alex Krizhevsky設計的AlexNet等方法進行對比，所提出的吊弦故障識別方法可以準確、迅速地從複雜背景識別出吊弦，並準確地找到吊弦故障的位置，大大提高了輸電線路智能巡檢的效率。
退運中壓XLPE和EPR電纜老化特性分析
作者：周凱；李詩雨；尹遊；林思衍；雲浩
摘要：通過對退運交聯聚乙烯（XLPE）和乙丙橡膠（EPR）電纜進行理化性能測試和介電性能測試，研究退運電纜老化特性及界面極化效應。對電纜絕緣進行寬頻介電譜測試和紅外光譜分析，發現退運電纜絕緣內外側的介電參數和各特徵基團吸收峰強存在明顯差異。通過對新電纜與退運電纜進行不同電壓下的極化去極化電流（PDC）測試，提取了界面極化電流成分。結果表明：退運電纜存在非均勻老化現象，絕緣內側老化程度較外側更嚴重，絕緣內部存在「界面效應」，在PDC測試過程中存在界面極化電流，且絕緣非均勻老化程度越嚴重、PDC測試電壓越高，界面極化電流越大。可以採用紅外基團相對吸收比Rn表徵絕緣非均勻老化程度，採用界面極化電荷量Q表徵絕緣界面極化強度，以對運行老化電纜的老化特性進行分析。
基於特徵參量Kh10的複合絕緣子汙閃試驗
作者：戴罕奇；孫月；王黎明
摘要：該文基於特徵參量Kh10研究複合絕緣子汙閃試驗。以真型複合絕緣子為研究對象，測量試品受潮期間洩漏電流及特徵參量Kh10，並嘗試通過Kh10表徵汙層受潮後的綜合狀態。試驗發現：對於尺寸較大的人工汙穢複合絕緣子，測量Kh10時應儘量保證測量區域電場分布均勻，且測量電壓不宜過高，應避免劇烈放電導致汙層受潮，狀態突變。在此基礎上，該文改進複合絕緣子受潮試驗方法，通過測量個別傘裙受潮期間Kh10，以局部區域受潮狀態表徵整支絕緣子受潮情況，並將汙層受潮狀態與絕緣子閃絡電壓建立聯繫。研究認為，對於尺寸較大的真型複合絕緣子，特徵參量Kh10能有效表徵汙層綜合狀態，對於同型號複合絕緣子，若閃絡試驗前Kh10值趨同，則試品閃絡電壓接近，此結論不受汙層汙穢度、汙穢成分、憎水性能差異影響。該研究有利於改進複合絕緣子人工汙穢試驗方法，也可用於優化自然汙穢絕緣子狀態監測。
地震災害模擬及配電網的風險評估
作者：鄭國鑫；雷霞；王湘；羅小春
摘要：地震對電力系統的損害極為嚴重，而配電網的抵禦能力相對輸電網來說更為脆弱，因此有必要對遭受地震災害的配電網進行風險評估。該文首先根據地震動參數衰減方程估算出配電網區域的地震動強度，結合配電網設備的脆弱性模型計算出受損設備的比例；然後通過蒙特卡洛模擬隨機地震，尋找地震中概率最大的配電網故障重數以進行故障場景模擬；綜合考慮配電網的運行方式及拓撲結構，以複雜網絡理論的網絡中心性評估配電網網架的受損性，進行隨機地震後配電網的風險評估，以辨識出配電網的薄弱點供災前預防；最後以四川靠近龍門山斷裂帶的某10kV配電網為例，進行地震災害下配電網的風險評估，驗證了該文所提方法的可行性。