电工电能新技术

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• 牵引变压器绝缘介电特性模拟与老化分析

  唐伟1， 刘圳1， 徐玮宏1， 闫东旭1， 张艳丽2

  牵引变压器作为电力机车运行系统中不可或缺的电力设备，其运行状态决定了电力机车能否安全、正常运行。牵引变压器因运行时间等工作环境不同于电力变压器，有效模拟分析和预估油纸绝缘老化状态对牵引变压器的安全运行有着重要的意义。本文基于宽频介电谱仪实验测量了油浸绝缘纸样品在加速热老化情况下的介电特性，采用Davidson-Cole模型实现了复介电常数模型建立，并求取了模型参数。通过建立加速热老化下绝缘聚合度、介电损耗与老化时间的定量对应关系，构建了以介电损耗为特征量的老化预估曲线和模型，为分析牵引变压器绝缘老化情况提供了相关的实验数据和数学模型。

• 非对称星型混合式有载分接开关切换时序分析及其优化

  李想1， 杨骁1， 刘伟1， 张浩1， 陈琪1， 王秀环2， 王高勇2

  混合式有载分接开关的切换时序设计对其运行损耗、器件寿命与动作可靠性具有显著影响。本文以非对称星型混合式有载分接开关为研究对象，分析了该分接开关的工作状态与动作过程，构建分接开关切换过程数值仿真模型，进一步研究了非对称拓扑结构与初始相位差对正向与反向切换时序过程中损耗的影响。结果表明反向切换产生的过渡损耗小于正向切换。通过分析机械开关与半导体组件的动作误差及误差对切换过程的影响，合理设置切换动作缓冲区，提升切换可靠性。为了缩短切换过程持续时间、减小过渡电阻损耗，通过建立开关动作容限模型，对动作容错范围进行归一化整合处理，去除冗余开关裕量，对混合式有载分接开关的动作时序进行整体优化，提出具有高容错能力且切换时间更短的动作时序。上述研究对提升混合式有载分接开关动作可靠性与快速切换能力、减小电路损耗提供理论指导。

• 轴向磁场永磁电机振动噪声优化研究

  曹永娟1， 李康1， 许烨枫1， 蔡骏1， 贾红云2， 晋德龙1

  轴向磁场永磁电机(AFPMM)具有调速范围宽、控制灵活等特点，在电动工具和电动汽车领域具有良好的优势。为了实现该电机的低振动、低噪声、高性能的目标，分析了电机轴向电磁力来源和时空分布特征，确定了不同时间和空间阶次下的谐波幅值。再结合轴向电磁力在不同时间和空间阶次下的谐波幅值，分析了AFPMM负载时的振动加速度和噪声幅值变化。最后将轴向电磁力作为优化目标，利用遗传算法对电机参数进行分层优化，在有限元仿真的基础上，进行实验验证，通过对比分析优化前后振动加速度和噪声值大小，证明参数优化有效改善了AFPMM的电磁振动噪声。

• 不平衡电压下励磁绕组匝间短路对同步调相机磁场及转子振动特性的影响

  李俊卿1， 张承志1， 何玉灵2， 胡晓东1， 刘若尧1

  随着新一代同步调相机的大量使用，调相机的安全性问题日益突出。励磁绕组匝间短路是一种常见的故障，直接影响到调相机的正常工作。本文以电网电压不平衡状态下调相机发生励磁绕组匝间短路的故障特征分析为目标，建立了电网电压平衡状态下调相机正常运行与发生励磁绕组匝间短路故障、不平衡电压下调相机未发生故障以及发生励磁绕组匝间短路故障四种工况下气隙磁通密度、转子不平衡磁拉力的统一数学表征，分析了不同工况下调相机的转子振动特性，并从谐波含量、谐波幅值等多方面进行了对比分析，揭示了调相机故障机理。基于某场站TTS-300-2型新型同步调相机建立了四种工况下的有限元仿真模型，并在动态模拟实验室中，以MJF-30-6型故障模拟同步电机模拟调相机运行进行了实验验证。结果表明，在不平衡电压下发生故障时气隙磁通密度产生衰减，转子不平衡磁拉力出现三次谐波分量。通过仿真分析与实验验证，理论研究成果的准确性得到了充分证实，为调相机故障诊断工作奠定了坚实的理论基础。

• 三重移相下的双有源桥变换器结合ZVS的最小电流应力控制

  孙标广1,2， 邓旭哲1,2

  为了在减小双有源桥(DAB)变换器电流应力的同时兼顾开关管的软开关（ZVS），本文提出一种三重移相下的双有源桥变换器结合ZVS的最小电流应力控制策略。该策略首先引入三重移相控制，并结合DAB变换器在此控制模式下的数学模型与功率特性分析，发现三重移相控制能够使DAB变换器在全功率范围内高效传输能量。为了寻求电流应力最小化的最优解，该策略采用基于Karush-Kuhn-Tucker（KKT）条件的优化方法并充分考虑DAB变换器的ZVS特性。在全功率范围内成功确定了能够实现电流应力最小化的最优移相角组合。将本文提出的控制策略与传统的三重移相控制策略进行对比分析，所提策略在实现所有开关管ZVS能力的同时，显著降低了电流应力，从而大幅提升了DAB变换器的整体性能与效率。最后，基于本文所提控制策略搭建了实验样机，实验结果表明其在降低电流应力和实现ZVS方面的有效性。

• 环形通信下储能电池两层分布式能量协商管理策略

  王涛1,2， 李牧远3， 刘洪臣1， 霍炬1

  主动配电网多样化需求对储能能量管理策略提出更高要求，针对储能最优经济性调度与灵活控制难以兼顾问题，本文提出一种环形通信下储能电池两层分布式能量协商管理策略。首先，通过成本分析建立了储能协商管理目标函数，并基于拉格朗日对偶法分析最优解特征。其次，设计了两层分布式能量管理策略，上层基于不动点迭代在环形通信中实现群组荷电状态同步，下层采用两模式均衡电路实现组内单体荷电状态一致。最后，基于IEEE 33系统进行了算例分析，结果表明本文所提策略能够在较低时延与调节时间内实现组间同步、组内一致控制，有效兼顾了储能经济性调度与实时灵活控制需求。

• 考虑多工况特性的电-氢耦合系统规划方法

  覃惠玲1， 卢纯颢1， 罗阳洋1， 程敏1， 温紫豪2， 任洲洋2

  氢能系统包含多元化的氢能设备且运行特性各异，会对配电网运行和规划产生交互影响。为此，本文提出了一种考虑多工况特性的电-氢耦合系统规划方法。从物理原理出发，研究电解槽、甲烷化设备的多工况转换耗时耗能特性和氢燃料电池的变效率特性。考虑电解槽和甲烷化设备冷备用、热备用、正常工作三种工况，氢燃料电池的低、高运行功率两种工况，系统性地建立考虑多工况运行特性的氢能设备运行模型。为了验证所提方法的有效性，对基于IEEE 33节点的电网和10节点的气网组成的区域综合能源测试系统进行仿真测试。仿真结果表明，若忽略氢能设备多工况运行特性，会高估氢能设备灵活性，导致其规划容量与实际情况产生较大偏差。

• 基于朴素贝叶斯分类的新能源预测误差建模方法研究

  葛鹏江1， 张小奇1， 陈宇轩2， 吕金历1， 段乃欣1， 张耀2

  为了更准确地描述新能源发电功率预测的不确定性，需要开展新能源预测误差分析与建模研究。传统的预测误差分析过程大多采用固定的数学模型进行拟合，精度较低且适用性较差。基于朴素贝叶斯分类理论，本文提出了一种新能源预测误差建模方法，该方法分为数据离散化过程和朴素贝叶斯分类器训练过程。首先利用核密度估计理论，准确估计了新能源实际功率、预测功率及预测误差的概率分布。然后训练自组织映射网络，对新能源实际功率、预测功率及预测误差进行聚类分析，对三类数据进行离散化处理。最后采用交叉验证方法训练朴素贝叶斯分类器，将新能源实际发电功率和日前预测功率映射到新能源发电功率的预测误差。在西北电网2021年实际新能源数据上的测试结果表明，该方法有效刻画了数据自身特性，准确反映了预测功率和实际功率之间的相关关系，因此能够对新能源预测误差进行准确建模。

• 基于一阶积分电路等效的分布式光伏发电系统等值建模

  刘阳1， 魏泽2， 张亚飞1， 杜雄2， 刘俊良2， 张琦2

  随着大规模分布式光伏在配电网中占比增加，对分布式光伏故障穿越能力提出了更高的要求，故障工况下分布式光伏发电系统的动态行为发生变化，对配网侧综合负荷特性产生影响。本文基于PSCAD/EMTDCD搭建了分布式光伏发电系统仿真模型，分析故障工况下系统的动态特性，对比一阶积分电路输出特性与光伏动态特性的相似性，提出基于一阶积分电路等效的分布式光伏发电系统等值模型，该模型具有结构复杂度低，辨识参数少的优点。采用本文提出的分布式光伏发电系统模型，开展不同电压跌落故障下的仿真分析，仿真结果表明本文所提等值模型可实现系统动态特性的准确表征。

• 开放式磁声电成像方法研究

  卜帅羽1,2,3， 李元园2,3， 刘国强2,3， 朱月1

  磁声电成像（MAET）的原理是在静磁场和声场的作用下产生动声源电流，利用电极检测此电信号，进一步实现成像。本文在考虑静磁场均匀度的基础上，提出了利用开放式磁场激励的磁声电成像新方法，解决了以往的研究中必须假定静磁场为均匀场的限制，提高了成像质量。本文首先推导了磁声电满足的原理关系式，开展了两种类型静磁场激励下磁声电信号的特征分析，进一步通过仿真实现了开放式磁声电的B型扫描成像。