电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2020年第3期

• 高频变压器绝缘材料的环氧预浸处理对放电特性的影响

  赵义焜1,2， 张国强1,2， 李康1， 刘洋3， 杨富尧3

  高频变压器长期运行于频率1～20kHz的非正弦电压下，绕组层间绝缘材料的合理选取对样机可靠性具有重要意义。为此以GHG纸、GHG环氧预浸纸、DMD纸以及DMD环氧预浸纸为研究对象，在0～20kV、1～20kHz双极性方波电压下开展层间绝缘材料放电特性实验，对比材料在环氧预浸处理前后高频绝缘特性，基于热击穿机理解释高频下预浸处理前、后的击穿场强变化规律，利用SEEA模型分析预浸处理技术对闪络电压的影响，最后提出环氧预浸技术在绕组层间绝缘中的应用建议。实验测试及理论分析结果表明，预浸处理后材料内部及表层的气隙被填充，在介电损耗尤为显著的高频条件下，发热点与周围环境有效散热面积下降，加速了材料热老化，导致击穿场强下降；对GHG纸预浸处理后，电子陷阱俘获作用减弱，导致闪络电压显著下降，而DMD纸在预浸处理前后表面状况变化较小，闪络电压基本不变；在利用环氧预浸技术提升材料机械、电气性能的同时，应充分考虑高频下预浸处理对材料散热性能、表面状况的影响，上述研究为高频变压器层间绝缘材料选取与绕组绝缘优化设计提供借鉴。

• 干式变压器绝缘试样活化能与热老化程度的关联特性

  张鑫1， 王伟1， 马昊1， 张蔚2， 李庆民2

  干式变压器在中低压配电网中的应用愈加广泛，但干式变压器主要绝缘材料环氧树脂的本征特性与老化程度的关联规律还不甚明确。活化能是电介质内部微观运动单元在运动时克服的能量势垒，是绝缘材料老化状态的微观本征反映。为研究干式变压器用环氧树脂的活化能及其他特性表征参数与热老化程度之间的关联规律，本文对干式变压器用环氧树脂试样进行不同温度的热老化，测量试样的不同温度下的介电谱和电气强度。结果表明，随着老化时间的增加，试样的界面极化松弛活化能呈现减小-增加-略有减小-最终增加的变化趋势，原因是老化过程中极性基团、自由基的增加和减少会使陷阱深度加深或降低。随着老化时间增加，试样的相对介电常数、介损因数呈现减小-增加-略有减小-最终增加的变化趋势，且在老化后期相同老化时间时，温度越高相对介电常数、介损因数越高，击穿场强随着老化时间呈现上升-下降-略有上升-最终下降的趋势，介电参数与电气参数随老化的变化表明温度越高试样老化越严重。本文研究发现活化能、相对介电常数、介损因数、击穿场强随老化时间的变化规律有一定的相关性，建立了热老化这一缓慢化学反应与松弛活化能之间的作用联系。

• 基于同构有向图的电网多场景仿真GPU批量并行加速方法

  宋炎侃1， 陈颖1， 于智同1， 刘正元1， 黄少伟1， 苏大威2， 徐春雷2

  针对交直流电网复杂动态过程的分析离不开准确高效的批量电磁暂态仿真工具。为解决批量电磁暂态仿真效率低的问题，设计了基于同构有向图的电磁暂态仿真GPU批量并行加速方法。首先，提出了用以描述电磁暂态仿真流程的双层并行模型，并进一步提出了面向多场景电磁暂态仿真的同构有向图计算模型。最终，设计了面向多场景批量计算的线程体结构和GPU计算内核。测试结果表明，在NVIDIA P100平台上，针对风机网侧变流器的扫频分析与PSCAD相比加速可达400倍；针对13节点光储微电网的1024个场景批量相比多核CPU可加速80倍。本文算法通过深入发掘场景之间的同构计算特性和指令级并行特性，实现了显著的加速效果。

• 基于Copula理论与KPCA-GRNN结合的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型

  马建鹏1， 龚文杰2， 张智晟1

  通过Copula理论对多元负荷之间以及多元负荷与天气因素之间的非线性相关性进行分析。基于分析结果构建模型样本集，通过核主成分分析(KPCA)对样本集进行降维解耦，采用广义回归神经网络(GRNN)模型对多元负荷进行预测，模型参数采用遗传算法进行优化。以北方某建筑级区域综合能源系统夏季多元负荷中的电负荷和冷负荷算例为例，与其他两种预测模型进行对比，验证结果表明，基于Copula理论与KPCA-GRNN结合的区域综合能源系统多元负荷短期预测模型具有较高的预测精度，该模型具有一定的应用价值。

• 虚拟电厂有功调度综合评价指标体系

  徐佳敏1， 孙英云1， 孙芊2， 马建伟2

  为评估虚拟电厂参与电网有功调度的效果，本文根据构建指标体系的一般方法和原则，结合虚拟电厂的特点和功能，参考现有传统电厂评价体系，从可靠性、经济性、可调度性三方面提出了由7项指标构成的综合评价指标体系。其中，可靠性指标考虑虚拟电厂中可再生能源出力的不确定性及电网的平衡控制能力，通过对可调资源构建三状态转移模型、采用状态持续时间抽样法进行抽样模拟并计算，经济性指标和可调度性指标定义相应公式进行计算。为验证本文提出的指标体系的可行性及合理性，最后以河南某区域电网为例构建由风光水储组成的虚拟电厂，并根据历史运行数据计算其参与调度的基准指标，通过与实际调度周期内指标比较，根据得分验证虚拟电厂在不同场景下调度效果的优劣。结果表明本文所提综合评价指标体系与传统电厂相比更符合虚拟电厂的功能和特点，对促进可再生能源与电网协调发展具有一定的参考意义。

• 基于平稳小波变换与随机森林的电缆早期故障识别方法

  李胜辉1， 白雪1， 董鹤楠1， 卢宏2， 郭朝云2

  分析电能质量监测装置获得的电能质量数据，为解决电力系统设备故障提供了一个新的方向。电缆作为电力系统中的重要设备，在出现永久性故障之前会出现一段时间的电缆早期故障，早期故障虽然不会引起保护装置动作，但可能是永久性故障的前兆，降低电力系统运行的安全性。本文提出基于平稳小波变换与随机森林相结合的电缆早期故障识别方法。首先利用平稳小波变换对故障相电流信号进行分解，根据获得的小波系数计算统计特征量；然后将提取的特征量作为随机森林分类器的输入，从多种过电流扰动中识别出电缆早期故障。将该方法与传统模式识别方法相比较，结果表明本文所提方法识别准确率更高，时间更短。

• 电磁继电器电磁辐射特性的试验研究

  胡云枫， 杨芷宁， 李超， 夏竹青， 吴细秀

  电磁继电器触点的闭合与分断会在被控电路中产生具有丰富高频谐波的电磁干扰，影响汽车控制系统的正常工作。为研究电磁继电器在分合过程中产生的电磁辐射特性，搭建直流模拟触点装置平台进行试验研究，在分析总结电磁继电器电磁辐射干扰产生机理的基础上，重点考察了负载电气参量和气氛环境对电磁继电器电磁辐射特性的影响。研究表明，负载电流对电磁辐射特性的影响占主要地位，而氮气环境中产生的辐射电场频带范围广，幅值高。

• 固体电介质空间电荷的光电子学测量方法研究进展

  王健1， 李庆民1， 任瀚文1， 李承前1， 高浩予1， 刘涛2

  为适应直流和电力电子装备中高频绝缘与纳米绝缘材料的电荷测试需求，研究固体电介质空间电荷的高分辨率快速测量方法已成为该领域的重要发展方向。本文首先分析了影响空间电荷测量分辨率和跟踪速度的关键因素，并综述了当前流行的非光学测量方法的研究现状及应用局限性，进一步对采用光学元件作为激励源的激光诱导压力波法、激光光强调制法和基于Pockels效应的新型测量方法的相关研究进展进行了梳理和评述，最后归纳出研制高时空分辨率空间电荷测量系统所面临的技术挑战。分析指出，非光学测量方法受限于测量信噪比和自身系统特性，难以完全满足高频和脉冲电应力下快速响应和高分辨率的测量要求，而基于光电子学的测量方法具有高信噪比和高系统带宽等特点，为发展纳米级分辨率的电荷快速测量方法提供了潜在技术途径，但仍需开展更深入的研究工作。

• 基于DSP的脉冲电源系统触发时序控制与优化

  胡楠1,2， 袁伟群1,3， 刘坤1,3， 马进1,2， 严萍1,3

  为了满足大电流直线驱动技术中对脉冲电源系统按照设定时序触发各电源模块的需求，本文基于数字信号处理器TMS320C2812设计了一套控制系统。该控制系统能够在强磁环境下对脉冲电源系统进行稳定精确的时序触发，采用优化时序触发从而获得峰值波动较小的脉冲波形。开发了包含时序优化算法的上位机控制系统，编程控制DSP内部定时器产生30路脉冲信号，设计了可靠性高、延时小的通信电路和电源模块驱动电路。最后，将该控制系统用于大电流直线驱动装置的实验，实验所用的脉冲电源由30个电源模块组成，最高储能270kJ。分析实验测得的电流波形，实际放电的时序与在控制系统中的设定时序相比，误差分布在10～18μs之间，表明该系统可以在大电流强磁场干扰下对脉冲电源系统实现精确可靠的时序触发控制；对比优化时序、经验时序和同步触发得到的脉冲电流波形，优化时序得到的电流脉宽最大、电流峰值波动最小，表明该控制系统具有简化操作、优化电流波形避免峰值电流过高的优势。

• 考虑供电安全的电热泵聚类分组和分档运行控制策略

  黄堃1， 王贺飞1， 余昆2， 郑芹1， 郭文鑫2

  “电能替代”工程实施后，电热泵的大规模接入使得配电网出现重载、过载现象，影响了用户的正常用电。以状态序列控制模型为基础，以保证配电网安全运行为目的对电热泵采取直接负荷控制。采用适用于电热泵控制分组的改进K-means聚类算法，使具有相似控制特性的电热泵分为同一个控制组进行状态序列控制；通过改变单机的分档运行模式引起聚类结果的改变，并运用局部搜索算法对电热泵的运行模式进行寻优组合，进一步合理地削减电热泵负荷并提高配电网安全性。算例分析比较了不考虑及考虑分档运行的控制策略下聚类结果的差异。