电工技术学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

电工技术学报 2017年第20期杂志 文档列表

电工技术学报杂志高电压与放电等离体专题

大气压低温等离子体的研究现状与发展趋势1-9

摘要：本文概述了2016年首届全国高电压与放电等离子体学术会议。根据会议的学术报告，结合近年来大气压低温等离子体领域中经典的综述论文，从理论研究和实际应用两方面总结和分析了大气压低温等离子体的研究现状及发展趋势。其中，理论研究主要从激励电源类型、等离子体装置、实验诊断技术和仿真方法等四个方面展开综述，实际应用则主要集中在生物医学、环境治理、流动控制和材料处理等领域。从会议相关情况来看，国内的大气压低温等离子体行业正处于高速发展阶段，理论和应用研究展现出齐头并进、相辅相成的态势。理论研究需要解决等离子体的非线性现象、参数调控机制以及大面积均匀性等问题，而实际应用则聚焦于交叉领域的拓展、等离子体与样品作用机制、以及工业应用推广的相关问题。

雷电冲击电压下环氧树脂基频率选择超材料沿面放电特性10-19

摘要：频率选择超材料是隐身雷达罩的理想罩体材料，内部存在大量周期性金属超结构单元，常规雷电屏蔽方法无法对其形成有效保护。该文利用环氧树脂基材制备一种频率选择超材料，研究雷电冲击电压下这种超材料表面的放电通道形貌特征，提出夹角因子参数并测量了50%沿面放电电压。在此基础上，利用夹角因子对超材料表面绝缘特性进行评估，得出沿面放电电压随偏离角变化的规律。结果表明，超材料表面放电通道呈折线型，由两类放电路径组成：第一类路径与超结构周期方向平行，第二类路径与超结构周期方向夹角45°。进一步分析发现，超材料沿面放电的主通道发生在沿绝缘间隙总长度最短的路径上。随着双电极连线偏离超结构周期方向角度的增大，沿面放电电压先增后减，当偏离角为0°或45°时，放电电压较低；当偏离角为22.5°时，放电电压较高。研究结果可为超材料隐身雷达罩的雷电防护提供参考。

环境介质对介质阻挡放电降解SF6影响的实验20-27

摘要：由于SF6具有极高的温室效应潜在值且其在大气中的寿命长，SF6的介质阻挡放电（DBD）降解技术一直是环保领域的热点和难点问题。当反应器放置在不同环境中时，由于反应器外电极与阻挡介质间的非完全接触以及不同环境介质的性质不同，介质阻挡放电的放电特性与反应器的温升会存在差异，从而影响SF6的降解。该文测量油浸环境和空气环境中介质阻挡放电反应器的放电特性和温度变化，并通过比较两种环境中SF6的降解率、能量效率和最终降解产物，对比去除SF6气体的效果。实验结果显示，尽管油浸环境中反应器温度相对较低，但测得的放电功率明显高于空气环境中，有更多的能量用于降解SF6，从而提高了SF6的降解率，同时能量效率也有所提升，这表明油浸式的反应器可提升DBD降解SF6的效果。

触发电流对真空触发开关导通特性影响的实验28-33

摘要：基于真空触发开关的导通机理，设计真空触发开关导通特性的实验研究方案。在详细分析真空触发开关导通过程的基础上，利用不同参数的触发电流导通真空间隙来研究对真空间隙导通过程的影响规律：在相同主间隙电压下，导通所需的触发电荷量随着导通时间的增长而在一定小范围内随之增长，而导通延时又随着触发电流的电流增长率和峰值增大而减小。再通过对导通过程影响规律的深入分析，得到了真空间隙的导通条件。即在主间隙电压为定值时，真空间隙导通所需的触发电荷量要近似满足一定关系。

场畸变触发开关新型触发电极的设计与实验34-41

摘要：气体触发开关是脉冲功率电路的重要组成器件。针对工程中对低抖动、长寿命气体触发开关的需求，结合三电极场畸变型触发开关，设计一种拥有较多孔隙的多环型触发极结构。对三种主电极-触发极分别为平板-多环、平板-圆盘、球冠-圆盘的开关进行击穿特性实验研究，结合电场仿真对比分析实验结果。实验结果表明：在22.4kV/40ns的触发脉冲和5.0～7.5kV的工作电压下，平板-多环结构的开关时延及抖动比较稳定，开关时延基本在81.0～84.5ns之间，抖动为0.8～1.1ns。平板-多环电极结构开关时延、抖动均明显优于平板-圆盘结构，其开关时延、抖动与球冠-圆盘结构基本相同但使用寿命优于球冠-圆盘结构。

SF6/N2混合气体电击穿特性仿真及实验42-52

摘要：通过求解两项近似Boltzmann方程，得到SF6/N2的放电参数，并将该参数引入流体模型。结合有限元法和通量校正传输法对SF6/N2的流注放电过程进行循环迭代求解，计算其击穿电压。以均匀电场中压强0.1～0.6MPa、间隙5mm为例进行数值模拟，通过气体放电实验对计算结果进行验证。根据计算及实验结果得到不同混合比、压强下SF6/N2的协同效应系数，分析采用上述计算方法研究混合气体协同效应的准确性。为更全面地反映混合气体应用条件，进一步开展压强低于0.1MPa的SF6/N2击穿特性实验研究。研究表明：随着电子崩不断向前发展，放电间隙的空间电子数密度快速增长，SF6放电过程中的空间电子数密度增长速度低于SF6/N2。0.1MPa下20%SF6/80%N2放电5ns时的电子数密度峰值达到4.6×1014m?3，而SF6中该值仅为3.7×1012m?3。当气压为0.1～0.6MPa时，SF6/N2击穿电压计算值与实测值的最大误差为9.23%，协同效应系数计算值随压强、混合比的变化趋势与实验结果相符，误差均值为5%。0.02～0.08MPa下SF6/N2击穿电压、协同效应系数随压强、混合比的变化趋势与0.1～0.6MPa下的基本相同。

油纸绝缘内部合成电场数值模拟方法53-61

摘要：油纸绝缘作为换流变压器的主绝缘介质，其内部电场的分布受外加电压以及空间电荷的影响，而传统的数值方法无法准确计算空间电荷的影响。提出一种基于电极肖特基发射理论和瞬态上流元法（TUFEM）求解载流子输运方程的方法，计算了考虑注入势垒、载流子迁移率、陷阱捕获系数以及载流子复合系数等参数影响下的单层油纸绝缘介质内部空间电荷运动分布特性。与试验结果对比表明瞬态上流元法的有效性。研究典型油纸绝缘介质结构内部合成电场强度畸变程度随温度梯度变化的特性。同时，计算得到极性反转电压下不同时刻的电荷运动和电场分布规律。该方法可推广在（特）高压直流换流变压器内绝缘电场计算和优化设计。

磁绝缘感应电压叠加器注入电流空间非均匀分布及影响因素分析62-70

摘要：磁绝缘感应电压叠加器（MIVA）脉冲馈入方式导致感应腔注入电流空间非均匀分布，这对感应腔性能（如等效电感、电磁场分布、输出参数等）和MIVA次级磁绝缘特性（如电子鞘层、流阻抗、电流损失等）产生影响。建立MIVA感应腔全电磁模型，并得到典型结构下感应腔初级注入电流空间分布和次级磁场强度的分布特性。给出电流不均匀系数δ(t)的动态变化过程，仿真分析注入电流脉宽、感应腔初级绝缘介质、脉冲馈入路数及时间抖动等因素对δ(t)的影响规律。结果表明，δ(t)动态过程分为快速下降、稳定和缓慢下降三个阶段，注入电流脉宽影响稳定阶段持续时间和缓慢下降阶段；初级绝缘介质影响感应腔内电磁脉冲传播速率，进而对电流空间分布产生影响；注入脉冲路数对注入电流空间分布有决定性影响；双路脉冲馈入感应腔注入时间不同步时，不均匀系数发生改变。开展了单级感应腔注入电流空间分布实验，验证了电磁计算的正确性。

高氧浓度下大气压Ar/O2脉冲介质阻挡放电频率特性数值研究71-81

摘要：使用一维流体模型，研究了高氧浓度（1.0%～5.0%）下大气压Ar/O2脉冲介质阻挡放电的频率（＜100kHz）效应。在所考虑的氧浓度和频率范围内，计算了放电电流密度以及四种（O、O(1D)、O2(1Δg)、O3）活性氧粒子产生与消耗的主要路径及其贡献随频率的变化。结果表明，一个电压脉冲周期中均发生两次极性相反的放电，并分别发生在外施电压脉冲的上升沿和下降沿。不同氧浓度下，第一次放电与第二次放电的放电电流密度峰值均随着频率的增加先减小后增大，即存在最小值，相应的频率定义为特征频率，并获得了二特征频率随氧浓度的变化。另外，在氧浓度为3.0%时，给出了四种活性氧粒子产生与消耗的主要路径及其在不同频率下相应的贡献。

He二维射流阵列放电模式转换条件实验82-89

摘要：为获得高强度和大面积大气压下等离子体射流，利用类蜂巢状电极结构，在大气压He中获得了两种不同模式的二维射流阵列放电，比较了它们的放电特性，并研究了气流速度、射流单元之间距离和外加电压幅值等参数对射流阵列模式转换的影响。结果表明，He中射流阵列在一定条件下会出现具有较高放电强度的强耦合模式和具有较大放电面积的均匀模式两种放电模式，相同的外加电压幅值下，强耦合模式阵列的放电功率、传输电荷和主要粒子谱线强度均高于均匀模式。射流单元之间距离和气体流速是影响射流阵列模式转换的主要决定因素，外加电压的变化只会影响到放电强度而不会影响到射流阵列的放电模式。射流单元之间距离为0.2mm，流速小于5L/min时，放电模式为强耦合模式；流速大于5L/min放电转换到均匀模式；当射流单元之间的距离超过0.4mm时，放电只出现均匀模式。

螺旋针-环结构等离子体射流放电过程分析90-96

摘要：为降低气体的击穿和维持电压，设计一种螺旋针-环电极结构的等离子体射流装置，研究不同电压下的放电电压、电流波形。研究表明，氦气等离子体射流放电可以分为电晕放电、介质阻挡放电和射流放电三个阶段，并且可以通过放电电压、电流波形的特征进行区分。分析可知，射流管管径较大时，采用螺旋针状内电极结构可以减小电极间的平均气体间隙距离，从而降低气体的击穿和维持电压，使放电更加容易进行；电压反向过程中残留电荷使得合成电场得到加强，气体将“提前”发生放电；由于电极结构的不对称，气体在正半周期更容易发生放电，放电产生的电流脉冲数目更多，电流值更大；随着外加电压增大至14kV，放电最终过渡到丝状放电状态。

基于莫尔偏折的低温等离子体气体温度参数研究97-103

摘要：放电等离子体有着非常广泛的实际工程应用价值，其内部温度特性是表征等离子体性质的一个重要参数。为了探明大气压下放电等离子体的气体温度空间分布特性参数，搭建了一套基于莫尔偏折原理的光学测试系统，对铜电极下小电流（0.1A）放电产生的低温等离子体进行了诊断。首先利用傅里叶变换和Abel逆变换，根据莫尔条纹图像提取了等离子体折射率分布曲线。然后通过求解等离子体物理方程，建立等离子体折射率与温度之间的对应关系。最后通过将折射率反演变换，重建出距下电极不同位置的等离子体气体温度分布，研究并分析温度随位置变化的趋势及原因。结果表明：在同一径向位置上，等离子体中心处温度最高，并向两边迅速递减。不同径向位置下的中心处最高温度范围约为1400～1600K。在竖直方向上，随着距下电极位置的距离增加，等离子体气体温度分布和直径都略微增加。

电工技术学报杂志电力电子

模块化多电平高压变频技术研究综述104-116

摘要：模块化多电平换流器（MMC）作为一种新型高压大功率拓扑结构，不仅在直流输电领域中获得广泛关注，也在高压变频领域颇具应用前景。与传统的高压变频器拓扑相比较，模块化多电平换流器在灵活性、可靠性、电压波形质量、输入变压器设计、电压功率等级等方面均展现出一系列技术优势。为促进中国高压变频技术的发展，对MMC变频器的电路特点、子模块结构、调制方法、电容电压平衡策略、谐波分析、环流抑制、启动预充电、故障容错与可靠性、低频运行等方面的最新研究进展进行详细分析评述，并指出模块化多电平高压变频技术的研究难点与挑战。

基于键合线等效电阻的IGBT模块老化失效研究117-123

摘要：已有研究表明，键合线老化脱落失效是影响绝缘栅双极型晶体管（IGBT）可靠性的主要因素之一。以此为研究背景，首先根据IGBT模块内部键合线的结构布局与物理特性，分析键合线等效电阻与关断暂态波形的关系，建立键合线等效电阻与关断过程中密勒平台电压以及集电极电流的数学关系式，通过实验测量获得键合线等效电阻，最后分别对键合线等效电阻与键合线断裂数的关系进行定性与定量的分析，得出键合线等效电阻会随键合线断裂数的增加同方向变化，这也证明了本文所提方法的可行性和正确性。

一种带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器124-132

摘要：提出一种带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器。采用三绕组耦合电感、开关电容技术和级联结构，该变换器可实现更高电压增益。变换器的输入电感可有效降低输入电流纹波，从而减小输入电源应力。此外，耦合电感的漏感能量由输出端回收利用，提升效率的同时，能够抑制开关管的电压尖峰，降低其电压应力。详细分析带三绕组耦合电感的级联型高增益功率变换器的工作原理，以及连续导通模式下变换器的稳态性能。最后搭建一台30V输入、380V/0.3A输出的实验样机，实验结果验证了理论分析的正确性。

基于GaN器件的双Buck逆变器共模与损耗133-141

摘要：目前市场上的光伏并网逆变器结构按隔离方式来分，可分为隔离型和非隔离型，而抑制或消除共模电流是非隔离型光伏并网系统必须要解决的问题。出于在非隔离型光伏并网逆变器中抑制共模电流的目的，研制一种基于GaN器件的双Buck逆变器，该逆变器较传统全桥电路，共模电流小、效率高、控制简单。针对共模特性进行分析研究，分别对其在正常工况与死区状态的共模电流进行理论分析，并进行仿真与实验验证，得出该逆变器能够很好地抑制共模电流的结论。通过引入GaN器件来提高开关频率解决拓扑自身电感较大这一问题，并基于GaN器件对电路进行损耗分析与实验验证，实验结果与理论分析基本吻合，验证了损耗分析的正确性。该逆变器的实测最高效率高达98.63%。

LLCC谐振滤波器在高频正弦波逆变器中的优化设计142-152

摘要：LLCC谐振滤波器在高频正弦波逆变器中得到了一定应用，但在实际工程应用中滤波器的参数设计一直没有得到充分的研究。提出一种LLCC谐振滤波器在高频正弦波逆变器中的参数优化设计方法，针对移相全桥LLCC谐振变换器拓扑，通过建立功率器件的损耗模型和Matlab优化求解，得到了以功率损耗最小为优化目标，以总谐波畸变率（THD）为约束条件的LLCC谐振滤波器优化参数。最后研制了一台输出40kHz、10kW的电源样机，并进行实验验证。所提LLCC参数优化设计方法对于高频正弦波逆变器的参数设计具有一定的理论指导意义。

链式静止无功补偿器分布式控制系统153-159

摘要：分布式控制具有结构简单、易于维护、可扩展性强等优点，目前是大功率电力电子设备领域的研究热点。介绍一种适用于高电压大功率链式静止无功补偿器（STATCOM）系统的分布式控制设计方案，分析对于分布式控制系统的安全和稳定运行十分重要的同步控制、故障响应等问题，并就分布式系统的直流母线电压平衡控制展开讨论。通过6kV/1MV·A链式STATCOM的并网实验，验证分布式控制系统的有效性、可扩展性以及可靠性。