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电工技术学报 2018年第01期杂志 文档列表

基于扰动跟踪法的变压器有源降噪系统研究1-8

摘要：变压器噪声是变电站中主要噪声来源,开展变压器有源噪声控制研究能够弥补无源降噪方式对低频噪声治理效果差的不足,具有应用价值.对电力变压器噪声信号进行采集及分析,建立了复杂声波模型.通过分析变压器噪声特性及各频率分量声压级贡献,将 100 Hz、200 Hz、300 Hz 三个能量集中的噪声频率分量作为消除目标,提出一种基于扰动跟踪法的变压器有源噪声控制算法.进一步以工控机和可视化编程实现扰动跟踪控制功能,以 PCI 数据卡、传声器和扬声器实现噪声信号采集及输出功能,搭建有源降噪实验装置.在 110 kV 变电站中进行降噪实验,实验结果表明该系统在夹角为 40°的测量区域内能取得一定降噪效果,为变压器有源降噪系统的进一步应用研究奠定基础.

基于电动汽车工况识别预测的锂离子电池SOE估计17-25

摘要：能量状态 （SOE） 是电动汽车动力电池的重要状态指标, 直接影响电动汽车续航里程,受电动汽车工况显著影响.为进行基于电动汽车工况的 SOE 估计,对 SOE 估计方法、行驶工况识别算法、行驶工况预测算法展开研究,建立基于模型的电池剩余能量状态（SOR）估计方法,提出基于信息熵理论的行驶工况识别算法,应用马尔科夫链理论构建了行驶工况预测算法,建立电动汽车系统模型,仿真获取电动汽车预测行驶工况对应的电池预测工况,实现基于电动汽车工况识别与预测的 SOE 估计.仿真结果验证了该方法的有效性.

新型非隔离型三相三电平光伏并网逆变器及其漏电流抑制研究26-37

摘要：在二极管中点钳位型逆变器（NPC）的基础上,提出一种新型非隔离型三相三电平光伏并网逆变器,并对其工作特性和漏电流特性进行研究.与 NPC 逆变器相比,新型逆变器的拓扑仅由十二个开关管和两个直流侧母线电容组成,比 NPC 逆变器少用了六个功率二极管,拓扑结构得到了简化.为抑制其漏电流,在分析共模电压和开关状态关系的基础上,改进了传统两电平载波调制方案,提出一种新型单载波调制方案.分别通过并网仿真、并网实验和感性实验,验证了所提出拓扑的可行性与新型单载波调制策略的有效性.

直驱式永磁同步海流机叶轮不平衡的故障检测38-47

摘要：针对波浪、湍流等影响下直驱式永磁同步海流机叶轮不平衡的故障检测,提出一种基于定子电流频率的故障特征分析方法.首先,该方法针对故障特征频率易被基波或噪声淹没的问题,采用总体最小二乘一旋转矢量不变技术（TLS-ESPRIT）估计电流瞬时频率.其次,采用广义似然比检测（GLRT）方法设计不平衡故障检测器,通过分析检测器中变量,获取合适的监测量.最后,提出一种基于伸缩变换的数据标准化方法提取故障特征,解决同一故障在不同流速下故障特征多样的问题. 理论分析、 海流机仿真与海流样机实验结果验证了所提方法的有效性. 该方法基于定子电流,易于实现,对于保证海流机安全高效运行以及减少维护费用等方面具有重要的实际意义.

车用爪极发电机转子极爪倒角对电磁振动的影响研究48-54

摘要：探讨了车用爪极发电机转子极爪倒角对其发电性能及电磁振动的影响.首先建立了爪极发电机电磁场分析的三维有限元模型,并通过反电动势试验进行验证;接着通过对电磁力进行二维傅里叶分解,识别了引起爪极发电机产生电磁振动的主要电磁力谐波,并研究了转子极爪倒角对这些主要电磁力谐波以及发电机输出电流的影响;最后建立起爪极发电机电磁振动预测的多物理场仿真模型,并分析了转子极爪倒角对电磁振动的影响.结果表明爪极发电机转子极爪倒角几乎不会降低发电机的输出性能,却能大幅削弱主要电磁力谐波的幅值从而降低电磁振动,因此,转子极爪后沿倒角比前沿倒角的减振效果更好.

扁平大功率高速永磁同步电机的护套设计及其强度优化55-63

摘要：针对扁平结构、分块式永磁体的高速永磁同步电机的碳纤维护套设计问题,给出了通用的护套参数化设计模型,能够实现护套的快速设计,并分析了护套与永磁体间的过盈量、永磁体的径向压应力、转子外径对护套设计的影响.采用三维有限元方法对转子强度的解析模型进行了验证,并结合转子温度场分析结果,针对不同温度条件下,磁极间隔导致护套弯曲应力的产生,从而威胁护套安全的问题进行了研究.对比研究了不同磁极间隔材料对护套强度的影响,得到钛合金做磁极间隔时能够有效降低护套的弯曲应力,提高护套强度.最后制作了样机,并进行了实验.

连接器贵金属镀层材料的微动接触性能64-70

摘要：针对连接器贵金属金、钯镍合金以及钯镍合金闪镀薄金镀层材料对微动电接触性能影响进行研究.基于微动接触电阻测试系统,探究了不同镀层材料、接触压力、环境温度和润滑剂条件下接触对的微动接触电阻变化规律,并对微动性能参数,包括微动寿命、接触电阻数学模型和磨损系数进行评估和计算.发现 Au 镀层的微动接触性能最优,闪 Au＋PdNi 次之,PdNi 最差,减小接触压力是提高 PdNi 镀层微动接触性能的有效方法.

基于灰度-梯度共生矩阵的串联故障电弧特征71-81

摘要：为了获取非线性负载回路中串联故障电弧的特征,利用自行研制的故障电弧实验系统开展了变频器和工控机负载条件下的串联故障电弧实验.提出一种基于灰度一梯度共生矩阵的特征提取方法.采用前向差分法对电流信号进行预处理,并利用小波包技术对差分信号进行分解、重构,将重构信号按频率高低依次放入二维数组;二维数组中同时刻各频段的能量归一化后,将其转换为 0~255 的灰度值图像,对灰度值图像进行 Wiener 滤波并采用 Laplace 算子进行锐化和加强处理,取频率高于 1 562.5 Hz 的图像求解灰度一梯度共生矩阵.通过计算共生矩阵的 15种特征量,筛选得到工控机和变频器负载条件下串联故障电弧的特征向量.将获取的故障电弧特征向量输入到支持向量机进行故障电弧识别测试,验证了上述故障电弧特征提取方法的有效性.

基于电流信号特征的弓网电弧识别方法82-91

摘要：弓网电弧已成为电力机车安全运行的隐患,及时识别弓网电弧对于评价受流质量、调控弓网电弧、指导线路检修具有重要意义.该文开展了不同条件的弓网系统受流特性实验,将系统受流分为正常受流和电弧受流两种状态.提出-种基于回路电流和支持向量机（SVM）的弓网电弧在线识别方法及其工程实现方案.采用改进的 F-score 算法选择回路电流的平均值、标准差和相关系数作为弓网电弧的典型特征,利用 svmtrain 函数创建 SVM 模型,利用网格搜索算法优化SVM 的径向基核函数.实验表明,该方法能够有效识别弓网电弧.接触压力、滑动速度和接触电流以及燃弧时间、电流采样频率均会影响弓网电弧的识别准确率.燃弧时间对识别准确率的影响较大,相同条件下燃弧时间越长,识别准确率越高.

基于传输点容量模型的发输电系统可靠性评估92-103

摘要：利用发输电组合系统（简称组合系统）极限输电能力与负荷解耦（系统一负荷解耦）的特性,能有效提高组合系统可靠性的评估效率.目前已有的基于系统一负荷解耦分析的组合系统可靠性评估方法尚存在不足,其中的输电能力计算模型没有考虑异常状态下优化负荷削减的实际需求,也没有计及各不同传输点负荷水平变化的影响,此外,对于频率及持续时间型可靠性指标的计算方法,目前也鲜有研究.该文以系统一负荷解耦分析为出发点,提出基于传输点容量模型的组合系统可靠性评估方法.首先,建立一种适用于组合系统可靠性分析的传输点输电能力优化决策模型,并针对该模型目标函数具有斜率递增的特点,将其转换为线性规划模型进行求解,保证计算效率.然后,拓展传统发电系统可靠性评估中可用容量状态概率及增量频率的概念,基于马尔科夫链构建组合系统各传输点输电能力的概率-频率分布函数（即传输点容量模型） ,将其与相应负荷的概率-频率分布函数（即负荷模型）进行卷积和加法运算,不仅能得到组合系统及其传输点的概率型可靠性指标,而且还能得到频率及持续时间型等可靠性指标.以 RBTS-6 节点系统为例进行测试分析,说明该方法的有效性.

基于LCL-S拓扑的感应电能传输系统的建模与控制方法104-111

摘要：分析了基于 LCL-S 拓扑的感应电能传输（IPT）系统的动态特性,旨在利用数字 PI 控制器提高负载电压动态响应.首先,利用广义状态空间平均建模方法得到 IPT 系统的大信号模型及稳态工作点.在此基础上,建立描述在 IPT 系统的输入受到扰动状态下的小信号模型.经实验样机与小信号模型阶跃响应对比证明,小信号模型能够较准确地描述 IPT 系统动态响应.然后,根据小信号模型,借助 Matlab 中 PIDtool 工具箱设计合适的 PI 控制器参数,提高 IPT 系统的负载电压响应特性.最后,通过实验证明设计的闭环数字 PI 控制器使 IPT 系统负载电压响应时间在12 ms 左右.

基于沿线电压分布规律的快速故障测距112-120

摘要：针对双端工频故障测距法存在的双端数据同步困难、迭代次数多、收敛速度慢以及测距伪根难识别等关键问题,提出一种基于输电线路沿线电压分布规律的快速故障测距方法.在分布参数线路模型上,分析输电线路的沿线电压幅值分布规律.对线路进行单调分区域,在各区域取两点求切线,通过切线交叉原理进行初步故障测距.考虑到远距离输电线路非线性因素造成的测距误差,进一步采用切线交叉原理对测距结果进行迭代修正,使测距结果向实际故障点逐级逼近.经仿真验证,所提测距方法仅利用线路参数及单端测量数据计算切线,故无需双端数据同步;通过迭代能够准确去除伪根,实现精确测距;测距原理简单,迭代次数少,收敛速度快,仅需4 次计算就能把故障位置锁定在 300 m 以内.

基于NExT和PRCE方法的低频振荡分析121-130

摘要：将结构学用于分析机械结构振动特性的多参考点复指数法（PRCE）与自然激励技术（NExT）相结合实现基于随机响应的低频振荡模式辨识.该方法首先利用 NExT 从系统随机响应信号中获得自由振荡信号,然后采用 PRCE 方法对所获得的自由振荡信号进行模式辨识得到低频振荡模式的频率、阻尼比和振荡模态.16 机系统中基于蒙特卡洛仿真辨识结果表明了该方法的有效性和正确性;与已有方法的对比表明该方法在辨识精度以及抗噪性方面表现得更好.基于四川电网 PMU 实测数据的辨识结果表明了该方法的有效性和可行性,为电力系统低频振荡分析提供了一种途径和方法.

开有介质封堵环状孔缝的双金属腔体屏蔽效能的解析研究131-139

摘要：利用介质材料对屏蔽体中存在的开孔以及孔缝进行封堵, 可显著提高金属腔体的屏蔽效能,保护其内部的关键设备,然而数值计算方法解决此类复杂问题效率比较低.针对复杂屏蔽体中开有介质封堵的环状孔缝的实际情况,给出平面波照射下计算双金属腔体屏蔽效能的解析模型.首先,根据平面波垂直入射无限大导体的边界条件,并基于腔体的并矢格林函数推导出外部电磁场通过环状孔缝透射到屏蔽体内部的电磁场分量,从而计算目标点的屏蔽效能.其次,利用该模型分析屏蔽体中环状孔缝厚度、导电材料电导率、目标点位置及环状孔缝位置和缝隙宽度对屏蔽效能的影响.计算结果与全波仿真软件 CST 仿真结果的对比证实了所建解析模型的有效性,为开有环状孔缝的复杂金属屏蔽体的屏蔽问题提供了一种可靠有效的参考.

基于电磁超声双换能器的单模态Lamb波激励方法研究140-147

摘要：Lamb 波因其指向性好、传播距离远、损耗小等优点而被广泛应用于构件的无损检测和健康监测中.但是,Lamb 波的频散性和多模态的特点,使其在实际应用中的回波信号分析变得十分困难.该文在分析 Lamb 波多模态特性的基础上,根据 Lamb 波两种模式波结构的特点,研究电磁超声双换能器激发结构产生单模态 Lamb 波的特性, 并对双换能器激发结构进行实验研究.仿真和实验结果表明,双换能器结构可激发单模态 Lamb 波,并且可以消除端面模态转换产生的多模态,从而减小后续信号处理的难度,为实际检测中缺陷的定位、识别提供有效信息,并为电磁超声双换能器激发结构的设计提供理论指导.

二维电磁场-流体-温度场耦合仿真节点数据映射算法研究148-157

摘要：在二维电磁场-流体-温度场耦合分析中,针对电磁场计算域与流体-温度场仿真域网格不匹配的情况,需要引入异构网格节点数据映射算法来实现数据的传递.为将电磁场损耗准确映射到流体-温度场的相关网格单元和节点上,提出快速映射法和径向基函数法,并结合两种方法的优点提出异构网格节点数据映射的混合算法.结合具有解析解的算例和换流变压器铁心漏磁场映射的实例,验证三种算法的可行性;讨论网格疏密对映射算法精度的影响;分析比较径向基函数法、快速映射法和混合算法的映射精度,并从计算效率方面对径向基函数法和快速映射法进行对比.结果表明快速映射法、径向基函数法和混合算法各具优缺点,对不同算例,需要根据其模型和网格特点选择适当的映射算法,以满足精度要求,为二维电磁场-流体-温度场耦合仿真奠定了基础.

基于小波包优选的模拟电路故障特征提取方法158-165

摘要：小波包变换在模拟电路故障特征提取中应用极广,但小波包基函数直接影响故障特征提取的性能.该文给出了小波包频带能量熵的定义,并结合频带能量熵方差,提出一种基于频带能量熵的小波包优选方法.为验证方法的有效性,采用不同的小波包基函数进行实验研究,对待测模拟电路应用小波包变换完成故障特征提取,引入支持向量机验证故障特征的可识别程度.实验结果表明,利用优选小波包基提取的故障特征具有更好的区分度,说明了该算法选取小波包基函数的有效性.

基于三维励磁结构的电工磁材料动态磁特性测试与分析166-174

摘要：提出一种三轴正交的三维励磁结构,并对磁极进行聚磁优化计算,对放置在装置几何中心的电工磁材料试样进行三轴向正交对称励磁,设定多种形式的励磁模式对实心或叠片立方体试样材料进行动态磁特性测量.通过分析试样在不同励磁方向或不同旋转励磁平面上体现的磁特性差异来定量研究材料的各向异性以及测量实验中影响各向异性磁特性的因素.为电磁装置中铁心优化设计、损耗计算与模拟提供重要的材料磁特性实验数据.