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电工技术学报 2019年第17期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论与新技术

超级电容器恒流充电的时域分数阶电路模型3533-3541

摘要：随着超级电容器作为新的储能装置得到广泛的应用,建立超级电容器的精确等效模型具有重要意义。根据分数阶微积分定义,结合分抗元的恒流充电曲线和超级电容器实际物理结构,直接在时域建立超级电容器恒流充电的分数阶RF串联电路模型和分数阶RFR混联电路模型,并给出模型参数辨识与拟合误差分析方法。在结合超级电容器恒流充电数据完成分数阶RF串联电路模型和分数阶RFR混联电路模型的参数辨识与误差分析的过程中,发现分数阶RF串联电路模型和分数阶RFR混联电路模型的拟合精度均远优于一阶RC电路模型和经典等效电路模型,且这两种分数阶模型的精度相当。分析更简洁的分数阶RF串联电路模型的参数敏感性,得到模型中分抗元运算阶、分抗元特征值和电阻值对超级电容器恒流充电的影响规律。该文同时还说明经典等效电路模型是分数阶RFR混联电路模型的特殊情况,一阶RC电路模型是分数阶RF串联电路模型的特殊情况,分数阶RF串联电路模型是分数阶RFR混联电路模型的特殊情况。

基于全耦合电容模型的双发射电场耦合式无线电能传输系统3542-3551

摘要：传统基于电场耦合式的电容能量传输(CPT)系统只含单个逆变电源与单个发射端,由于CPT系统逆变器的容量有限,所以较难满足轨道交通大功率非接触供电应用的需求。为了提高CPT系统的传输功率,提出一种双发射单接收CPT系统,通过两个逆变器并联的方式来提升系统输入功率总容量,实现CPT系统大功率输出。将六极板结构全耦合电容模型简化为三端口等效电路,采用Maxwell有限元分析方法仿真耦合电容值,针对两个发射机构间相互耦合的影响,给出系统谐振电路参数配置方法。最后,详细分析了该系统的工作原理并搭建了系统工作频率为500 kHz的原理样机,在输出功率为1.47 kW的情况下,直流到直流的效率为90.6%。在传递相同功率的前提下,双发射CPT系统流过开关器件的电流为单发射系统的一半,实验结果表明该方法有效且可行。

基于噪声源阻抗提取的单相逆变器电磁干扰滤波器的设计3552-3562

摘要：研究了一种单相逆变器传导电磁干扰(EMI)噪声源阻抗的提取方法,并在此基础上提出了一种高效的EMI滤波器设计方法。该方法可以分别考虑共模(CM)和差模(DM)噪声源阻抗的影响,对滤波器进行精确的需求分析和设计。为了进一步提高噪声源阻抗检测精确性和滤波器设计的有效性,利用RLC阻抗分析仪对测试元件的阻抗频率特性进行了精确分析。最后,在PLECS仿真环境下对该方法的可行性进行了检验,并且以单相SiC MOSFET逆变器为例对该方法的有效性进行了实验验证。实验结果表明,利用该方法设计的EMI滤波器针对性强、可靠性高,可以大幅度减少EMI滤波器设计的时间成本。

小尺寸试件检测用单向单模态电磁超声换能器设计3563-3571

摘要：用于小尺寸薄板试件超声检测时,兰姆波的频散和多模态特性、电磁超声换能器(EMAT)的多方向发射特性以及板材的端面反射影响等将导致采集的超声回波信号十分复杂,不利于进一步分析信号。该文在传统EMAT的基础上,依据波的叠加原理,提出一种利用四个曲折线圈激发单向单模态兰姆波的电磁超声兰姆波激励方法,通过改变线圈线间距、激励电流方向和延迟时间等来选择性地控制兰姆波的激发方向和模态,减少缺陷检测中的干扰波,并将其应用于小尺寸板材的缺陷检测。通过与传统单线圈EMAT进行仿真和实验对比,验证了该新型EMAT在10 cm长的薄铝板缺陷检测中的可行性,缺陷回波信号清晰可辨,大大降低了后续的信号处理难度。

基于GrC模型的经颅磁声电刺激对神经元放电活动的影响3572-3580

摘要：经颅磁声电刺激技术(TMAES)是在神经组织中利用静磁场和超声波通过磁声电效应产生感应电流,以实现对神经组织调控的一种无创脑神经刺激手段。对小脑进行适当调控可以改善平衡运动失调等疾病,小脑皮层主要由小脑颗粒细胞构成,建立小脑颗粒细胞模型并对神经调控进行有效模拟具有重要的研究意义和应用价值。通过建立小脑颗粒细胞模型(GrC模型),对比TMAES在不同调制频率下GrC模型神经元放电模式的变化,针对神经元不同位置施加刺激,分析动作电位的传播方向。仿真结果显示,经颅磁声电刺激对GrC模型神经元放电节律具有重要影响。该研究有助于深入理解经颅磁声电刺激的神经作用机理。

电动汽车无线充电环境的生物电磁安全评估3581-3589

摘要：随着电动汽车无线充电的研究与应用的迅速发展,关于电动汽车无线充电环境下承载生命体的电磁安全性问题成为社会公众关注的热点。基于生物学的热效应和非热效应这两个角度,对生命体在该环境下受到的电磁辐射影响进行安全评估。首先通过仿真软件设计了人体重点器官模型,模拟计算人暴露于电动汽车无线充电环境的车外站姿、车内坐姿、车座上躺姿情况;然后分析人体的安全性,研究表明,不同姿态下各器官的电磁安全指标结果均满足国际非电离辐射防护委员会(ICNIRP)标准,其中比吸收率(SARa)衡量热效应,其最大值为4.37×10^−7 W·kg^−1,低于安全限值10 W⋅kg^-1;最后,建立电动汽车电磁安全评估系统的生物实验平台,从非热效应角度分析充电环境引起的生命体免疫安全指标变化,其结果基本在正常参考值范围内。该评估有利于电动汽车无线充电的推广应用。

基于磁标量位的定点频域算法及其在叠片铁心偏磁问题中的应用3590-3598

摘要：采用复指数级数对周期变量进行展开,提出基于磁标量位和电矢量位的定点频域分解算法,并应用于叠片铁心直流偏磁问题的计算和分析。采用棱单元对电矢量位进行插值计算。考虑场路耦合关系,以磁标量位和励磁电流为未知量建立求解二维非线性场的频域方程。引入定点磁导率实现各次谐波的解耦,有效地降低了频域求解的计算代价。利用叠片铁心模型进行直流偏磁实验,将计算结果与实验结果进行了比较,验证了该方法在直流偏磁问题计算与分析中的有效性。

电工技术学报杂志电机与电器

绕线转子无刷双馈电机齿驻波特性研究3599-3606

摘要：由于无刷双馈电机定子包含两套绕组,电机转子需要与两套绕组进行耦合,所以其气隙合成磁场由两个极对数不同的基波磁场构成,导致其磁场特性相较于一般的交流电机更为复杂。该文以绕线转子无刷双馈电机为研究对象,将分析坐标系转换到转子坐标系分析气隙磁场,通过理论推导和有限元仿真提出该合成磁场具有与驻波类似的齿驻波特性,该特性表明合成磁场轴线相对转子静止,具有与同步电机相似的运行特性。同时,该特性对于无刷双馈电机的极数配合选择与性能优化具有指导意义。最后,通过在转子绕组中嵌入探测线圈并测量其感应电动势的方法进行了样机实验,结果证明了理论分析的正确性。

漂浮式风机气-水动力耦合下的独立变桨控制方法3607-3614

摘要：提出一种漂浮式风机(FOWT)气-水动力耦合下基于径向基函数神经网络(RBFNN)的独立变桨控制方法。首先,考虑风剪切效应和塔影效应,建立更精确的气动模型,将气动模型与水动模型耦合,得到风浪流扰动下的相对风速。在此基础上,采用径向基函数(RBF)神经网络逼近变桨控制系统未知的非线性函数,通过Lyapunov方法导出自适应率,在线调整神经网络权值来改善所提出的独立变桨控制系统的动态性能。在FAST-Matlab/Simulink联合仿真的基础上,将该文所提控制方法和传统PI控制方法进行对比结果表明,该文所提方法能够更有效地实现FOWT输出功率的稳定,并在一定程度上减小了漂浮基础的载荷波动和俯仰振荡。

铁镓合金的压磁效应与力传感器的研究3615-3621

摘要：基于非线性压磁方程,通过COMSOL有限元仿真平台,分析了片状铁镓合金的压磁效应。仿真研究了不同偏置磁场和不同应力下铁镓合金动态压磁系数的变化。参考悬臂梁特性,利用铁镓合金设计并制作了一种新型的磁致伸缩力传感器。根据电磁学理论和压磁效应,建立了力传感器的测试模型。搭建磁致伸缩力传感器实验平台,通过实验研究了偏置磁场和力对输出特性的影响。通过仿真和实验结果可知,偏置磁场强度为4.5 kA/m时,压磁系数最大值为17.5 T/GPa。传感器的测力范围为0~4 N,在0~2 N内传感器有较高的灵敏度。该传感器具有结构简单,灵敏度高等优点,可满足对力精确感知的要求。

电工技术学报杂志电力电子

基于虚拟阻抗的虚拟同步整流器三相不平衡控制策略3622-3630

摘要：随着电力电子装置渗透率的升高,电力系统旋转备用容量和转动惯量大大降低,采用虚拟同步机(VSM)技术能够改善系统稳定性。但目前VSM技术主要针对理想电网下的运行模式,当出现三相不平衡情况时系统无法正常运行。该文在VISMA模型的基础上,搭建虚拟同步整流负荷模型,针对电网不平衡进行功率分析,实现正负序解耦,通过复数滤波器检测正负序分量。通过改变模型中电气部分的虚拟阻抗,并自适应调节无功控制模块,保证直流侧负载电压稳定。搭建基于Matlab/Simulink的仿真模型,验证该方法的有效性,并基于dSPACE进行实验验证。

三相四桥臂并网逆变器重复控制积分抗饱和策略3631-3639

摘要：在新能源并网逆变器中,基于内模原理的重复控制器被广泛应用,但是由于受到功率管开关特性和直流母线电压的约束,重复控制器存在积分饱和现象,严重影响供电质量。为提高三相四桥臂并网逆变器的并网电流质量,基于模型恢复积分抗饱和方法,研究重复控制器积分抗饱和策略。首先,设计了具有积分作用的重复控制器;其次,根据被控对象的数学模型设计了重复控制积分抗饱和补偿器,对控制量和输出反馈量分别进行补偿,控制量补偿引入控制量饱和偏差,并采用线性二次型最优控制方法优化偏差系数;最后,通过仿真和实验验证了重复控制积分抗饱和策略在动态和稳态饱和情况下均能有效改善系统性能。

电工技术学报杂志电力系统运行与规划

区间变时滞广域电力系统稳定性分析与控制器设计3640-3650

摘要：针对时滞现象对广域电力系统的稳定性产生的严重影响,研究区间变时滞影响下广域电力系统的稳定性分析及控制器设计问题。首先,构建含有区间变时滞的广域电力系统数学模型;然后,提出一种增广向量和Lyapunov-Krasovskii泛函的构造方法,同时采用Wirtinger积分不等式、Extended积分不等式、凸组合等方法对泛函导数进行解析,降低了解析误差,得到具有较小保守性的稳定性结论,扩大了系统的稳定运行区域;接着在此基础上,设计无记忆反馈控制器和带记忆反馈控制器,利用分步线性化方法处理非线性项,将控制器的存在性条件归结为严格线性矩阵不等式的形式;最后,通过典型的二阶系统、单机无穷大系统和4机11节点系统,仿真分析证明通过该文所提方法得到的时滞稳定性判据具有较低的保守性,仿真结果进一步说明所设计的控制器有着较好的控制效果。

复杂噪声条件下基于抗差容积卡尔曼滤波的发电机动态状态估计3651-3660

摘要：容积卡尔曼滤波(CKF)在非线性动态状态估计领域有着良好的估计效果。但由于容积卡尔曼滤波缺乏对量测噪声特性的在线自适应能力,其对不良数据和非高斯白噪声的处理效果并不理想。为了解决当量测量统计特性偏离先验统计特性时,容积卡尔曼滤波算法性能下降和发散的问题,通过将抗差估计理论中的M-估计理论与容积卡尔曼滤波相结合,提出抗差容积卡尔曼滤波(RCKF)算法,并将其尝试应用于复杂噪声条件下的发电机动态状态估计中。IEEE 9节点系统和新英格兰16机68节点系统的仿真结果表明:在不同量测噪声且量测量存在不良数据的复杂噪声条件下,与传统CKF算法相比,所提抗差CKF算法均具有更好的估计精度和收敛能力,并能有效消除不良数据对估计效果的影响。

双馈风电机组次同步控制相互作用的反馈线性化滑模变结构抑制3661-3671

摘要：针对双馈风电机组(DFIG)接入串补输电系统,提出基于反馈线性化的滑模变结构控制策略,并将之用于DFIG转子侧变流器控制回路以抑制次同步控制相互作用(SSCI)。首先通过反馈线性化方法抵消双馈风电机组固有的非线性;然后选取线性切换函数和指数趋近律设计滑模变结构控制策略;最后通过特征值分析和非线性时域仿真检验抑制效果,并与控制参数已整定的比例-积分控制策略和传统次同步谐振抑制策略进行对比。仿真结果表明,所提出的反馈线性化滑模变结构控制策略不仅有效抑制SSCI,使得双馈风电系统在不同风速和串补度下都能保持稳定运行,而且消除了反馈线性化控制方法对系统精确参数的依赖性,表现出对参数摄动和外界干扰的强鲁棒性。

考虑供能可靠性与风光不确定性的城市多能源系统规划3672-3686

摘要：大数据与可再生能源接入给城市多能源系统(UMES)规划带来了机遇与挑战。该文提出了一种考虑供能可靠性与风光不确定性的城市多能源系统规划模型。首先,基于改进的DBSCAN算法产生典型场景及其概率,解决了实际工况中可能存在的大量历史数据质量欠佳的问题;其次,通过配送通道故障停运模型,获得了能量配送通道发生N-1的期望故障时间;最后,考虑城市配电网、配气网以及电转气装置(PtG)的相关约束,以UMES总利润最大为目标,提出了一种适用于辐射状网络的N-1供能可靠性评估算法,并建立了混合整数二次规划模型。通过该模型可得出能量源、配送通道及PtG的最优投运时间、类型和位置。案例分析结果表明了DBSCAN算法以及可靠性评估算法的有效性;证明了在PtG的作用下,能量配送通道发生N-1故障时,配气网能够得到配电网的有效支援,显著提升了系统供能可靠性。

基于零序功率变化量的配电网单相高阻接地保护3687-3695

摘要：针对中性点经小电阻接地系统面临单相高阻接地故障难以有效切除而存在较大安全隐患的问题,提出一种基于零序功率变化量的小电阻接地系统单相高阻接地保护方法。首先分析了中性点经小电阻接地配电网正常运行和单相高阻接地故障下的零序电流分布特征,在此基础上,构造了馈线零序功率作为配电网单相接地故障判别的特征量;然后利用非故障馈线零序功率变化量小而故障馈线零序功率变化量反映过渡电阻有功功率的特点,提出基于零序功率变化量的配电网单相接地保护原理及其整定方法。理论和仿真分析表明,该保护原理仅利用单端信息即可准确反映较高过渡电阻,受线路对地参数及电容电流的影响小,具有较高的可靠性和适应性。

电工技术学报杂志高电压与绝缘监测

升温过程中水在矿物油和纤维素界面扩散和聚集行为的分子模拟3696-3704

摘要：受取样及测量等技术手段的限制,水分在油纸界面的迁移和聚集行为缺乏深入的研究。本文从分子层面对升温过程中水在矿物油与纤维素界面的迁移和聚集行为进行研究。建立了105原子量级的矿物油与纤维素复合介质模型,对其从293 K升温到353 K的过程进行了模拟,计算分析了水分子的聚集状态、扩散系数、自由体积和径向分布函数,并比较了电场和温度场在此过程中的作用。研究结果表明,当纤维素中水分含量超过4%时,快速升温会导致水分子在油纸界面通过分子间氢键作用聚集成水分子簇,形成局部液态水;当水分含量超过5%时,则会形成较大的液态水分区。电场的极化作用加强了水分子间的氢键作用力,增加了高水分区出现的概率,减少了水分子的扩散系数和自由体积,并使其扩散系数呈现各向异性。