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电工技术学报 2019年第18期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电工理论与新技术

LCC-S型无线电能传输系统优化配置及特性研究3723-3731

摘要：针对一次侧LCC、二次侧LC串联拓扑(LCC-S)的磁场耦合式无线电能传输系统(WPT),建立其数学模型,同时考虑实际系统元器件应力约束以及元件参数漂移的影响建立多目标优化模型。从工作模式分布、元件应力、传输效率及输出功率等多个不同角度分析其多工作模式运行的优缺点,并基于多目标遗传算法对补偿网络参数进行优化配置,从而优化WPT系统各工作模式的传输性能。在此基础上对优化前后的各工作模式特性进行对比分析,最后通过实验验证多目标优化效果,实7验结果表明,该优化方法改善了各工作模式的传输性能。

基于测量信号的不可逆电穿孔动态过程数值模拟及分析3732-3740

摘要：近年来,脉冲电场以其独特的生物医学效应及治疗作用在肿瘤的局部微创治疗中展现出广阔的应用前景,运用切实和准确的数值模型实现对脉冲电场引起的电穿孔效应和组织消融效果的有效评估是进一步推广其应用的关键技术和手段。该文提出一种基于低压脉冲测量的方式来获取电穿孔组织消融的动态变化过程,建立考虑时间因素、电场累积效应和热场累积效应的动态电导率数值模型,模拟脉冲施加过程中组织的实时电特性变化。模型计算结果与实验数据的误差在5%以内,具有较好的准确性和可行性,可用于预测不同脉冲参数的脉冲电场作用下组织的电穿孔动态变化,以及电热耦合场的动态时空分布,为后期治疗计划的进一步完善提供切合实际的方法和数据支持。

经颅磁声电刺激参数对神经元放电模式的影响分析3741-3749

摘要：经颅磁声电刺激(TMAES)是一种超声波和静磁场共同作用于大脑的新型无创脑调控方法,具有较大的刺激深度和良好的聚焦性。为了探索TMAES对脑神经兴奋状态的影响,该文基于H-H神经元模型,仿真了不同发射参数超声波下TMAES对神经元放电模式的影响,并采集了刺激后大鼠的局部场电位对其功率谱进行分析。仿真结果表明,不同参数超声波刺激的神经元会产生不同放电模式。动物实验结果表明超声及静磁场参数均会对经颅磁声电刺激的刺激效果产生一定影响,且其影响程度不同。对于具体神经调控,该文可为得到最优TMAES刺激参数提供理论指导。

环氧/纸复合材料直流耐压寿命模型的估计方法3750-3758

摘要：针对适用于干式套管的环氧/纸复合材料的绝缘耐压性能进行了研究。首先运用蒙特卡 罗仿真方法对耐压试验方法的选择进行研究,分析并对比不同参数估计方法、不同大小样本、无 截尾耐压试验和截尾耐压试验下各种参数估计方法的误差,建议选用截尾耐压试验方法进行试验, 采用加权最小二乘法进行参数估计。然后,对环氧/纸复合材料的长期绝缘性能 耐压特性进行 试验研究。试验结果表明,环氧/纸复合材料试样的耐压试验结果符合 Weibull分布,该文建立的 环氧/纸复合材料的寿命模型可为套管绝缘材料结构设计提供技术支持。

电工技术学报杂志电机与电器

偏心磁极永磁电机气隙磁场正弦优化模型3759-3768

摘要：为优化气隙磁场,使径向气隙磁通密度波形接近正弦,以得到较小的气隙磁场径向电磁力谐波和较低的转矩脉动,优化电机的整体性能,用卡特系数Kδ修正电机受定子槽开口影响的有效气隙长度,考虑实际的永磁体相对磁导率对气隙磁通密度的影响,结合气隙磁通密度函数和永磁体磁化方向厚度函数及定转子磁动势计算方程,推导出弧形偏心磁极平行充磁时负载条件下的径向气隙磁通密度计算公式,得到了偏心磁极永磁电机径向气隙磁通密度总谐波畸变率(THD)随偏心距和极弧系数的变化曲线,进而可得到使径向气隙磁通密度THD最小的偏心距和极弧系数;利用有限元和样机试验,验证解析模型的有效性和准确性。此解析模型将多种影响径向气隙磁通密度正弦度和幅值的因素同时考虑在内,不用对永磁体进行径向分段来考虑不等厚磁极对气隙磁场的影响,计算较子域法简单且省时,同时保持较高的计算精度,为表贴式永磁电机优化设计提供参考。

潜液式低温永磁同步电机的设计与特性研究3769-3777

摘要：潜液式低温永磁同步电机是液化天然气(LNG)泵的关键核心驱动部件,其工作性能至关重要。针对电机在LNG(161℃)低温环境下的运行特点,考虑降低LNG的气化量、提高机械应力等方面性能,提出一种适用于LNG泵用低温永磁同步电机的设计方法、理论分析低温对材料特性及电磁参数的影响,建立“电磁-流体-热-应力”多物理耦合的有限元仿真模型,最后设计一台11kW,6 000r/min的LNG泵用潜液式低温永磁同步电机样机。出于安全考虑,在196℃液氮环境下搭建样机测试台并进行试验研究,验证了理论分析的正确性。

基于电机定子绕组开路的电机驱动和充放电集成系统研究3778-3787

摘要：传统电动汽车电机驱动和车载充放电系统相互独立工作,由此导致控制系统功率密度 和体积空间总体利用率较低。为此,本文基于开路的电机绕组,提出电机驱动与充放电集成系统。 所提出的高度集成系统实现了单一结构的多功能运行,在实现驱动拓扑集成的同时利用电机绕组 作为网侧滤波电感,进一步提高功率密度,降低充电器的体积、质量和成本。文中从绕组的通电 方式及变换器拓扑方面进行集成,针对充放电时的滤波性能和电磁转矩抑制问题,对单相全桥、 三相全桥和三相四桥臂等集成拓扑进行分析,其中单相全桥集成拓扑能够完全消除充放电过程中 的电磁转矩且具有较优的滤波性能,并给出相应的控制策略。最后通过仿真和实验验证所提出的 集成拓扑的正确性和可行性。

交直流混杂模式下变压器励磁-振动特性研究3788-3796

摘要：针对直流扰动下电力变压器铁心振动问题,提出一种励磁-振动谐响应模型。建立交直 流混杂模式下的变压器电磁耦合状态方程,基于能量扰动原理计算动态电感与时域电流两个状态 变量,在此基础上研究励磁电流辨识方法,利用励磁电流表征变压器的励磁饱和状态,构建励磁- 振动谐响应模型。仿真模拟变压器在交直流混杂模式运行的电磁特性,计算不同直流扰动下的励 磁电流与铁心振动加速度,并对励磁电流进行谐波分析,总结励磁电流变化规律和铁心振动特性 之间的关系。搭建220V单相变压器交直流混杂动模实验平台,在不同直流扰动下,利用励磁参 数辨识模块辨识励磁电流,利用振动监测模块采集变压器铁心振动信号,并将仿真结果与实验数 据进行对比,验证仿真模型的正确性。

电工技术学报杂志电力电子

一种电流型高增益双向DC-DC变换器3797-3809

摘要：高增益双向DC-DC变换器作为连接低压储能单元和中压直流母线的纽带,在分布式发电系统中起着重要作用。为了减小变换器低压侧的电流纹波,进一步提高变换器增益,该文提出一种电流型高增益双向DC-DC变换器。该变换器在低压侧全桥电路的两个桥臂中点连接两个Boost输入电感,两个Boost电感交错工作,可显著减小低压侧电流纹波并提高电压增益。并且该变换器在低压侧加入了LLC谐振网络,控制开关频率小于LLC的谐振频率,在提高电压增益的同时,可实现低压侧所有开关管的零电压开通(ZVS)。变换器高压侧为两开关倍压整流电路,利用变压器漏感Lk和谐振电容Ck谐振,可实现高压侧开关管的零电压开通(ZVS)和零电流关断(ZCS),减小了开关管导通损耗,提高了变换器效率并进一步增大了变换器增益。搭建600W基于脉冲宽度调制(PWM)+脉冲频率调制(PFM)控制的电流型高增益双向DC-DC变换器实验样机,通过对样机进行正向和反向工作实验,验证了变换器的可行性与实用性。

拓扑变换型LLC-C谐振软开关直流变换器3810-3820

摘要：提出一种拓扑变换型LLC-C谐振软开关直流变换器。它是将两种简单谐振结构相结合,利用辅助开关管控制变换器的等效电路结构。在额定工作条件下,变换器工作在LLC模式,实现高效率运行;在输入电压偏高时,自动切换至LCCL模式,以在获得较宽电压增益范围的同时仍维持较高效率。进一步地,对电路的损耗分布情况进行了分析计算,选取两种模式效率曲线相交处为模式切换最佳点,为变换器工作模式设计提供了理论依据。最后,为了验证所述变换器原理的可行性,给出了相应的实验结果:输入电压从110V变化至400V的过程中,输出电压始终维持在200V,对应的电压增益从1.8至0.5;变换器效率始终维持在高于90%的较高值,最高可达97.5%。变换器这种在宽增益范围维持高效率的特点使其非常适用于新能源发电等对电压范围和效率有较高要求的应用场合。

采用子模块相关性坐标变换解耦的混合模块化多电平换流器可靠性建模3821-3830

摘要：传统模块化多电平换流器(MMC)可靠性分析的方法大多仅针对半桥MMC或忽略各子模块(SM)间的相关性。本文针对具有工程应用前景的混合MMC,提出了一种子模块相关性坐标变换解耦的混合MMC可靠性分析方法。首先,建立单一子模块可靠性模型。其次,基于Copula理论提出一种MMC可靠性分析坐标变换解耦的新方法。然后,遵循坐标变换前后子模块串联系统可靠性不变的原则,推导半桥MMC和全桥MMC的坐标变换和可靠性计算公式,并将其推广到混合MMC。通过坐标变换实现子模块串联系统各子模块相关性的解耦,可以采用古典概型方法对混合MMC的可靠性进行评估。最后,通过在Matlab中编程计算验证了所提出的混合MMC坐标变换和可靠性计算方法的有效性。

基于实时数字仿真器的模块化多电平换流器内部故障混合仿真模型3831-3842

摘要：高电压模块化多电平换流器(MMC)中大量子模块级联给实时仿真带来了极大的挑战。通过对桥臂或换流器进行封装等效可以提高MMC仿真系统的计算效率,但高度封装化的模型给换流器内部故障的仿真造成了困难。相比于离线仿真软件,实时数字仿真器(RTDS)对模型计算速度和效率的要求更高,而且由于不能进行插值,对电力电子器件的模拟较为困难。为了兼顾实时仿真对故障仿真功能和模型计算效率的双重需求,该文采用详细等效和简化等效相结合的混合仿真方法,利用CBuilder工具开发了一种适用于RTDS的具备内部故障仿真功能的MMC桥臂混合仿真模型。该模型避免了不同类型仿真模型间一个步长的延时问题,不仅能够快速仿真大规模MMC系统,还能够模拟多种换流器内部故障。在RTDS中搭建单端MMC系统,验证了所提模型的精确性和有效性。

单相级联七电平逆变器拓扑结构及其控制方法3843-3853

摘要：针对传统多电平逆变器结构复杂等问题,提出一种单相级联七电平逆变器拓扑及其控制方式。该逆变器由三电平Boost电路和六开关逆变电路构成,利用三电平Boost电路调节中点电位,使得中间母线电容电压占比为1∶2,为实现七电平输出提供电位条件。相对于传统多电平拓扑,该拓扑使用较少的开关器件,简化了电路结构。由于中间母线电容电压控制效果是系统可靠运行的关键,所以在讨论电路拓扑的运行机理的基础上,建立直流侧电压控制系统数学模型,并据此提出一种电压控制方法,从而实现逆变器控制系统的有效运行。最后,借助系统仿真与实验验证了所提电路拓扑的可行性以及理论分析的正确性。

用于改善电流过零点畸变的Vienna整流器空间矢量调制策略3854-3864

摘要：Vienna整流器在空间矢量调制(SVM)下输入电流过零点会产生畸变,降低电流总谐波畸变率(THD)。本文首先针对采用dq坐标系双环控制下的交错并联Vienna整流器,从SVM等效调制波的角度阐述了Vienna整流器输入电流过零点畸变的原因,并提出一种过零钳位空间调制策略,通过优化输入电流过零点附近扇区内冗余矢量的分配,避免输入电流过零点的畸变,降低了输入电流THD,该策略实施简单,无需额外计算量。其次,分析这种调制策略的适用范围以及对Vienna整流器中点电流、电感电流纹波的影响。结果表明,和传统SVM相比,本文所提方式适用范围广,在抑制电流过零点波形畸变的同时能够减少附近的电流纹波。最后,通过仿真和实验验证了所提调制方式的有效性和理论分析的正确性。

基于电力电子移相变压器的12脉波整流技术3865-3872

摘要：为减小移相变压器的体积,提出一种基于电力电子移相变压器的12脉波整流器拓扑。在该拓扑中,工频交流电压通过电力电子变换器转换成高频电压,后经高频移相变压器进行移相后,进入两组三相二极管整流桥,从而完成整流的功能。分析电力电子移相变压器的工作原理,并给出其尺寸参数;研究高频状态下三相二极管整流桥的工作模态;推导出输入电流和负载电压的数学表达式。仿真和实验均表明,使用该技术后,变压器的体积可减小至工频的1/3以下,同时可保证相同的输入电流质量,且整流装置工作稳定,验证了理论分析的正确性和可行性。

三相无桥功率因数校正器开路故障的快速诊断与定位策略3873-3883

摘要：为了提高三相无桥功率因数校正(PFC)工作时的可靠性与安全性,分析了其开路故障机 理和故障特征,并针对该变换器故障状态种类较多且状态样本稀疏等问题,提出一种基于近邻算 法的无桥变换器开路故障诊断策略。该策略以三相输入电流作为故障特征量,通过坐标变换和相 似性分析对各状态的已知样本进行优化,采用基于标准化曼哈顿距离的 K 最近邻算法进行故障模 式识别。仿真和实验结果显示,该诊断策略能够实现以较高采样速率对无桥变换器进行在线的实 时诊断,诊断的准确率较高,诊断速度较快,且对负载突变、谐波干扰等特殊状态具有一定鲁棒性。

电工技术学报杂志电力系统

连接弱交流电网的VSC-HVDC失稳机理及判据研究3884-3888

摘要：为分析连接弱交流电网的柔性直流输电(VSC-HVDC)系统矢量控制环节与弱交流电网交互作用对系统稳定性的影响,分别建立了电压源换流器(VSC)不同运行方式下连接弱交流电网的VSC-HVDC系统线性化传递函数模型。通过研究线性化传递函数模型开/闭环传递函数的零极点分布,提出了系统失稳的解析判据。同时研究了VSC输出有功功率、无功功率和端电压幅值与注入电网的dq轴电流间的关系,揭示了连接弱交流电网的VSC-HVDC系统失稳机理,得出了失稳判据的物理意义。最后,在PSCAD/EMTDC中搭建了连接弱交流电网的VSC-HVDC系统仿真模型,对理论研究进行了仿真验证。

电池储能电源参与电网一次调频的自适应控制策略3897-3908

摘要：考虑电网频率特性,提出一种基于虚拟惯性和虚拟下垂动态结合的电池储能电源参与 电网一次调频的自适应控制策略。通过分析储能电源虚拟惯性和虚拟下垂两种控制策略对频率特 性的影响,提出一种可随频率偏差值和频率偏差变化率变化而自动调整两种调频模式参与调频的 分配比例系数的模型,此模型可实现这两种控制策略的优势互补,同时可实现两种调频模式的平 滑切换,可有效地避免控制模式直接切换时引起的二次扰动。基于此模型提出电池储能电源参与 电网一次调频的自适应控制策略,结合调频评估指标,确定储能电源的动作深度,进而得出储能 电源的功率和容量配置需求。最后,分别以阶跃扰动工况和连续扰动工况进行验证,并与虚拟下 垂和虚拟惯性直接切换的一次调频控制策略进行对比分析,结果表明所提控制策略能以较小的储 能电源的容量配置来满足调频评估指标要求并达到较好的调频效果,同时可减小传统机组的备用 容量。