網路首發 |《電工技術學報》2024年2月更新

《電工技術學報》是中國電工技術學會主辦的電氣工程領域綜合性學術期刊，報道基礎理論研究、工程應用等方面具有國際和國內領先水平的學術及科研成果。中國工程院院士馬偉明任《學報》編委會主任，兼《學報》主編。

基於阻抗的新能源接入的受端電網暫態電壓失穩高風險故障快速篩選方法

作者：楊金洲, 李業成, 熊鴻韜, 孔賀, 薛安成

摘要：大規模新能源接入和外地送電的增加,使得受端電網本地傳統發電機無功支撐大大減少,面臨暫態電壓穩定問題,需要快速篩選嚴重故障,以備系統預防控制和安控策略制定。

本文提出了基於節點阻抗矩陣的故障點對電網暫態電壓影響度指標,可用於快速篩選引發電網暫態電壓失穩的關鍵故障點。具體地,首先,介紹了節點阻抗矩陣及其支路追加法;其次,提出了反映節點故障對電網暫態電壓影響程度的指標,可用於快速篩選高風險關鍵故障點;進一步地,結合升階矩陣給出了線路故障點的影響度指標;最後,改進IEEE 39節點系統及某省級電網模擬結果表明,所提指標可以快速篩選出對電網暫態電壓影響顯著的關鍵故障點。

燃弧過程中真空旋轉電弧軌跡追蹤與特性研究

作者：生鑫, 李爭博, 付思, 曹雲東

摘要：控弧的目的是使電弧平穩、快速地離開觸頭表面,從而有利於提高真空開關的開斷能力。不同控弧措施對真空電弧燃弧過程有不同的影響。觸頭旋轉影響真空電弧燃弧期間的弧根狀態,進而改變真空電弧在觸頭表面及觸頭間的運動特性。

本文基於可拆卸式真空滅弧室和非對稱平板觸頭進行了直拉、旋轉分離方式下的電弧拉弧實驗。使用高速攝相機採集燃弧過程中不同分離方式的真空電弧圖像。利用Lucas-Kanade光流法目標追蹤技術對真空電弧標定，追蹤到真空電弧運動軌跡。通過圖像處理技術,得到觸頭不同分離方式下真空電弧運動軌跡和觸頭之間的電弧面積,進而得到電弧特性的演變過程。

分析結果表明,在相同實驗條件下,觸頭旋轉分離加速真空電弧由限制型電弧向擴散型電弧轉變,導致擴散型電弧沿徑向運動範圍增大,使電弧能量儘快消散。

雙並列轉子永磁同步電機轉矩脈動產生機理及抑制

作者：陳陽, 陶大軍, 王立坤, 戈寶軍, 李守鵬

摘要：雙並列轉子永磁同步電機由於部分定子鐵心和繞組的缺失存在較大的轉矩脈動,限制了其在並行對驅類機械裝備中的應用。本文對雙並列轉子永磁電機轉矩脈動產生機理進行了分析,並提出了相應的抑制方法。對比了N-N型、N-S型兩種轉子結構，闡明了N-S型轉子結構的優越性。在此基礎上,開展了轉矩脈動產生機理研究,按照影響因素不同,逐次分析了齒槽效應、端部效應、永磁齒輪效應以及繞組參數不對稱對電機轉矩脈動的作用機理,構建了各個轉矩分量的解析表達式。

通過有限元模型,驗證了理論分析的正確性。針對產生轉矩脈動的不同分量,提出了相應的抑制方法,其中抑制空載轉矩可以通過優化電機的結構參數來實現,抑制紋波轉矩可以通過優化繞組位置分布來實現。搭建樣機試驗平台,驗證了分析模型的準確性。

基於隨機-NH討價還價博弈的光伏-氫儲能多主體分散協同調度

作者：王學傑, 趙會茹, 曹藝瓊, 趙名銳

摘要：將光伏（Photovoltaic， PV）主體與氫儲能（Hydrogen energy storage， HES）主體結合，形成PV-HES聯合系統，是促進可再生能源就地消納，實現能源低碳轉型的有效措施。針對光伏出力隨機干擾及主體互異等問題，提出了PV-HES的分散協同調度模型。首先，基於Nash-Harsanyi討價還價理論建立PV-HES的多主體合作運行模型，並將其等效轉化為電能交易量確定子問題和電能交易成本確定子問題。為了保護各主體隱私,運用改進的交替方向乘子法對上述兩個子問題進行分散式求解。

最後，在一個典型的PV-HES聯合系統中進行算例模擬，以驗證所提分散協同調度模型以及分散式求解演算法的有效性。模擬結果表明氫儲能主體的運營成本分別降低了11.67%和10.48%,光伏運營商的收益提高了15.72%。此外,通過對交替方向乘子法的改進也提高了系統的求解效率。

基於變權屬性矩陣的變壓器零樣本故障診斷技術

作者：雷蕾瀟, 何怡剛, 姚其新, 邢致愷

摘要：針對變壓器油中溶解氣體含量分布的長尾效應引起故障樣本信息缺失,屬於零樣本問題,從而導致故障診斷準確率低的問題,提出一種基於變權屬性矩陣的變壓器零樣本故障診斷技術。

首先，採用改進的高效通道注意力網路-堆棧式自編碼器（Improved Efficient Channel Attention Network-Stack Autoencoder， IECANet-SAE）網路構建特徵提取模塊，自適應地提取油中氣體數據的關鍵特徵信息;其次,利用基於潛在狄利克雷分布的主題建模方法構建變權屬性矩陣;最後，提出基於神經網路的樸素貝葉斯（Neural Naive Bayes， NNB）方法學習已知故障特徵信息與屬性矩陣的空間映射關係，建立零樣本故障診斷模型並依靠模型實現未知故障類型診斷。應用IEC TC 10故障資料庫及典型故障數據對所提方法加以驗證。

試驗結果表明,所提出的方法具有更佳的診斷效果,且在零樣本條件下故障診斷平均準確率高達到83%,平均診斷時間達0.18s。

雙層永磁體結構高速永磁電機轉子渦流損耗解析模型

作者：佟文明, 楊先凱, 鹿吉文, 賈建國, 李文東

摘要：對於採用低電導率護套高電導率永磁體的表貼式高速永磁電機,在永磁體和保護套之間增加一層低電導率的永磁體,可有效降低永磁體上的渦流損耗。目前,對於雙層永磁體轉子結構的電機在使用有限元軟體進行轉子渦流損耗計算時,因為需要尋求兩種永磁體不同厚度配比下的最優方案,所以要進行大量參數化,導致計算時間長、效率低。

針對這一問題,本文基於精確子域法,建立了一個考慮定子開槽以及渦流反作用影響的雙層永磁體結構轉子渦流損耗解析模型,可同時對電樞磁場和負載磁場下雙層永磁體結構轉子渦流損耗進行求解,並且該模型可擴展至多層永磁體複合結構的轉子渦流損耗計算。在此基礎上分析了雙層永磁體結構下外層永磁體不同厚度和不同材料對轉子渦流損耗和內層永磁體消耗量的影響。最後通過有限元模擬和C型鐵心實驗驗證了該解析模型的有效性。

基於自抗擾滑模控制的開關磁阻電機轉矩分配控制策略

作者：李宗霖, 陳昊, 戚湧, 王冠鈞, 戈凱

摘要：針對開關磁阻電機運行時存在的轉矩波動大與外部干擾下電機運行不穩定等問題,本文提出了一種基於自抗擾滑模控制的開關磁阻電機轉矩分配控制策略。由於傳統滑模控制中趨近律採用的符號函數引起系統振蕩頻率高,造成被控對象抖振大,本文採用了新型滑模趨近律,用平滑函數代替符號函數,並引入了狀態變數,同時提升了響應速度和降低抖振;

此外,為了解決開關磁阻電機外部干擾對電機運行帶來的穩定性問題,本文設計了一種自抗擾擴張狀態觀測器,這種觀測器可以實現對負載擾動的實時觀測,將觀測值作為滑模速度控制器的前饋補償,減小電機固有參數不確定對控制系統的影響。最後,通過模擬和實驗驗證了所提出的方案能夠有效改進控制系統在不同工況下的動態性能。

基於基波同步相量的次/超同步振蕩 參數辨識探究：頻譜特性和關鍵問題

作者：張放, 李佳欣, 史靜舒

摘要：大量新能源發電和電力電子設備引起的次同步振蕩（SSO）嚴重影響了電力系統穩定性。基於廣域測量系統（WAMS）和相量測量單元（PMU）提供的基波同步相量辨識次/超同步振蕩參數具有廣域同步和高刷新率的核心優勢，可實現次/超同步振蕩的動態在線監測。本文從基波同步相量在次/超同步振蕩下的複數域頻譜特性出發,綜述並分析了目前已有次/超同步振蕩參數辨識方法的參數辨識特性及關鍵問題。

首先,根據同步相量頻譜分析了頻率辨識範圍、各分量疊加耦合特性以及相位翻轉特性;其次,分析了參數辨識的關鍵問題在於振蕩分量耦合關係、基波分量耦合關係的解耦問題以及頻譜泄漏問題,並圍繞複數域頻譜分析方法分析了在解決以上問題時的三個關鍵難點：針對次/超同步分量的耦合關係有效地辨識超同步分量的問題、不同同步相量採樣頻率下進行參數辨識的適應性問題以及如何處理頻譜泄露從而縮短數據窗長的難題。對此,本文綜述了相應解決方法並展望了未來可能的技術突破點;最後以模擬數據和實際PMU數據的驗證和對比分析驗證了本文觀點。

基於量測數據的新能源電力系統區域等效慣量評估方法

作者：馬燕峰, 李金媛, 王子建, 趙書強, 郭潤生

摘要：新能源發電類型、滲透率及控制方式的不同會影響系統實時慣量,評估慣量水平有助於提高電力系統抗擾動能力。本文在分析風電、光伏的虛擬慣性響應特性及其對系統頻率穩定性影響的基礎上,考慮負荷靜態電壓特性,提出一種基於量測數據的新能源電力系統區域等效慣量實時評估方法。評估結果計及發電機慣量、新能源虛擬慣量和負荷靜態電壓特性的影響。

為了減小因擾動後頻率分布特性造成的誤差,從加權平均數的角度提出頻率採樣點的選取及區域頻率的計算方法,解決了量測數據眾多且獲取困難的問題。通過算例驗證所提方法對傳統電力系統及新能源電力系統區域等效慣量評估均具有可行性和有效性。

無人機17KW電機振動雜訊分析與巡航轉速下尖端雜訊優化

作者：劉棟良, 詹成根, 屈峰, 陳黎君, 史恆

摘要：隨著無人機的迅速發展,雜訊問題影響消費者體驗及AI交互、語音識別等技術,限制了無人機應用潛力。該文針對一台17KW無人機用外轉子永磁同步電機進行研究。為降低電機尖端振動雜訊,且保留原電機電磁性能,重點提出優化磁極和定子開槽的方法。

具體以平均轉矩、轉矩脈動等作為約束條件,構建多目標優化數學模型,並利用混合粒子群優化演算法求解。該文深入探討磁極參數、定子開槽對低階次徑向氣隙磁密空間諧波特徵的影響。並對電機轉子模態模擬,以研究徑向電磁力與空間模態的作用機理。

在多轉速情況下,以巡航轉速為重點,分析整體電機電磁振動雜訊特徵。最後,模擬和實驗結果表明,電機在巡航轉速下的尖端雜訊顯著減小。驗證了優化結構對無人機電機尖端振動雜訊有明顯抑制作用,對解決無人機雜訊問題具有重要意義。