网络首发 |《电工技术学报》2024年2月更新

《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

基于阻抗的新能源接入的受端电网暂态电压失稳高风险故障快速筛选方法

作者：杨金洲, 李业成, 熊鸿韬, 孔贺, 薛安成

摘要：大规模新能源接入和外地送电的增加,使得受端电网本地传统发电机无功支撑大大减少,面临暂态电压稳定问题,需要快速筛选严重故障,以备系统预防控制和安控策略制定。

本文提出了基于节点阻抗矩阵的故障点对电网暂态电压影响度指标,可用于快速筛选引发电网暂态电压失稳的关键故障点。具体地,首先,介绍了节点阻抗矩阵及其支路追加法;其次,提出了反映节点故障对电网暂态电压影响程度的指标,可用于快速筛选高风险关键故障点;进一步地,结合升阶矩阵给出了线路故障点的影响度指标;最后,改进IEEE 39节点系统及某省级电网仿真结果表明,所提指标可以快速筛选出对电网暂态电压影响显著的关键故障点。

燃弧过程中真空旋转电弧轨迹追踪与特性研究

作者：生鑫, 李争博, 付思, 曹云东

摘要：控弧的目的是使电弧平稳、快速地离开触头表面,从而有利于提高真空开关的开断能力。不同控弧措施对真空电弧燃弧过程有不同的影响。触头旋转影响真空电弧燃弧期间的弧根状态,进而改变真空电弧在触头表面及触头间的运动特性。

本文基于可拆卸式真空灭弧室和非对称平板触头进行了直拉、旋转分离方式下的电弧拉弧实验。使用高速摄相机采集燃弧过程中不同分离方式的真空电弧图像。利用Lucas-Kanade光流法目标追踪技术对真空电弧标定，追踪到真空电弧运动轨迹。通过图像处理技术,得到触头不同分离方式下真空电弧运动轨迹和触头之间的电弧面积,进而得到电弧特性的演变过程。

分析结果表明,在相同实验条件下,触头旋转分离加速真空电弧由限制型电弧向扩散型电弧转变,导致扩散型电弧沿径向运动范围增大,使电弧能量尽快消散。

双并列转子永磁同步电机转矩脉动产生机理及抑制

作者：陈阳, 陶大军, 王立坤, 戈宝军, 李守鹏

摘要：双并列转子永磁同步电机由于部分定子铁心和绕组的缺失存在较大的转矩脉动,限制了其在并行对驱类机械装备中的应用。本文对双并列转子永磁电机转矩脉动产生机理进行了分析,并提出了相应的抑制方法。对比了N-N型、N-S型两种转子结构，阐明了N-S型转子结构的优越性。在此基础上,开展了转矩脉动产生机理研究,按照影响因素不同,逐次分析了齿槽效应、端部效应、永磁齿轮效应以及绕组参数不对称对电机转矩脉动的作用机理,构建了各个转矩分量的解析表达式。

通过有限元模型,验证了理论分析的正确性。针对产生转矩脉动的不同分量,提出了相应的抑制方法,其中抑制空载转矩可以通过优化电机的结构参数来实现,抑制纹波转矩可以通过优化绕组位置分布来实现。搭建样机试验平台,验证了分析模型的准确性。

基于随机-NH讨价还价博弈的光伏-氢储能多主体分散协同调度

作者：王学杰, 赵会茹, 曹艺琼, 赵名锐

摘要：将光伏（Photovoltaic， PV）主体与氢储能（Hydrogen energy storage， HES）主体结合，形成PV-HES联合系统，是促进可再生能源就地消纳，实现能源低碳转型的有效措施。针对光伏出力随机干扰及主体互异等问题，提出了PV-HES的分散协同调度模型。首先，基于Nash-Harsanyi讨价还价理论建立PV-HES的多主体合作运行模型，并将其等效转化为电能交易量确定子问题和电能交易成本确定子问题。为了保护各主体隐私,运用改进的交替方向乘子法对上述两个子问题进行分布式求解。

最后，在一个典型的PV-HES联合系统中进行算例仿真，以验证所提分散协同调度模型以及分布式求解算法的有效性。仿真结果表明氢储能主体的运营成本分别降低了11.67%和10.48%,光伏运营商的收益提高了15.72%。此外,通过对交替方向乘子法的改进也提高了系统的求解效率。

基于变权属性矩阵的变压器零样本故障诊断技术

作者：雷蕾潇, 何怡刚, 姚其新, 邢致恺

摘要：针对变压器油中溶解气体含量分布的长尾效应引起故障样本信息缺失,属于零样本问题,从而导致故障诊断准确率低的问题,提出一种基于变权属性矩阵的变压器零样本故障诊断技术。

首先，采用改进的高效通道注意力网络-堆栈式自编码器（Improved Efficient Channel Attention Network-Stack Autoencoder， IECANet-SAE）网络构建特征提取模块，自适应地提取油中气体数据的关键特征信息;其次,利用基于潜在狄利克雷分布的主题建模方法构建变权属性矩阵;最后，提出基于神经网络的朴素贝叶斯（Neural Naive Bayes， NNB）方法学习已知故障特征信息与属性矩阵的空间映射关系，建立零样本故障诊断模型并依靠模型实现未知故障类型诊断。应用IEC TC 10故障数据库及典型故障数据对所提方法加以验证。

试验结果表明,所提出的方法具有更佳的诊断效果,且在零样本条件下故障诊断平均准确率高达到83%,平均诊断时间达0.18s。

双层永磁体结构高速永磁电机转子涡流损耗解析模型

作者：佟文明, 杨先凯, 鹿吉文, 贾建国, 李文东

摘要：对于采用低电导率护套高电导率永磁体的表贴式高速永磁电机,在永磁体和保护套之间增加一层低电导率的永磁体,可有效降低永磁体上的涡流损耗。目前,对于双层永磁体转子结构的电机在使用有限元软件进行转子涡流损耗计算时,因为需要寻求两种永磁体不同厚度配比下的最优方案,所以要进行大量参数化,导致计算时间长、效率低。

针对这一问题,本文基于精确子域法,建立了一个考虑定子开槽以及涡流反作用影响的双层永磁体结构转子涡流损耗解析模型,可同时对电枢磁场和负载磁场下双层永磁体结构转子涡流损耗进行求解,并且该模型可扩展至多层永磁体复合结构的转子涡流损耗计算。在此基础上分析了双层永磁体结构下外层永磁体不同厚度和不同材料对转子涡流损耗和内层永磁体消耗量的影响。最后通过有限元仿真和C型铁心实验验证了该解析模型的有效性。

基于自抗扰滑模控制的开关磁阻电机转矩分配控制策略

作者：李宗霖, 陈昊, 戚涌, 王冠钧, 戈凯

摘要：针对开关磁阻电机运行时存在的转矩波动大与外部干扰下电机运行不稳定等问题,本文提出了一种基于自抗扰滑模控制的开关磁阻电机转矩分配控制策略。由于传统滑模控制中趋近律采用的符号函数引起系统振荡频率高,造成被控对象抖振大,本文采用了新型滑模趋近律,用平滑函数代替符号函数,并引入了状态变量,同时提升了响应速度和降低抖振;

此外,为了解决开关磁阻电机外部干扰对电机运行带来的稳定性问题,本文设计了一种自抗扰扩张状态观测器,这种观测器可以实现对负载扰动的实时观测,将观测值作为滑模速度控制器的前馈补偿,减小电机固有参数不确定对控制系统的影响。最后,通过仿真和实验验证了所提出的方案能够有效改进控制系统在不同工况下的动态性能。

基于基波同步相量的次/超同步振荡 参数辨识探究：频谱特性和关键问题

作者：张放, 李佳欣, 史静舒

摘要：大量新能源发电和电力电子设备引起的次同步振荡（SSO）严重影响了电力系统稳定性。基于广域测量系统（WAMS）和相量测量单元（PMU）提供的基波同步相量辨识次/超同步振荡参数具有广域同步和高刷新率的核心优势，可实现次/超同步振荡的动态在线监测。本文从基波同步相量在次/超同步振荡下的复数域频谱特性出发,综述并分析了目前已有次/超同步振荡参数辨识方法的参数辨识特性及关键问题。

首先,根据同步相量频谱分析了频率辨识范围、各分量叠加耦合特性以及相位翻转特性;其次,分析了参数辨识的关键问题在于振荡分量耦合关系、基波分量耦合关系的解耦问题以及频谱泄漏问题,并围绕复数域频谱分析方法分析了在解决以上问题时的三个关键难点：针对次/超同步分量的耦合关系有效地辨识超同步分量的问题、不同同步相量采样频率下进行参数辨识的适应性问题以及如何处理频谱泄露从而缩短数据窗长的难题。对此,本文综述了相应解决方法并展望了未来可能的技术突破点;最后以仿真数据和实际PMU数据的验证和对比分析验证了本文观点。

基于量测数据的新能源电力系统区域等效惯量评估方法

作者：马燕峰, 李金媛, 王子建, 赵书强, 郭润生

摘要：新能源发电类型、渗透率及控制方式的不同会影响系统实时惯量,评估惯量水平有助于提高电力系统抗扰动能力。本文在分析风电、光伏的虚拟惯性响应特性及其对系统频率稳定性影响的基础上,考虑负荷静态电压特性,提出一种基于量测数据的新能源电力系统区域等效惯量实时评估方法。评估结果计及发电机惯量、新能源虚拟惯量和负荷静态电压特性的影响。

为了减小因扰动后频率分布特性造成的误差,从加权平均数的角度提出频率采样点的选取及区域频率的计算方法,解决了量测数据众多且获取困难的问题。通过算例验证所提方法对传统电力系统及新能源电力系统区域等效惯量评估均具有可行性和有效性。

无人机17KW电机振动噪声分析与巡航转速下尖端噪声优化

作者：刘栋良, 詹成根, 屈峰, 陈黎君, 史恒

摘要：随着无人机的迅速发展,噪声问题影响消费者体验及AI交互、语音识别等技术,限制了无人机应用潜力。该文针对一台17KW无人机用外转子永磁同步电机进行研究。为降低电机尖端振动噪声,且保留原电机电磁性能,重点提出优化磁极和定子开槽的方法。

具体以平均转矩、转矩脉动等作为约束条件,构建多目标优化数学模型,并利用混合粒子群优化算法求解。该文深入探讨磁极参数、定子开槽对低阶次径向气隙磁密空间谐波特征的影响。并对电机转子模态仿真,以研究径向电磁力与空间模态的作用机理。

在多转速情况下,以巡航转速为重点,分析整体电机电磁振动噪声特征。最后,仿真和实验结果表明,电机在巡航转速下的尖端噪声显著减小。验证了优化结构对无人机电机尖端振动噪声有明显抑制作用,对解决无人机噪声问题具有重要意义。