电工电能新技术

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周孝信

电工电能新技术. 2015, 34(5): 1-7.

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随着经济的高速发展，我国的电力需求在中长期将会持续增长，同时，我国主要的发电资源与负荷中心在地理上的分布极不均衡，这将会对未来电网的输电和电网技术带来重大挑战。本文在简述我国中长期（2030~2050年）可能存在的能源电力供需情景、输电模式的基础上，对常规输电方式面临的挑战进行了分析。基于此，结合国内外高温超导输电技术发展和示范应用情况，分析了我国未来电网对超导技术的需求，同时提出了进一步发展超导技术的相关建议。

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碳化硅MOSFET桥臂电路串扰抑制方法

钟志远，秦海鸿，袁源，朱梓悦，谢昊天

电工电能新技术. 2015, 34(5): 8-12.

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与硅MOSFET相比，碳化硅MOSFET更加有利于满足变换器高效率、高功率密度和高可靠性的发展要求。然而在桥臂电路中，上下管之间的串扰问题严重限制了碳化硅MOSFET性能优势的发挥。本文在分析了串扰问题产生机理的基础上，采用了一种改进的基于PNP三极管的有源密勒箝位方法，对串扰进行了有效抑制，并搭建了双脉冲测试平台进行实验验证。实验结果表明，改进的方法能够获得较好的串扰抑制效果，对碳化硅 MOSFET的驱动电路设计具有一定指导意义。

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磁集成Buck变换器在超级电容充电系统中的建模

荣德生，陈淑涵，李洪珠，王旭生

电工电能新技术. 2015, 34(5): 13-17.

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同步整流Buck变换器广泛应用于低压充电场合，变换器中采用的交错并联磁集成技术能够有效地减小电感电流纹波，增加变换功率，提高变换器的工作可靠性，同时提高系统的动态响应速度。在超级电容充电阶段，采用状态空间平均法，推导了三相交错并联磁集成同步整流Buck变换器在电流连续模式（CCM）下的大信号和小信号模型，得到了系统开环传递函数。利用Matlab仿真软件得到整个系统开环幅频和相频特性曲线，并以此为依据优化设计控制器的补偿网络以提高系统的稳定性和瞬态响应速度，最后通过仿真和实验进行了验证。

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ZVS双向DC-DC变换器在超级电容能量回收中的研究

李洪珠，马文涛，孙双元

电工电能新技术. 2015, 34(5): 18-23.

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针对超级电容器能量回收系统采用硬开关电路存在损耗大的问题，研究了一种基于谐振的双向DC-DC软开关拓扑结构，该拓扑使用四个功率开关管实现功率双向流动，通过开关管的零电压（ZVS）导通，减小了开关损耗。分析了变换器在Buck和Boost模式下的工作模态，并推导了稳态工作时的基本方程。建立了20V/100V、240W双向DC-DC变换器的仿真模型，研制了实验样机，对变换器的工作模式进行了仿真和实验，仿真和实验结果表明变换器的效率可达到95%以上。

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模块组合式交流电机定子分块规则与不等跨距绕组研究

张炳义，贾宇琪，陈其雨，何功飞, 冯桂宏

电工电能新技术. 2015, 34(5): 24-29.

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低速大功率交流电机是指转速低于500r/min、功率在兆瓦级以上的电机，主要应用在大型水轮发电机、永磁同步风力发电机以及大型矿井提升直驱和大型船舶主推进等场合，在国民经济中占有重要的位置。针对其传统制造过程中存在的加工、装配和维护困难等问题，提出了一种新型模块组合式定子结构。在研究定子分块规则的基础上，通过计算每极每相槽数q不同时定子独立模块所需最小槽数，以及对应情况下的绕组分布系数、短距系数和削弱谐波次数，从绕组利用率和削弱谐波能力方面总结出了对于该种电机而言每极每相槽数q的选取方法。最后搭建试验台，对样机进行了实验，实验结果表明了分块规律的正确性以及模块组合式定子结构的可行性，为进一步研究奠定了基础。

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二自由度行波型超声波电机定子的优化研究

傅平，胡锡幸，郭吉丰

电工电能新技术. 2015, 34(5): 30-34.

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本文从二自由度行波型超声波电机的驱动机理和基本结构出发，对定子结构进行了分析和介绍，利用所建立的有限元模型进行定子振动的模态分析。然后以电机定子表面点的振幅最大化为优化条件，对定子的结构进行优化。接着用ANSYS软件对定子进行不同倾角下的模态分析，得到定子谐振频率和倾角的关系。最后结合所设计的定子使用激光测振系统进行测试，用于确定最佳的定子倾角。测试结果表明，优化的定子使得定子表面点的振幅较大。

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脉冲方波激励下的无线电能传输仿真与实验

宋显锦, 刘国强, 张超, 张瑞华, 徐小宇

电工电能新技术. 2015, 34(5): 35-40.

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磁谐振式无线电能传输技术是基于谐振耦合现象利用近区磁场进行非辐射性、中距离输电的新技术。自MIT发表基于磁谐振的无线电能传输实验论文以来，各国学者相继进行了大量研究。许多结果都基于正弦交变电流作激励，以此分析计算线圈的耦合特性，计算耦合电压和功率。脉冲电流也可以产生交变磁场，脉冲激励下的无线电能传输有其自身的特性。本文分析了脉冲激励下的电路响应过程及谐振耦合机理，其耦合过程也是一种正弦波耦合，由场路耦合仿真分析和实验验证可知，与正弦激励相比，用脉冲方波作激励负载可获得较大的传输电压，此方式也可实现有效的无线电能传输。

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考虑云量和气溶胶不确定性的太阳辐射值预测

赵书强，王明雨，胡永强，刘晨亮

电工电能新技术. 2015, 34(5): 41-46.

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太阳辐射是对光伏出力影响最大的因素，目前的预测方法不能充分考虑各个影响因素的不确定性。为了更加有效地预测光伏出力，本文提出了基于不确定理论和无云天气REST模型的太阳辐射值预测模型。该模型利用不确定理论分析了云遮系数和气溶胶光学厚度(Aerosol Optical Depth，AOD)所具有的随机性和模糊性，用随机模糊模拟算法对两个参数进行随机模糊化处理，得到不同云量下的云遮系数期望值和不同空气质量等级下的AOD期望值，根据数值天气预报对云量和空气质量等级的预报值来选取相应的期望值，利用云遮系数模型得到太阳辐射的预测值。以美国BMS光伏电站的数据作为算例，验证了模型的有效性。预测结果表明，综合考虑云量和气溶胶光学厚度不确定性的模型与只考虑云量的模型相比，前者的预测结果较好，适用于不同云量、不同空气质量等级的天气。

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基于油纸绝缘等效电路的变压器微水含量研究

陈杨，蔡金锭，林燕桢

电工电能新技术. 2015, 34(5): 47-53.

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水分会严重危害变压器油纸绝缘系统的绝缘性能，因此准确诊断变压器中的微水含量，对分析变压器的老化受潮状态具有重要意义。本文通过应用油纸绝缘变压器弛豫响应等效电路及回复电压极化谱特征量，结合改进粒子群算法对等效电路参数进行有效辨析，进一步探讨了微水含量与油纸绝缘等效电路参数之间的关系，得出了大时间常数支路的弛豫时间越大，则变压器微水含量越少的重要结论。同时结合分析比较绝缘电阻、极化电阻以及极化电容的变化规律来辅助判断变压器的受潮情况。最后，通过现场测试的实例验证了这一结论的正确性。

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典型调节方式下串联谐振供电的DBD型臭氧发生器负载调节特性研究

唐雄民，余亚东，李思琪，严其林

电工电能新技术. 2015, 34(5): 54-58.

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利用介质阻挡放电型(Dielectric Barrier Discharge，DBD)臭氧发生器的线性化等效电路，得出了串联谐振供电下DBD型臭氧发生器系统电路模型，并利用电路模型推导了DBD型臭氧发生电路的约束方程。基于这些约束方程对DBD型臭氧发生器在PFM（Pulse Frequency Modulation）、PAM（Pulse Amplitude Modulation）和CLI（Change Load Impedance）三种典型调节方式下的负载调节特性进行了理论分析和实验验证。理论分析和实验结果表明，在PAM调节方式下，DBD型臭氧发生器负载调节特性具有良好的线性特性，能实现DBD型臭氧发生器放电功率的平滑调节,是一种较为理想的调节方式。

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单管无线电能传输系统主电路参数的优化设计

王春芳, 齐飞，陈杰民, 李聃，孙会

电工电能新技术. 2015, 34(5): 59-62.

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常见的单管逆变电路只能在开关管开通或关断期间实现能量传输。本文提出了一种单管感应耦合式电能传输系统，该系统不仅可以实现零电压开通和零电压关断，而且在两种开关状态下都能传递能量。为了使该设计方案能够高效、稳定地传输能量，给出一种基于电压传输特性的主电路参数设计方法。在对主电路进行动态分析的基础上，对其谐振网路进行了等效变换，得出系统的电压增益函数。在优化原副边谐振频率的过程中得出了开关管实现ZVS的条件和系统实现最大电压增益的参数配置。完成了系统全局最优设计。最后通过仿真和实验验证了设计的正确性。

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电力系统BPA与PSS/E潮流数据转换研究

国建宝，李兴源，李宽，王峰

电工电能新技术. 2015, 34(5): 63-69.

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中国电力科学研究院引进开发的BPA仿真程序及德国西门子公司开发的PSS/E电力仿真程序，在电力系统数字仿真中得到了广泛应用。PSS/E仿真程序以其强大的仿真计算功能得到国内许多研究机构青睐，完成BPA程序到PSS/E程序数据的转换具有实际工程意义。本文采用Fortran语言编写转换程序，并以IEEE300节点纯交流输电系统、IEEE四机两区域交直流并联模型以及南网2013丰大系统模型作为实际仿真算例。仿真结果表明，本文提出的转换思路能有效完成BPA到PSS/E潮流数据的转换。

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改进ACO算法优化的PI控制器在直流输电控制中的应用

王振浩，郭顺楠，黄延青

电工电能新技术. 2015, 34(5): 70-75.

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为了实现对高压直流输电系统PI控制器参数的优化，本文提出了一种针对信息素挥发因子的改进策略以克服蚁群算法易陷于局部最优解的缺陷。改进后的蚁群算法能够根据优化进程自适应地调整信息素挥发因子，在保持较高的收敛速度的情况下提高算法的全局搜索能力。文中基于改进的蚁群算法给出了一种系统化的直流输电PI控制器参数优化方法。根据实际工程参数搭建仿真模型，进行仿真计算，证明了方法的有效性和可行性。

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等温松弛法在三元乙丙橡胶绝缘电缆连接器的老化评估中的应用研究

高树国，朱永华，吴长顺，吴建东，尹毅

电工电能新技术. 2015, 34(5): 76-80.

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本文采用等温松弛电流法测量了不同老化程度的电缆连接器绝缘的等温松弛电流，建立了基于界面极化理论的等温松弛电流模型，分析了老化引起的缺陷对总体的松弛电流的影响，定义了表征电缆连接器绝缘老化程度的参数——老化因子A，并且计算了不同老化程度的电缆连接器绝缘的老化因子。结果表明随着老化时间的增加，老化因子值也在增加。另外，基于ASTM E698标准测量了活化能，结果表明随着老化时间的增加，活化能减小，这与老化因子之间存在良好的对应关系，表明等温松弛电流法可对电缆连接器的绝缘老化程度进行有效评估。

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2015年, 第34卷, 第5期　刊出日期：2015-05-20

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