2022年, 第41卷, 第11期　刊出日期：2022-11-23

  

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论文报告
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  基于扰动补偿的Boost动态滑模控制器设计

  袁臣虎， 孙志伟， 刘晓明， 侯东旭

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 1-8. https://doi.org/10.12067/ATEEE2112030

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  以Boost变换器的大扰动控制为研究对象，针对基于储能函数模型的Boost滑模控制器，在输入电压和负载大扰动时输出存在静态误差的现象，设计一种基于扰动补偿的强鲁棒性动态滑模控制器，根据输入电压和负载的变化方向和变化量进行动态调整储能函数滑模面，提出采用保形分段三次插值方法实现能量补偿，使得调整后的滑模面能够自适应大扰动下的Boost变换器控制需求，并提出将动态滑模面与指数趋近律相结合，使得Boost变换器在有限时间消除静态误差。最后利用Matlab/Simulink进行系统仿真验证，仿真结果表明：采用本文控制方法的系统具有较好的动态响应调节特性和稳态误差调节特性，仿真结果与理论分析吻合。
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  基于DU-PLL的超声波功率源复合频率跟踪控制

  卢倩， 颜文旭， 陈威， 周定法

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 9-16. https://doi.org/10.12067/ATEEE211105

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  高频超声波功率源谐振频率跟踪控制无法同时实现大范围、高精度跟踪是目前工程中普遍存在的一个问题。本文从理论上分析了等效阻抗与谐振频率的关系以及换能器失谐的原因。在此基础上，提出了一种基于PI控制和微分环节锁相环（DU-PLL）相结合的复合频率跟踪控制方法。该方法通过电流采样判断频率失谐范围，当失谐范围小于设定阈值时，直接由DU-PLL进行精确跟踪，当失谐范围超出设定阈值时，则由PI控制进行快速调谐至误差允许范围内，再由DU-PLL进行精确跟踪。Simulink仿真结果表明，本文方法具有很好的动态性能，能够实现高精度的频率跟踪功能。设计了2.5 kW、1.1 MHz的超声波功率源验证提出的控制方法，实验结果表明本文方法能及时调节功率源的工作频率，克服了分布参数的影响，提高了功率源的工作效率。
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  基于交叉熵重要抽样的元件可靠性参数优化解析模型

  李维展， 胡博， 彭吕斌， 林铖嵘， 卢慧， 谢开贵， 曹侃， 周鲲鹏

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 17-27. https://doi.org/10.12067/ATEEE2110015

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  可靠性参数优化问题在其求解过程中，需要对变化的可靠性参数反复进行系统可靠性评估，导致计算效率极低。针对这一问题，本文提出了一种基于交叉熵重要抽样法的元件可靠性参数优化解析模型。首先，基于条件概率推导了考虑元件可用率变化的可靠性指标解析计算模型，通过交叉熵重要抽样法快速求取解析模型系数；其次，将可靠性指标解析模型嵌入到传统可靠性参数优化问题中，实现可靠性参数优化模型的解析表达。所提解析模型在求解过程中只需要执行一次基于交叉熵重要抽样的可靠性评估计算，避免了因可靠性参数变化而需要多次进行可靠性评估的弊端，大幅提高了可靠性参数优化问题的求解效率；最后分别采用RBTS，IEEE-RTS79和IEEE-RTS96系统进行算例分析，验证了本文所提模型和求解算法的正确性和有效性。
综述与述评
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  换流变压器振动噪声问题研究综述

  王栋， 詹振宇， 王伟， 于琨， 律方成， 张壮壮， 郭佳熠

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 28-42. https://doi.org/10.12067/ATEEE2201009

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  随着我国特高压输电工程的不断建设，容量大、电压等级高的换流变压器数量激增，其产生的振动与噪声问题对设备本身及周边环境造成了较大危害，所以换流变压器振动噪声机制及控制问题受到了国内外学者的密切关注。本文从换流变压器振动噪声产生机理、特性、影响因素以及减振降噪措施等方面对国内外研究进展进行综述，归纳了铁心、绕组的振动机理及影响因素；给出了谐波和直流偏磁对铁心、绕组振动的影响；总结了抑制换流变压器振动的有效措施，从振动源和传递路径两方面对减振降噪措施进行了梳理，本文的研究成果对换流变压器的结构优化和减振降噪研究具有重要指导意义。
新技术应用
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  风电并网系统数字孪生及故障态势辨识

  陈厚合， 杨政， 裴玮,

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 43-58. https://doi.org/10.12067/ATEEE2112053

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  随着新能源渗透率迅速增长，风电并网系统规模逐渐增大。本文借助数字孪生(DT)技术与深度学习技术实现了风电并网系统的态势精准辨识。本文基于电磁暂态程序(EMTP)所提方法构建以双馈风力发电机(DFIG)构成的风电并网系统虚拟镜像模型，基于C++多线程并行计算策略进行风电并网系统的超实时镜像计算(MC)；并提出一种面向风电场态势辨识的注意力机制(AM)算法框架。至此，构建了基于机理驱动与数据驱动融合的风电并网系统数字孪生(DT-WPGIS)。为评价数字孪生智能体的辨识性能，本文相应地提出了辨识时延常数(RDC)指标。最后，通过4个算例验证了上述方法在风电并网系统中应用的有效性与可行性。实验结果表明：该方法将传统的离线仿真加速到了超实时高精度仿真，将传统的事后故障分析提速到了微秒级的态势精准辨识，为风电并网系统向数字化与智能化的升级提供了思路。
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  联合剪枝和知识蒸馏的PCSA-YOLOs防振锤缺陷检测算法

  张可, 乐全明， 黄文礼， 黄承沛， 任仰勋

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 59-69. https://doi.org/10.12067/ATEEE2206043

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  准确检测输电线路中防振锤缺陷并及时更换部件是保证电力系统安全运行的重要措施。本文以包含FD、FDZ、FFH、FR四种常见型号防振锤的无人机输电线路图像为研究对象，针对复杂背景下的防振锤形态多样且目标较小的特点，设计了一种端到端的并联型通道-空间注意力模块（PCSA），PCSA-YOLO网络用于锈蚀、缺损和正常等3种防振锤的检测。在YOLOv4基础上，加入改进后的PCSA, 关注复杂背景下防振锤小目标的关键区域，提高防振锤检测的精度。同时联合剪枝和知识蒸馏方法，对每个卷积层后正则化层的缩放因子施加L1正则化，然后根据稀疏后缩放因子的大小设定剪枝率来裁剪低于阈值的通道，达到压缩网络参数量的目的，并采用知识蒸馏策略以弥补网络剪枝造成的准确率下降，最终得到轻量型的防振锤检测网络模型PCSA-YOLOs。实验结果表明，在所构建的无人机输电线路数据集中，PCSA-YOLO的mAP@0.5可达94.0%，相较于YOLOv4提高了3.6%；轻量型PCSA-YOLOs的mAP@0.5可达92.7%，模型参数量为0.8 M，比YOLOv5s的mAP@0.5高出6%左右，模型参数量减少6 M左右，能满足智能巡检实时性的要求。
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  基于改进HHT的直流串联电弧故障检测方法

  卢其威, 李亚松， 苏猛猛， 陈阳

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 70-81. https://doi.org/10.12067/ATEEE2111012

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  在直流供电系统中，串联电弧故障因不易熄灭且检测困难而成为导致电气火灾的重要诱因之一。本文通过对电弧故障发生前后电源输出电压的时频域分析，提出了一种基于改进希尔伯特黄变换（HHT）的直流串联电弧故障检测方法。在方法中首先引入互补集合经验模态分解（CEEMD）对HHT进行改进，采用改进HHT提取在不同负载类型下电源输出电压的故障特征，然后计算固有模态函数IMF1、IMF2和IMF3的模糊熵和该频带范围内的谐波能量和，分别作为识别电弧故障发生的时域和频域特征量，最后利用3σ准则（拉依达准则）进行阈值设定。理论分析和实验结果表明，该检测方法可以准确地识别不同工况下的电弧故障，不受负载突变和开关切换的干扰。并且在一个额定功率为10 kW的小型光伏并网系统中进行了串联电弧故障实验，进一步验证了所提检测方法的可行性和适用性。
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  直流输电线路附近民房平台上直流合成电场的测量影响因素分析

  王延召， 徐吉来， 干喆渊， 张建功

  电工电能新技术. 2022, 41(11): 82-88. https://doi.org/10.12067/ATEEE2112031

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  随着直流输电线路的增加，直流电磁环境越来越接近居民区，加上GB 39220—2020《直流输电工程合成电场限值及其监测方法》的颁布实施，对于民房平台上的电场进行准确测量和评价显得尤为重要。本文首先对不同尺寸场磨的畸变范围进行计算，然后基于实际的民房平台模型计算分析女儿墙高度及其场磨与其相对位置对民房平台上的直流合成电场测量影响，最后对民房平台上直流合成电场进行了实测，验证了计算的准确性，从而为直流输电线路附近民房平台上直流合成电场的准确测量提供参考。
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  电工电能新技术. 2022, 41(11): 89-90.

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