2023年, 第42卷, 第10期　刊出日期：2023-10-23

  

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论文报告
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  永磁轨道磁场不平顺对YBCO高温超导块材温升行为的影响

  全思懿, 郑珺, 陈楠, 雷武阳

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 1-13. https://doi.org/10.12067/ATEEE2207001

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  永磁轨道磁场不平顺激扰下YBCO高温超导块材的内在动态温升行为对高温超导钉扎磁浮热稳定性及列车运行可靠性研究具有重要意义。本文基于自主研制的超导磁浮动态测试装置SCML-03搭建了超导块材温升检测平台，研究了不同运行工况时永磁轨道磁场不平顺激励下YBCO块材内部温升行为规律。实验表明，在不同速度磁轨磁场不平顺的动轨条件下，YBCO块材内部温度均表现出先快速升高而后逐渐趋于稳定的趋势，YBCO块材内部关键点的温升在0~3 K范围内波动；此外建立了永磁体磁化强度与空间磁场的数学关系，实现了对真实永磁轨道磁场波动的模拟，基于Comsol Multiphysics有限元软件构建了真实动轨磁场不平顺下高温超导块材电磁-热-力多物理场耦合仿真模型。实验对比验证了磁轨磁场不平顺模拟方法和多场耦合模型的有效性，为下一步研究高温超导钉扎磁浮磁轨不平顺设计限值标准提供了前期基础。
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  高速磁浮列车长定子直线同步电机铁耗分析

  马金虎, 卢琴芬, 李焱鑫

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 14-25. https://doi.org/10.12067/ATEEE2211017

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  常导高速磁浮列车采用长定子直线同步电机（LLSM）驱动，其定动子铁耗与运行速度紧密相关，准确计算铁耗并分析其影响因素对更高运行速度的磁浮列车非常重要，本文基于有限元分析了LLSM的铁耗。根据磁场特性为LLSM建立了三种仿真模型，分别计算没有被动子覆盖区域的定子铁心磁场和被动子覆盖区域端部、中间的定动子铁心磁场，采用快速傅里叶变换得到了磁通密度基波和高次谐波分量；基于通用铁耗分立计算模型计算了各次磁通密度分量产生的铁耗，再根据叠加原理把三个区域磁通密度分量产生的铁耗相加就可以计算得到一段1.2 km长定子下LLSM的铁耗；对比不同速度下的铁耗得到了运行速度对铁耗的影响规律，同时也分析了铁心材料对铁耗的影响。结果表明，长定子铁耗主要由磁通密度的基波和5次、7次谐波产生，而动子铁耗则主要由齿槽效应引起的6次谐波磁通密度产生，两部分铁耗都随着运行速度的提高而快速增大。
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  电网对称短路故障下双馈风电系统同步稳定分析及致稳控制策略

  王聪博, 余越, 黄森, 裴金鑫, 王剑锋, 姚骏

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 26-34. https://doi.org/10.12067/ATEEE2302015

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  双馈感应风力发电机（DFIG）在三相对称短路故障下极易与电网失去同步。研究双馈风电发电系统的同步稳定机理及其同步致稳控制策略是确保系统遭受大扰动后依然可以保持安全稳定运行的关键。为此，本文以双馈风机为研究对象，通过解析法揭示了DFIG系统大/小信号同步失稳机理及稳定边界，得到了系统的同步稳定运行区域，从而进一步完善了DFIG系统同步稳定判据。在此基础上，本文提出了一种虚拟负电阻控制策略，可有效提高风电机组的同步稳定性。
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  锂离子电池在高脉冲工况下老化机理的分析与研究

  康健强, 龚智超, 钱春虎, 王菁, 朱国荣

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 35-45. https://doi.org/10.12067/ATEEE2207045

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  随着性能的不断提高，锂离子电池也开始应用到高能器件上，通常要求电池频繁做大电流脉冲放电。然而当前学术界对电池老化的研究只关注循环充、放电工况或其他车用工况，对高脉冲工况缺少研究。本文旨在研究高脉冲工况下锂离子电池老化特性及规律。在循环工况实验过程中，通过电性能测试，即容量测试、混合脉冲功率特性测试和容量增量测试，分析锂离子电池的老化特征。结果表明，相对于1 C循环老化工况，高倍率脉冲放电工况下的电池容量衰减更快，至480周循环容量衰退率就达到21.8%。内阻增加同样表现得迅速，480周循环极化内阻与欧姆内阻增长率分别达到85.0%与141.3%，是1 C循环工况电池的数十倍。同样IC/DV曲线变化也更加明显。
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  石墨纤维附着及临近绝缘子的异常侵害机理研究

  倪蕾钰, 金海峰, 谭文龙, 韩起, 金立军

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 46-54. https://doi.org/10.12067/ATEEE2210027

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  绝缘子是电网中应用最广的绝缘设备之一，户外运行要承受污秽、鸟害、冰雪、异物附着等异常侵害。石墨纤维作为异物中一种，可用于制备专门攻击电气设备外绝缘的软杀伤武器石墨炸弹。为研究石墨纤维附着及临近绝缘子的异常侵害机理，本文建立了棒形悬式复合绝缘子有限元三维仿真模型，分析了石墨纤维对绝缘子电场分布的影响，在此基础上设计了石墨纤维侵害绝缘子的高压试验装置，并通过高压在线试验，模拟绝缘子实际运行时受到异常侵害的情况。通过高速摄像机、紫外成像仪和红外热像仪观测石墨纤维影响绝缘子性能的宏观与微观过程，结合仿真与试验结果得到石墨纤维临近及附着绝缘子的放电机制，并研究石墨纤维参数对绝缘子耐压水平的影响。
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  基于ISSA与GRU分位数回归的风电功率概率密度预测

  丰胜成, 郭继成, 付华, 管智峰, 周文铮

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 55-65. https://doi.org/10.12067/ATEEE2203037

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  针对风电功率点预测无法对风电功率时序的不确定性进行风险评估的问题，本文提出了基于变分模态分解结合改进的松鼠算法优化门控循环单元（GRU）分位数回归的短期风电功率概率密度预测方法。采用变分模态分解降低数据样本训练的复杂程度，利用折射反向学习策略和加入惯性权重基于箕舌线调整的方法对松鼠算法进行改进，通过改进的松鼠算法对GRU分位数回归的超参数进行寻优，获取改进后的松鼠算法优化GRU分位数回归的风电功率概率密度模型。结果表明，得到改进的模型对比初始模型具有更高的精度和效率，均方根误差、平均绝对误差评价指标分别为0.775 7 MW和0.619 6 MW。用调优后的模型预测不同分位点下的风电功率，并通过核密度估计法获得风电功率的概率密度函数。最后，利用中国实际风电场的实际运行数据对提出的理论和方法进行了实验研究。
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  基于支持向量回归代理模型的STATCOM协同规划方法

  沈玉明, 吴晓鸣, 冯沛儒, 凌孺, 许晓龙, 罗永捷, 池源

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 66-73. https://doi.org/10.12067/ATEEE2207043

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  在新型电力系统中，STATCOM容量的合理配置是电压稳定性提升的关键。本文提出了一种基于支持向量回归代理模型的STATCOM协同规划方法。首先，为了更好地评价短期电压稳定水平，引入了惩罚机制；然后，为了减少计算时间同时保证精度，以时域仿真结果作为训练数据，并据此选择误差最小的核函数构建了基于支持向量回归的代理模型，最后结合代理模型和非支配遗传算法实现了STATCOM的容量优化配置。在PSS/E和Matlab中对IEEE39节点系统的联合仿真结果验证了所提方法的可行性。
新技术应用
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  双向串联谐振变换器固定载频积-移相控制策略

  包浚炀, 李勇, 段善旭

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 74-83. https://doi.org/10.12067/ATEEE2211004

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  串联谐振变换器由于其高效率、低电磁干扰等优良性能，在新能源系统中得到了广泛的应用。针对传统双向谐振变换器增益范围较窄、双向工作模式切换困难的问题，本文提出了一种双向串联谐振变换器固定载频积-移相控制策略。该控制策略采用变频移相调制方式，维持品质因数与频率相关变量的乘积为优化选取的固定值，实现了变换器所有开关管的零电压开通，并通过改变副边全桥相对于原边全桥的移相角实现宽范围的双向电压增益调节。通过对载频积参数的优化设计，抑制了谐振腔环流能量，提高了变换器的效率。此外，控制策略可以实现双向工作模式的自动切换，切换过程快速、平滑，适用于能量双向流动的储能系统应用场合。最后搭建了原边电压340 V、副边电压52 V、额定功率2 kW的实验样机，验证了控制策略的可行性和优越性。
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  基于油中溶解气体分析的ISSA优化LSSVM变压器故障诊断研究

  李雷军, 吴超, 付华, 齐致, 王久阳

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 84-94. https://doi.org/10.12067/ATEEE2205035

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  为了提升变压器故障诊断的准确率，提出一种基于等规度映射(Isomap)与改进樽海鞘群算法(ISSA)优化最小二乘支持向量机(LSSVM)的变压器故障诊断方法。首先，基于油中溶解气体分析技术，构建14种能够反映变压器运行状态的故障特征，并结合Isomap对样本数据进行维数约减，消除变量信息之间的冗余数据；然后结合半数均匀初始化、混合反向学习策略和非线性递减权重因子策略对樽海鞘群算法(SSA)进行改进，并通过5个基准测试函数与原始SSA、粒子群算法（PSO）、正弦余弦算法（SCA）进行对比，证明其寻优能力和分类精度均有较大提高；最后用ISSA算法动态寻优LSSVM的惩罚参数γ和核函数参数σ，获取基于Isomap与ISSA-LSSVM相结合的故障诊断模型，并与PSO-LSSVM、SSA-LSSVM、SCA-LSSVM做对比实验，诊断精度分别为90.83％、81.67％、83.33％、80％。结果证明，所提方法能够有效地增强变压器故障诊断的性能。
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  基于RBF和TFT的自适应宽频振荡监测方法

  项颂, 苏鹏, 吴晓丹, 王杨, 蒋小龙

  电工电能新技术. 2023, 42(10): 95-104. https://doi.org/10.12067/ATEEE2208061

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  近年来，随着可再生能源的大力发展，电力电子设备的渗透率越来越高，电力系统的振荡特性逐渐呈现出宽频化特征，而现有的广域监测系统(WAMS)面向工频分量，难以满足宽频振荡监测、控制、保护的需求。为此，本文提出了一种基于径向基(RBF)神经网络和泰勒傅里叶变换(TFT)的宽频振荡监测方法，实现了宽频振荡信号的精确估计。首先，利用离散傅里叶变换(DFT)进行初步估计，然后采用TFT精确计算宽频振荡信号的参数。为降低TFT算法的计算量，本文将RBF神经网络用于噪声强度估计，根据噪声大小自适应确定数据窗长。最后，对大量仿真数据及河北沽源和新疆哈密的实测振荡数据进行了验证，结果表明即使在噪声较大时，RBF神经网络的拟合效果也十分出色，文中方法的精确性仍然较高，因此，有望在未来应用于工程实际中。
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  电工电能新技术. 2023, 42(10): 105-106.

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