电工电能新技术

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韦为，吴艳，李芳，王丽芳，张俊智

电工电能新技术. 2023, 42(5): 1-13. https://doi.org/10.12067/ATEEE2201051

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四旋翼无人机具有较强的非线性特性，容易受到内外部不确定性扰动的影响，因此精准的轨迹跟踪控制成为挑战。本文针对上述问题提出了一种基于改进自抗扰控制和模型预测控制结合的分层控制架构以提高系统的鲁棒性及跟踪精度。首先，基于非线性自抗扰控制设计了外环位置控制器，同时针对自抗扰控制存在的相位滞后问题，设计了相位补偿器；然后基于模型预测控制设计了内环姿态控制器。本文所采用的控制方法不依赖于精确的数学模型，能够在满足系统约束的条件下对给定的轨迹进行精确的跟踪，具有较强的抗干扰能力。通过典型工况的仿真实验表明本文所提控制方法在轨迹跟踪精度上较传统自抗扰控制提升了40%以上，且具有较强的鲁棒性。

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考虑磁滞与谐波特性的开关磁阻电机铁损分析

邹震，陈龙，贲彤，聂恒，井立兵

电工电能新技术. 2023, 42(5): 14-24. https://doi.org/10.12067/ATEEE2211040

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非晶合金开关磁阻电机(SRMA)的双凸极结构和脉冲供电方式决定了电机内磁场分布的非正弦性，并且不同部位磁通密度波形具有较大差别，导致难以准确计算SRMA的铁心损耗。考虑到非正弦激励下铁心损耗难以用传统的Bertotti损耗分离模型进行计算，本文提出一种耦合Play磁滞模型与变修正系数动态损耗模型的SRMA铁损有限元分析方法。首先，构建非晶合金磁特性测量平台，测量了不同工况下的磁滞回线与损耗特性；其次，根据测量得到的准静态磁滞回线对Play磁滞模型进行参数辨识，并用该模型计算SRMA的磁滞损耗；引入与磁通密度和频率相关的变修正系数，对含高次谐波的SRMA铁心动态损耗进行准确计算；最后，将Play磁滞模型与变系数傅里叶分解损耗计算方法应用于SRMA铁心损耗的有限元分析之中，并进行了实验验证。结果表明，所提方法在SRMA铁损计算中具有较高的精度。

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多层绕组盘式横向磁通永磁电机的设计优化

谷爱昱，张登书，龙晓斌，庞城洁，杨铭杰

电工电能新技术. 2023, 42(5): 25-35. https://doi.org/10.12067/ATEEE2208013

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针对双层绕组盘式横向磁通永磁电机(DTFM)所存在的U型定子铁心内周向槽利用不充分、转矩密度和转矩品质较差等问题，本文提出了一种四层绕组DTFM。该电机在外径和槽满率不变的情况下，将U型定子铁心内齿径向向内移动一定距离并添加相应绕组匝数，充分利用了内周向槽，具有定子易加工、转矩密度和功率因数高等优点。首先，将该电机等效为盘式电机并推导功率尺寸方程；其次，对比分析了四层绕组DTFM与双层绕组DTFM的空间磁场强度分布、空载反电动势、转矩密度、转矩品质和功率因数等电磁特性，然后，利用响应面法与多目标粒子群算法相结合的优化策略，实现四层绕组DTFM的输出转矩和齿槽转矩优化；最后，基于多目标优化算法结果试制样机，并进行空载和负载实验分析，验证了所提样机的优越性和设计方法的可行性。

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一种适用于介质阻挡放电型准分子灯的双极性脉冲式供电电源

陈勇权，唐雄民，周泽鑫，林志宏

电工电能新技术. 2023, 42(5): 36-46. https://doi.org/10.12067/ATEEE2205020

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如何为介质阻挡放电(DBD)负载构建结构简单的高性能供电电源一直是DBD应用领域面临的难题。通过利用DBD负载呈容性这一特性，结合DBD负载对激励波形特殊需求的基础上，本文提出了一种适用于DBD负载的双极性脉冲式供电电源。该供电电源仅由一个直流电源、两个功率开关器件、两个二极管和一个升压变压器构成。为了在DBD负载上生成同时具有高上升率、下降率和间歇时间的高频高压双极性脉冲激励，本文设计了该供电电源的工作时序，并进行理论分析和以准分子灯为负载的实验装置来验证供电电源的可行性。实验结果表明，本文构造的供电电源不仅能在准分子灯上生成期望的脉冲激励，而且实现了所有功率开关器件工作在软开关状态。此外，本文构造的供电电源除了具有元器件少的优点，而且能实现准分子灯放电光强线性调节和充分发挥准分子灯性能的特征。

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连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响

祝明智，张亚东，胡元潮

电工电能新技术. 2023, 42(5): 47-56. https://doi.org/10.12067/ATEEE2207028

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脉冲电感线圈可产生脉冲强磁场，可应用于电磁发射、电磁成型、脉冲功率电源等多个领域。线圈通过脉冲大电流，在产生强磁场的同时，由于焦耳热温度会急剧升高，温度过高可能会使线圈发生结构损坏。考虑涡流效应单次放电时电流会集中在导体外表薄层，从而使得局部电阻和温升增高，连续放电时由于线圈存在散热过程，导线温度会重新分布，是否还需要考虑涡流效应对线圈温升的影响，目前没有相关分析。因此，本文针对连续放电下涡流效应对脉冲电感线圈温升的影响，建立了二维电感线圈电磁-热多物理场瞬态耦合传热模型。首先，计算了绝热条件下的导线温升，与理论公式所得导线温升进行对比，验证了仿真所建模型的准确性；然后分析了单次放电时考虑涡流效应与加载均匀电流时电感线圈电流密度以及温升的分布特点，对比了两种加载方式下线圈不同时刻的温升差异；最后对连续放电条件下两种加载方式的线圈温升进行了对比分析，结果表明：1 ms电流峰值时刻考虑涡流效应的线圈存在严重的集肤效应，导线外表面温升最高，20 ms时刻由于温度的累积效应以及导线热传递作用，导线各匝温度分布均匀，与加载均匀电流的导线温升一致；六次放电后，放电间隔分别为6 s与50 s时，考虑涡流比未考虑涡流的导线最高温度分别高0.94 ℃和0.44 ℃，误差分别为0.69％和0.34%，说明涡流效应在连续放电时对线圈温升影响较小。

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基于日负荷曲线的用电模式提取与聚类分析

柳劲松，王颖，熊春晖，雷兴，陆超

电工电能新技术. 2023, 42(5): 57-63. https://doi.org/10.12067/ATEEE2206014

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更新仿真系统负荷模型参数是电力系统负荷建模的一个重要应用，为建立更为准确的负荷模型，分时分区的负荷建模思路是实现仿真系统负荷模型更新的有效途径和方案，本文聚焦负荷的分区建模，以不同类型用电设备日负荷曲线为基础，实现用电模式提取，并以提取所得用电模式为基向量，针对不同负荷节点或区域日负荷曲线进行分解，以分解所得负荷构成系数为聚类属性，实现负荷节点或区域的聚类分析，进而为系统仿真提供指导。基于实际用电数据的仿真结果验证了本文所提思路和方案的有效性。

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基于磁环边界压降特征的直流配电网快速方向元件

闫吉飞，任静，张志华，常仲学，王毅钊，陈锐，宋国兵

电工电能新技术. 2023, 42(5): 64-72. https://doi.org/10.12067/ATEEE2204015

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快速准确判别故障方向对直流配电网故障的快速定位和隔离具有重要意义。本文在线路两侧配置磁环作为线路边界，在此基础上从行波传播的角度推导了正、反方向故障下第二个行波到达前边界元件的电压表达式，分析了正、反方向故障时边界元件的电压差异，提出了基于边界元件电压信息的故障方向判别方法。判别方法不受换流器类型和故障类型的影响，对多分支线结构都能适用。PSCAD仿真验证了该方法能够快速准确判别故障方向，并具有较强的耐过渡电阻能力。

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重复方波电压上升时间对交联聚乙烯电树特性影响研究

黄路，王鹏，朱英伟，陈逸雯， Shakeel Akram，马世金

电工电能新技术. 2023, 42(5): 73-80. https://doi.org/10.12067/ATEEE2204062

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相对于传统燃油推进,全电推进具有低能耗、低噪音、稳定可靠等优势，已成为各国海军未来发展方向。变频驱动系统为全电推进提供核心动力，其安全至关重要。连接电缆位于逆变器和电机之间，是变频驱动系统的重要组成部分，长期承受高频过电压冲击，其绝缘有早期失效的潜在隐患。在电应力下电树产生是电缆绝缘失效的重要原因，研究电力电子应力下电缆绝缘的电树特性具有重要意义。本文在上升时间320~960 ns、峰峰值12 kV、频率5 kHz的重复方波电压下，研究了上升时间对交联聚乙烯电树特性的影响规律。研究表明：重复方波上升时间对交联聚乙烯电树引发特性影响显著，随着上升时间减小，相同时间内电树引发概率和引发长度明显增加,电树形态由丛状和单一的枝状逐渐转变为密集树枝状。其主要原因可能为：在重复方波电压的上升沿和下降沿，方波电压极性反转和介质中空间电荷迁移、恢复具有时间差，会引起背景电场与空间电荷的附加电场正向叠加。研究结果有望为逆变器供电条件下电缆绝缘设计提供实验和理论依据。

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功率复用型高频隔离FDS及其在低压配电台区的应用

李笑霏，肖劲涛，王鹏，纪斌，刘学忠，赵崇滨，姜齐荣

电工电能新技术. 2023, 42(5): 81-87. https://doi.org/10.12067/ATEEE2209040

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目前，柔性多状态开关（FDS）多采用背靠背拓扑，需要工频变压器隔离零序回路，整体占地面积较大且效率偏低。为提升FDS在低压配电台区普及的可行性，本文提出了一种基于高频变压器隔离的功率复用型FDS。首先，介绍了变流器功率复用的基本原理，分析了时分复用方法相比频分复用方法更适合构建高频隔离FDS的原因；其次，阐明了高频隔离FDS的详细拓扑结构，设计了装置各变流器的控制策略，并使用PSCAD仿真初步验证原理；最后，设计算例验证了新型FDS在减少配电台区线损和均衡负载等方面的优势。所提装置与方法为在低压台区配电网中应用FDS提供了新选择。

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基于压缩感知的空间场传感网络优化方法研究

戴睿，任梦婕，尚雯珂，石磊，李宁，丁晖

电工电能新技术. 2023, 42(5): 88-96. https://doi.org/10.12067/ATEEE2204049

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为解决现有空间场传感网络中的传感节点密集、数据冗余和监测响应慢等问题，实现对空间场信息的实时监测，将压缩感知技术引入空间场传感网络优化中。本文提出了对历史数据进行学习的自适应稀疏正交字典的建立方法，通过对稀疏字典的分析改进了传统观测矩阵的建立方法，实现了空间场传感节点布局的最优化；通过聚类方法分析观测数据在字典上的投影系数，获得了空间场正常工作情况下的分布状态曲线，实现了对异常故障点的精准识别。最后，对二源温度场数据进行实验验证，结果表明本文所提出的压缩感知技术可以在完整保留温度场分布特征的前提下，有效降低感知数据的密集程度，并利用稀疏采样的数据，实现对温度场的实时监测和故障识别。该研究对温度场中传感节点高效布置给出了科学指导，避免了空间密集采样的资源浪费，同时也为如何在空间场采样数据欠缺的情况下，精确获取完整的温度场分布提供了新的技术思路。

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中英文目录（2023年第5期）

电工电能新技术. 2023, 42(5): 97-98.

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2023年, 第42卷, 第5期　刊出日期：2023-05-23

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