由于高速磁悬浮列车的诸多优点，世界许多国家都在积极进行研究，目前以德、日两国技术较为成熟，同时美国、瑞士等国也有几种磁悬浮列车方案正在研究发展中。因此，对这几个国家的典型方案进行研究分析对我国的磁悬浮列车技术发展有很大的借鉴作用。本文介绍了德国的Transrapid磁浮列车、日本MLU系列、美国的Magplane等高速磁悬浮列车方案，并从原理、车辆、道岔、造价等方面对这几种方案进行了比较，通过对各方案优缺点的综合分析，可以看出德国方案比较成熟。

高磁场对科学技术的发展具有极其重要的作用，它孕育着许多重大的科学发现和新技术的产生。超高磁场的产生和应用研究对极端条件科学设施、生物医学工程、国防特种装备、高精度的科学仪器以及农业应用都具有重要的意义。目前世界上许多研究机构和实验室开展了基于高温超导带材绕制高场直流超导磁体的项目。本文以高场超导磁体领域几个主要的研究机构为对象，主要介绍其在全超导高场磁体方面进行的研究工作，包括设计方案、技术特点和最新的研究进展，并对高场超导磁体的主要应用进行简要介绍。

超级电容器是近几十年发展起来的一种新型储能器件，具有功率密度大、循环寿命长、低温性能好等特点，已在电力、交通、工业等领域得到了广泛的应用。本文介绍了超级电容器的种类和基本原理，以及近年来国内外超级电容器产业的发展和市场现状。随后对超级电容器的主要应用领域及其现状进行了综述。最后针对超级电容器能量密度相对偏低的缺点，提出了相关的研究和发展建议。

该文综述了以风力发电为代表的新能源电力系统中储能技术的研究现状。首先讨论储能技术对含高比例风电电力系统的重要意义；其次系统地比较目前各种储能技术的研究进展，其中阐述了多种储能技术的原理，分析了各种储能技术的特性，总结了不同储能技术的优点和存在的主要问题及其应用范围。然后针对新能源电力系统，采用多种储能技术协调配合的、具有大容量、快响应能力的复合多元的综合储能技术。最后指出优化配置多种储能电源是有待深入研究的课题。

为研究IEC安全火花试验装置短路放电的击穿放电机制，针对室温1atm下不同浓度的甲烷空气混合气体，对几百微米～几毫米范围内的击穿实验进行了设计。分析表明对于不同浓度甲烷空气混合气体，击穿电压与电极间距的关系曲线均呈现马鞍形；室温1atm下85%甲烷空气混合气体在几百微米～几毫米间隙范围内的最低击穿电压表明试验装置的电容短路放电过程在巴申定律的适用范围之外且其临界击穿间距在几百微米以下。可见，该放电过程中间隙内的碰撞电离效应并不突出，阴极电子发射是其击穿放电的主导机制，该放电过程类似真空放电，通过安全火花试验装置得出不同介质环境的电容电路短路放电波形对此进行了验证。

随着电动汽车的快速发展，锂离子电池得到了广泛应用，而锂离子电池的安全问题是电动汽车发展的基础。文中针对锂离子电池热失控的研究展开了全面综述。首先概述了电池在不同原因下引发的热失控，其中电池内部短路以及电池过充电是引发热失控的主要原因。同时重点总结了电池的整个热失控过程，包括单体电池的热失控机理以及热失控在电池组内的扩散。在此基础上从三个方面分别总结了提高锂离子电池安全性的方式，包括改善电池材料的温度特性、完善电池组散热系统的散热能力以及优化电池安全在线检测诊断与预警功能。最后总结了现有电池安全性研究的不足和未来研究方向，旨在对未来的电池安全研究提供参考。

电力大数据的处理离不开大数据技术的支持，如何存储电力大数据并从中挖掘出有价值的信息来促进电网的发展是当前的研究热点。本文首先从数据存储方式和数据检索功能两方面对图数据库Neo4j进行详细介绍；然后提出基于Neo4j构建电网的全景数据库，根据电力网络拓扑建立设备映射表，将目前电网中分散、隔离的海量数据有序地整合起来，同时利用Neo4j自身封装的图论算法提出基于图论的电力数据聚类分析方法；最后基于Neo4j数据库分析了两个具体的算例，对Neo4j数据库的信息检索性能和数据聚类分析功能进行了测试。

发射、接收装置是实现无线能量传输的核心部分。本文从磁场的角度对发射与接收天线的转换效率进行分析，得到了天线的参数与效率之间的关系，从而可以有目的性地对天线的参数进行选择，以达到最优效果的传输。最后搭建实验平台，改变天线的参数，通过实验验证理论的分析。理论及实验表明发射、接收线圈的匝数及线圈半径的大小对传输效率有重要的影响。

风速分布模型是用于风电场资源评估、风电场规划与建设以及发电系统可靠性评估等方面不可缺少的数学基础。本文主要综述了反映中长周期的风速分布特性的数学模型，如伽马分布、对数正态分布、瑞利分布、威布尔分布和Burr分布；并以威布尔分布为例，介绍了常用的各种参数估计方法。文中分析比较了各种方法的优缺点，并对今后风电场风速分布模型的研究进行了展望.

模块化多电平变换器作为一种新型的多电平拓扑，因为适用于电压源换流型直流输电场合而得到了广泛研究。本文介绍了模块化多电平变换器的拓扑结构和工作原理，并对常用于模块化多电平变换器拓扑的载波移相、最近电平逼近和载波层叠调制策略以及相应的电容电压平衡算法进行了分析，并在PSCAD/EMTDC下搭建了31电平的模块化多电平变换器仿真模型，分别实现了三种调制策略及其电容电压平衡算法，比较了不同调制策略在电压谐波、电容电压平衡、开关频率等方面的表现，并给出了不同调制策略的特点。

储能是促进可再生能源消纳和提升电网韧性的重要手段，而储能成本是决定储能技术应用和产业发展规模的重要参数。本文针对典型的容量型和功率型储能应用场景，结合产业调研数据和储能全生命周期技术分析，对储能度电成本和里程成本进行测算。结果表明，电化学储能目前的度电成本大致在0.6～0.9元/(kW·h)，距离规模应用的目标成本0.3～0.4元/(kW·h)还有相当的差距。因此，储能技术的发展需要围绕“低成本、长寿命、高安全和易回收”的目标，在综合考虑系统制造、系统寿命、系统安全和回收再生的基础上，开发变革性的储能技术和产品。本文工作对于构建市场导向的绿色储能技术创新体系具有重要参考意义。

对储能系统中的隔离型双向DC-DC变换器进行了较为全面的调研。首先介绍了储能系统的研究发展背景和其对高效率高功率密度隔离型双向DC-DC变换器的要求，然后对近年来隔离型双向DC-DC变换器的国内外研究现状进行了综述，并着重对CLLC谐振变换器和双有源桥（DAB）变换器的分析方法和控制技术进行了比较分析。CLLC谐振变换器和DAB变换器都适合于未来大规模储能系统的应用需要，其中DAB变换器技术已经趋于更加成熟，有望率先实现规模化应用，CLLC谐振变换器则在中小功率范围内更具效率、功率密度的优势，随着设计技术和制造工艺的不断进步，其应用前景也十分广阔。

采用 LCL 滤波器代替 L 滤波器对入网电流进行滤波已成为变换器并网的趋势，相对于 L 滤波器，LCL 滤波器具有成本低，体积小，整流器动态响应快等优点。然而，目前关于 LCL 滤波器的研究都是针对两电平变换器进行的，对多电平变换器鲜有涉及。本文以三电平PWM 整流器为研究对象，提出了适用于三电平PWM 整流器 LCL 滤波器的设计方法，并通过 Simulink 仿真和实验验证了滤波器的优良性能。

以前级Boost、后级全桥逆变器的两级式光伏并网逆变器为例，研究其损耗的计算方法，推导出用于损耗分析计算的公式。分析表明两级式光伏并网逆变器的损耗与其中间母线电压关系密切，中间母线电压的选择直接影响开关管、二极管、电感的损耗，最终影响变换器效率。利用损耗公式，对各器件的具体损耗数值进行详细计算。提出前级采用最大功率点跟踪算法搜寻阵列最大功率点，后级采用最大效率点跟踪算法在线搜寻最大效率点的三环控制策略。搭建实验样机，实验结果表明损耗分析模型和最大效率点跟踪策略的正确性和可行性。

根据损耗统计理论，铁磁性材料的损耗可分解为磁滞损耗、涡流损耗和剩余损耗。本文提出一种考虑铁磁材料磁滞特性和集肤效应对其涡流损耗影响的新方法。该方法基于矢量磁位A，耦合了Preisach磁滞模型与时域有限元方程来计算铁磁材料的磁滞损耗和涡流损耗，并采用固定点技术，引入微分磁阻率，加快了有限元方程解的收敛速度。同时，为了解决剩余损耗统计参数提取困难的问题，本文提出用有理函数来拟合剩余损耗统计参数以计算铁磁材料的剩余损耗。最后，对比了仿真结果与实验测量数据，结果显示该算法计算铁磁材料损耗的最大误差小于10%。

本文在深入分析永磁同步电机数学模型的基础上，将滑模变结构控制应用于永磁同步电机控制系统中，根据永磁同步电机的数学模型，设计了一个滑模变结构控制器，用于估算电机转子位置和速度；根据磁场定向控制理论，利用估算的转子角度实现了无传感器矢量控制。实验结果表明，滑模变结构控制器对系统参数变化、外界环境的扰动以及内部的摄动具有很强的鲁棒性，能够在全频率范围内追踪实际信号，实现对转轴位置的观测。

与Si功率器件相比，SiC功率器件因其阻断电压高、开关频率高和工作温度高的性能特点，显示出广阔的应用前景。本文分析了SiC 肖特基二极管和SiC MOSFET的开关特性，重点研究其与Si功率器件的特性与应用差异。设计制作了基于Buck变换器的测试实验样机，分别采用Si功率器件和SiC功率器件进行测试，对测试结果进行了对比分析。实验结果验证了文中分析的开关特性差异，从而为SiC功率器件的优化选择和应用提供了一定依据。

电池管理系统（BMS）是电动汽车能量管理的重要部分，它提供整车控制策略的重要参数，由于电池管理系统工作于电动汽车恶劣的电磁环境之中，所以提高BMS的抗电磁干扰性能对于保证整车的安全可靠运行至关重要。基于长安中混电动车平台，分析了车内电磁环境及其对BMS的耦合干扰机理，并研究了BMS的有效电磁兼容性设计技术，重点提升了BMS的抗干扰性能。试验结果表明，经优化设计后的BMS能良好地适应电动车复杂的电磁环境。

随着IGBT模块功率等级及密度的提高，因功率损耗而导致芯片温升加剧进而导致变流系统崩溃的问题愈发突出。对功率器件及散热系统的深入研究有助于功率器件封装设计、器件选型、系统布局以及逆变器的可靠运行。本文通过有限元分析方法对IGBT模块和散热系统的瞬态热阻抗进行了提取，所得结果与厂商数据手册吻合，而且通过所用方法验证了热阻抗曲线的普适性，最后利用热特性RC等效网络建立热-电耦合模型，可对芯片动态结温进行预测。

电力电子变压器（PET）是一种结合电力电子变换器和高频变压器而构成的电能传输设备，在坚强智能电网的建设中有着巨大的应用价值。本文对国内外研究的配电系统电力电子变压器热点拓扑结构做了分类，并针对各种实现方案进行了分析和对比。指出电力电子变压器在减小自身体积和重量、电能质量调节等方面具有传统变压器不可比拟的优势。尤其是具有直流环节的三级型结构，其良好的控制性能使电力电子变压器可实现更多的功能，也为分布式发电系统更好地融入智能电网提供了通道，是电力电子变压器未来的发展方向。最后就电力电子变压器的实际应用提出了需要重点研究的几个关键问题。

直流配电网的保护技术尚处于起步阶段，缺乏实际经验和相关标准，本文试图对直流配电网故障识别和定位技术的研究现状做一个较为全面的介绍，并探讨未来进一步的研究方向。首先概述了直流配电网的拓扑结构、接地方式、保护设备、故障类型和故障暂态特征等与保护方案设计紧密相关的内容。其次，对直流配电网的故障识别技术进行了总结归纳，分析了各类型方法主要的原理和优缺点，并对交流和直流配电网不同故障识别方法的特点进行了对比。最后，对现有的直流配电网故障定位方法进行了分类，说明了各种定位方法的基本原理，分析了各故障定位方法存在的不足和可能的改进方案。

针对工业中重复控制在逆变器系统应用困难的问题，本文详细研究了逆变器重复控制器的参数设计和重复控制器的软件实现。根据逆变器稳定性和稳态误差的要求，设计了补偿环节的陷波器、低通滤波器和超前补偿，设计了基于TMS320F28335的逆变器控制系统硬件平台，并详细地阐述了重复控制器各个环节的软件实现。所搭建的逆变器实物平台验证了本系统设计方案的有效性。

为研究电池储能系统（Battery Energy Storage System，BESS）参与电网一次调频的高效性控制策略。本文在对电力系统调频需求进行分析与储能电池荷电状态(State Of Charge,SOC)考虑的基础上，提出一种兼顾电网调频需求与储能电池SOC状态的一次调频综合控制策略，给出不同荷电状态下的控制策略下垂系数自适应优化与均衡调节控制方法，实现了储能电池参与一次调频的自适应调整与状态均衡，并基于含储能电池的区域电网调频仿真模型，分别在阶跃扰动与连续扰动下对所提控制方法进行仿真分析。结果表明，所研究控制策略在电力系统频率调节与电池SOC保持方面均具有较佳的效果。

二十一世纪以来，无线电能传输技术进入飞速发展阶段，相关的理论研究、创新实验以及应用推广都有了长足的进步，随着全球能源互联网的提出和构建，相关技术在未来会有更大的发展潜力和应用价值。本文从无线电能传输技术的发展历史出发，阐述了无线电能传输的诞生与发展；其次重点梳理了磁场耦合式、电场耦合式、微波式、激光式和超声式五种不同的无线电能传输技术在国内外近20年的关键研究动态；然后面向电力系统、交通运输、航空航天等领域，归纳展望了具体的应用场景；最后针对不同的无线电能传输技术分别讨论了各自面临的主要技术挑战。

LCL型滤波器广泛用于并网逆变器，然而，仅对注入电网电流控制，不能解决由LCL谐振峰值引起的电流谐波和低带宽问题。本文提出了一种并网LCL逆变器的主动阻尼(AD)控制方法，该方法仅基于注入到电网中的电流的反馈，反馈环节采用了一阶高通滤波器加一阶低通滤波器进行选频，从而抑制住谐振峰值。由于拓宽了反馈环节的带宽，此方法适用于电网阻抗引发的谐振频率偏移现象。同时，本文还采用一种带有阻尼的谐波补偿控制策略，并分析该策略对逆变器性能的影响，结果表明它可以有效抑制低频谐波，提高系统电网阻抗变化环境下的稳定性。通过MATLAB/Simulink仿真模拟与2kW实验平台验证了所提控制方法的有效性。

电感电流临界连续工作模式（BCM）Buck变换器，在电感电流下降到零时，输出滤波电感和开关管并联电容谐振即准谐振(Quasi Resonant)(QR)。在开关管两端电压谐振到零的时候开通开关管，则可以实现零电压零电流开通(ZVS/ZCS)。本文通过详细分析输出电感与开关管并联电容的谐振过程，得出开关管两端电压为零的时间，并且通过设计延时电路，以保证输入电压变化时依然能够实现零电压和零电流开通(ZVS/ZCS)。在开关管关断时由于开关管两端并联了谐振电容，可近似认为是零电压关断。而且 Buck变换器工作于BCM模式时输出滤波电感体积小，动态响应速度变快，二极管自然关断，没有反向恢复损耗。最后设计了一台3kW的原理样机，最高效率可以达到987%。

随着中转母线变换器的发展，其对于输出功率和功率密度的要求不断提高，然而传统变压器由于其漏感和绕组交流损耗等原因在高频时很难保证变换器的高效率，因此矩阵变压器的概念被提出。本文针对LLC直流变压器（LLC-DCX），应用了矩阵变压器以减小变压器绕组阻抗和漏感，为减小变压器损耗，提出了基于效率优化的矩阵变压器设计方法。同时，本文针对矩阵变压器副边PCB绕组在低压大电流输出场合，通过优化绕组的布局方式，减少连接点损耗和高频下的漏感，实现效率优化的目标。最后，研制了一台1.4k WLLC-DCX原理样机，对理论论证和设计进行了验证。

在内置式永磁同步电机电压反馈法弱磁控制中，传统电流相角法弱磁控制存在动态性能差、转矩波动较大的问题。本文从稳态和暂态两方面分析，阐述了传统算法导致上述问题的原因，提出一种基于电流相角的自适应弱磁控制策略。通过小信号分析，将电压幅值对电流相角求导，推导出自适应增益值，对电流相角实现在线调节。实验结果表明，采用所提出弱磁控制策略有效地抑制了弱磁区d轴电流和转矩波动，提高了直流母线电压的利用率。

活化能作为材料的本征属性，可直接反映绝缘老化的严重程度和理化特性，为有效评估绝缘老化状况提供了可行的技术途径，已成为业界关注的研究热点。本文综述了活化能的三种定义及其发展历程，并基于碰撞理论和活化络合理论对活化能的物理内涵进行了阐释；重点介绍了基于热分析动力学的绝缘材料活化能获取方法以及温频介电谱法，并讨论了反应机理函数对预测绝缘寿命的重要影响；通过评述活化能在绝缘老化和寿命预测方面的当前应用进展，梳理并指出利用活化能评估绝缘老化应深入研究的几个关键问题。

IGBT功率模块的可靠性是现今关注的重点，键合线脱落故障是导致其失效的主要原因。故障的发生会致使模块相关的特征参量发生变化，如通断过程中，模块的栅极电压米勒平台和栅极阈值电压。通过实验模拟了不同程度的键合线脱落故障，并分析了随着键合线故障程度的加深，栅极电压米勒平台和阈值电压的变化情况，为IGBT的状态监测技术提供了可靠的参考。

针对无桥功率因数校正(PFC)电路在传统控制算法下，由于升压电感位于电网交流侧而存在输入电流过零点畸变问题，提出了一种新的高功率因数控制策略。在新控制策略下，避免了无桥PFC电路在输入电压过零点处输入电流畸变，同时使输入端达到很高的功率因数。论文详细分析了传统控制算法下无桥PFC输入电流过零点畸变的原因，推导了输入电流畸变的时间范围，讨论了影响输入电流THD的相关因素，然后比较了两种控制策略下电源的PF值和输入电流THD，最后通过仿真和实验验证了新型控制策略在抑制电流谐波畸变率方面的正确性和优越性。

扼流圈是组成EMI滤波器的核心元件，其集成化的设计对滤波器小型化、高功率密度化有重要影响。针对以往扼流圈元件多、集成效果差，本文提出一种新结构的平面磁集成扼流圈，分析了其在差、共模电流下磁通耦合方式，说明了差、共模电感形成原理，并得到了等效电路；对比分立元件构成的扼流圈，说明了其在电感特性和阻抗对称性能方面的优势。S参数法测量滤波器插入增益的原理得到了阐述，实验验证了新结构集成扼流圈的有效性和优越性。

波浪发电是利用清洁可再生海洋能源的有效手段，由于波浪能量不稳定且比较分散，导致波浪发电系统的能量转换效率较低，制约了波浪发电技术的发展。因此，采取一定的功率控制方法使波浪发电系统充分利用波浪资源、提高波浪能转换效率是十分必要的。本文介绍了波浪发电功率控制的经典理论——幅值相位控制和复共轭控制，对近几年国内外提出的各种功率控制方法进行分类总结，阐述了功率控制研究的发展趋势：波浪预测和智能控制是未来的研究热点，考虑到未来大规模的阵列波浪发电装置并网问题，有必要研究功率控制目标与其他控制目标结合的多目标优化控制问题。

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。

2014年我国新能源汽车出现了快速增长，年产销量均接近8万辆，作为新能源汽车核心技术之一的动力电池技术进步对此起到了十分重要的作用。在动力电池快速发展的进程中，检测标准起到了不可替代的作用。本论文对我国动力电池标准的演进进行了分析，按照目前我国现行动力电池标准GB/T31384、GB/T31485、GB/T31486，选取10种国内外典型动力电池详细对比了不同材质、工艺的动力电池的电性能、安全性能及存储性能等。

目前，多电飞机技术（MEA）已日益成为飞机动力的主流方式。270V高压直流电源系统具有安全可靠、重量轻及节省电能等优点，成为现阶段飞机供电系统的发展方向。在航空中大功率直直变换的应用场合，全桥LLC谐振变换器是一种较理想的拓扑。传统模拟控制变换器控制方法单一、硬件电路复杂、极大地限制了电源效率的提高和电源成本的缩减，因此本文提出了一种数字控制方案，该方案有效地减小电源的体积，降低电源的成本，提高电源的效率。本文最后研制了一台输入为DC270（1±10％）V，输出为DC28V／500W的原理样机，实验结果验证了理论分析的正确性以及数字控制的可行性。

电力电子变压器（PET）作为一种新型的电能路由设备， 在智能电网与能源互联网领域有着极大的应用价值。本文针对中高压的应用背景， 对典型的PET拓扑及相关的控制策略进行了分析， 总结了各类拓扑在系统效率、可靠型以及控制复杂度等应用方面的特点， 其中带有多模块级联高压侧变换器的三级式PET拓扑电平数易于扩展， 且控制上较为简单， 但在系统体积与效率方面仍有优化的空间。本文还对于隔离级中两种不同类型的变换器进行了具体控制方法上的归纳与对比， 对两种不同变换器在中高压应用场合的适应性进行了分析。

直流故障保护是多端柔性直流输电系统的一个关键性问题。本文在全桥型模块化多电平换流器的基础上，提出适用于多端直流输电系统的换流器级和系统级直流故障保护策略。根据全桥型模块拓扑特性，换流阀闭锁实现故障电流快速清除；然后换流器等效为双星型级联H桥STATCOM并联运行，为故障清除和隔离开关动作隔离故障点提供条件；最后转换换流器运行模式完成多端柔性直流输电系统的快速恢复。在PSCAD/EMTDC中搭建了三端柔性直流输电系统仿真模型，分析了直流故障和系统重新启动的运行特性，仿真结果证明了控制策略的有效性。

经过多年发展，日本的燃料电池汽车及加氢站基础设施的技术路线已逐步清晰，相对成熟，并将深刻影响世界燃料电池汽车技术路线和技术标准的发展。2015年初，日本丰田汽车公司成功上市世界首款燃料电池量产车型Mirai（未来），标志着日本燃料电池汽车已经系统解决了相关技术和制造成本难题，车辆氢安全以及加氢站安全的相关标准体系也已基本完备，进入了商业化阶段。下一步，日本政府和相关行业组织提出了到2025年使燃料电池汽车保有量达到20万辆的目标，并准备在2025～2030年期间构建起大规模的稳定氢供给系统，到2040年左右建立实现二氧化碳零排放的氢供给系统。政府的相关政策和战略导向，将进一步引导和推动燃料电池汽车及加氢基础设施的发展。

研究了双向串联谐振变换器的定频PWM控制策略。通过控制原副边桥臂中点电压相位始终相同，使得谐振变换器获得了不受所传输功率大小和方向影响的电压增益特性，且通过原副边桥臂中点电压脉冲宽度的调节，使得变换器在固定开关频率下即能够获得双向升压和降压调节能力。详细分析了定频PWM调制策略的基本原理，讨论了该调制策略的可能实现方式，并选取其中一种实现方式进行了实验验证。实验结果表明所研究的调制策略的有效性，且由于变换器电压增益与功率传输方向无关，该调制策略能够使变换器获得快速平滑的双向功率切换能力。