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期刊信息/Journal information
电工技术学报
中国电工技术学会
电工技术学报

中国电工技术学会

严陆光

月刊

1000-6753

xuebao@vip.163.com

010-88379629/9848

100037

北京百万庄大街22号

电工技术学报/Journal Transactions of China Electrotechnical SocietyCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是由中国电工技术学会主办，机械工业出版社出版。中文核心期刊，学位及研究生教育中文重要期刊。主要刊登电气领域的理论探讨、科研成果、设计制造、测试控制及系统配套等方面的学术论文。注重理论联系实际。主要供电气科技作者、大专院校师生阅读者参考。《学报》为月刊，每月26日出版，国内统一刊号：CN11-2188/TM，国外发行代号：1409M。邮发代号：6-117，每期定价15元，全年180元。
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    基于空间多点位温度IGBT器件参数逆推的健康状态在线监测方法

    胡震崔曼吴晓华施涛...
    452-462页
    查看更多>>摘要：绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为高压大功率能量转换系统的核心器件,已广泛应用于新能源发电、高速铁路、航空航天等领域,由于工作环境和运行工况的复杂多变,IGBT 模块极易因键合线剥离和焊料层脱落等疲劳老化而失效,造成系统停机,开展 IGBT 模块健康状态的在线监测是提升功率器件可靠性、实现能量转换系统安全高效运行的重要保障.该文提出一种基于空间多点位温度 IGBT 器件参数逆推的健康状态在线监测方法,实现 IGBT 键合线和焊料层热疲劳损伤的在线监测和诊断,避免 IGBT 模块因热损伤累积超过安全阈值而突发失效,提升能量转换系统的可靠性.首先,考虑焊料层老化对模块内部热流路径的影响而引起基板空间多点位温度分布的改变,建立基于基板多点位温度差异度(∇TP)的焊料层疲劳老化在线监测模型,通过离线加速老化测试方法建立∇TP和芯片至基板热阻抗(ZJC)的数据库,在应用中通过∇TP调用(ZJC)实现焊料层健康状态的在线诊断;其次,建立 IGBT混合老化模式下器件通态功率损耗的计算模型,提出基于通态损耗的集-射通态电压(Vce-on)的逆向计算方法,基于更新的ZJC值计算芯片结温(TJ),将集电极电流IC和TJ输入健康IGBT模块的IC-TJ-Vce-on数据库中调用当前结温下的Vce-on,data,消除焊料层老化引起的结温上升对Vce-on的影响,基于Vce-on和Vce-on,data的偏差对键合线老化状态做出诊断.仿真和实验结果表明所提方法的有效性,在实验环境下诊断误差约为 3%.

    绝缘栅双极型晶体管(IGBT)在线监测可靠性能健康状态

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    一种基于数字孪生的灰盒单相PWM整流器建模与健康参数监测方法

    张思慧宋文胜唐涛邹宇超...
    463-476页
    查看更多>>摘要：基于单相两电平脉宽调制(PWM)整流器工作原理及其闭环控制策略,建立其离散化数学模型,并考虑实际工程应用中控制参数未知的情况,结合整流器外特性实验数据,依托优化粒子群算法(PSO),构建单相PWM整流器数字孪生灰盒模型.该模型可依据当前实测外特性数据,准确地监测控制参数和表征健康状态的关键参数,进而实现对实际整流系统的运行特性跟踪与模拟,该方法可为整流系统的非侵入式健康状态监测提供可能,并可用于指导实际系统中控制参数优化.为验证数字孪生灰盒模型及监测方法的正确性与有效性,该文在不同参数和多种工况下开展了模型验证与监测实验.结果表明,所建模型具有对实际整流器外部运行特性的模拟能力,监测误差小于 5%且能够识别参数变化趋势.同时也探究了不同智能优化算法对监测性能的影响,论证了优化粒子群算法在此应用条件下的优越性.

    单相PWM整流器数字孪生灰盒模型状态监测IGBT

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    浮动式Boost DC-DC变换器共模噪声分析

    王一帆刘雪山奉榆杰
    477-487,503页
    查看更多>>摘要：目前,针对非隔离型 DC-DC 变换器的共模噪声研究主要集中在通过运用噪声抵消、疏导等方法减小变换器的传导噪声,对于输出浮动式 DC-DC 变换器的共模噪声产生机理尚无明确的分析和研究.首先,该文通过分析输出浮动式Boost DC-DC变换器在正常工作状态下各节点对参考点之间的电位变化,得出输出浮动式 Boost 变换器高传导共模噪声的成因;其次,在考虑变换器各元件寄生参数的情况下,构建共模噪声等效模型并对其进行简化,分析不同噪声源引起的共模电流大小和方向;最后,搭建 4 台不同拓扑的实验样机,测试了各样机传导共模噪声的幅值并进行对比,验证了理论分析的正确性.

    共模噪声输出浮动式变换器等效模型寄生参数

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    基于二维空间矢量脉宽调制的准Z源逆变器电感电流纹波抑制策略

    梁伟华穆向上申永鹏李海林...
    488-503页
    查看更多>>摘要：该文提出了一种适用于三相准Z源逆变器的二维空间矢量调制策略,其计算简单且能够有效减小准 Z 源网络电感电流纹波(脉动量).该方法将准 Z 源逆变器的输出电压映射在二维坐标系的坐标轴上,依据三相电压的大小关系划分控制域,根据参考电压所在的控制域选择电压矢量和开关状态;并根据电感电流脉动量,将一个开关周期中的直通时间分成六小段,插入在零矢量首尾位置和两个非零矢量之间;以电感电流在直通状态与相邻的非直通状态间的净变化量等于零为目标,计算每段直通作用时间,实现了一个开关周期内电感电流纹波最小.该方法计算简单,且能够有效减小电感电流的脉动量.仿真和实验验证了该方法的有效性.

    准Z源逆变器空间矢量调制脉冲宽度调制电感电流纹波

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    光储一体化变流器改进滑模自抗扰控制

    周杰皇金锋黄红杰
    504-516,530页
    查看更多>>摘要：由于光照强度等不可控因素的影响,光伏模块输出功率具有较大的随机性,容易降低光储并网系统的暂态性能.为此,该文在光储一体化变流器中提出了一种改进滑模自抗扰控制(SM-ADRC)策略以降低暂态时的直流母线电压波动并加快功率响应速度.首先,针对传统扩张状态观测器(ESO)对状态变量和扰动观测精度不足的问题,引入新的误差作为ESO的调节依据以提升跟踪能力;其次,将反步设计和互补滑模控制相结合运用到状态误差反馈律中,以提升控制系统的鲁棒性,并通过改进指数趋近律减小滑模固有的抖振现象;再次,从理论上证明了基于改进指数趋近律的反步互补滑模(BCSMC)和改进ESO的稳定性以及改进ESO的误差范围;最后,通过仿真和 StarSim 实验平台对比在不同工况下的直流母线波动情况和功率响应速度,验证了所提改进SM-ADRC策略相比于传统SM-ADRC策略和PI控制策略的优越性和可行性.

    光储一体化变流器自抗扰控制反步设计互补滑模控制改进指数趋近律

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    用于换电站的模块化多端口变换器电压均衡拓扑及电压匹配控制

    黄艳辉李锐刘飞胡士礼...
    517-530页
    查看更多>>摘要：电池换电站可提供充电服务,大大缩短了充电时间.随着电动汽车充电功率水平越来越高,电池换电站需要连接到中压电网以扩大其容量.在传统解决方案中,电力电子变压器用于构建低压直流母线,充电桩通过分布式直流变换器与低压母线相连接.然而这种拓扑结构需要大量变换器和两个功率变换级,由此增加了设备成本.该文提出一种仅需一个功率变换级的大规模电池充电拓扑结构,以减少变换器中器件数量,实现了开关管的零电压软开关(ZVS),提升了系统效率.此外,还提出一种电压均衡电路和电压匹配控制策略,以解决由荷电状态差异引起的功率不匹配问题.电压匹配控制可以拓宽变换器充电电压范围,降低蓄电池充电电流纹波.仿真和实验验证了拓扑和控制策略的可行性.

    电池充电热插拔模块化变换器电压均衡

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    基于t-分布随机邻域嵌入融合最优多频带盒维数的牵引整流器故障诊断

    毛向德董海鹰梁金平
    531-543页
    查看更多>>摘要：针对电力机车牵引变流器中故障率较高的牵引整流器,提出一种基于 t-分布随机邻域嵌入(t-SNE)融合最优多频带盒维数特征的故障诊断方法.首先,在最优小波基函数的基础上,利用小波包分解牵引整流器在不同工况、不同运行模式下的故障信号,得到一系列的最优频带;其次,计算各频带系数的分形盒维数,作为高维故障特征;最后,采用t-SNE流形学习对高维特征进行融合,以减少特征之间的冲突和冗余,得到简单敏感的故障特征.结果表明:信噪比为 30 dB时,15 种故障模式的最终诊断结果为 99.79%,对不同的信噪比仍有较高的准确率.与其他方法相比,所提方法对不同类型开关器件(绝缘栅双极晶体管和电力二极管)的开路故障具有较高的诊断率和较强的鲁棒性.

    牵引整流器能熵比分形盒维数t-分布随机邻域嵌入特征融合

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    基于输入-状态稳定条件的直流微电网集群分布式大信号稳定性

    刘宿城褚勇智刁吉祥张前进...
    544-558,573页
    查看更多>>摘要：直流微电网集群由地理上毗邻的多个直流微电网灵活互联而成,代表了未来配用电系统的重要发展方向.然而,高阶、强耦合、非线性以及动态变化等复杂系统特性使得直流微电网集群的大信号稳定性分析面临巨大挑战.传统集中式建模方法需要获取系统整体动态模型,随着微电网单元个数的增加,会导致系统大信号稳定性分析无法求解且不具备可扩展性等问题.为此,将直流微电网集群统一描述为包含多个子系统互联的大系统,提出基于输入-状态稳定条件的分布式大信号稳定性分析方法.首先,根据系统拓扑和控制结构建立分布式大信号降阶模型;然后,借助输入-状态稳定条件导出直流微电网集群的分布式大信号稳定性判据,并根据具体算例得到稳定区间,分析关键参数对稳定性的影响趋势;最后,通过硬件在环实验结果验证分析方法的有效性.

    直流微电网集群分布式建模大信号稳定性输入-状态稳定

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    虚拟同步机控制模块化多电平变流器阻抗建模及次/超同步振荡稳定性分析

    高本锋沈雨思宋瑞华杨大业...
    559-573页
    查看更多>>摘要：虚拟同步机控制已广泛应用于新型电力系统中,然而其研究主要集中于新能源领域,对于柔性直流输电领域中出现的次/超同步振荡、并网稳定性等问题仍有待研究.该文针对虚拟同步机控制的模块化多电平变流器(MMC),采用谐波线性化的方法建立其序阻抗模型,探究各控制参数对其阻抗特性的影响.同时,对比分析跟网型、构网型MMC的阻抗特性及其并网稳定性,并提出虚拟阻抗控制优化方案以提高构网型 MMC 系统阻尼.结果表明,构网型 MMC 具有良好的弱电网稳定性,但在强电网下存在次/超同步振荡的风险,在控制回路中加入虚拟阻抗控制可以增加变流器等效输出阻抗,从而增强 MMC并网系统的稳定性.同时,无功下垂和电压外环环节在构网型 MMC 的阻抗特性中起决定性作用,适当增大无功下垂系数和电压外环积分系数,有利于减小阻抗负阻尼区间,从而提高并网系统稳定性.

    虚拟同步机控制模块化多电平变流器(MMC)序阻抗建模次/超同步振荡稳定性分析虚拟阻抗

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    不同电流下Ce掺杂AgCuO触头材料转移行为研究

    王海涛王彦岭李书舸王景芹...
    574-586页
    查看更多>>摘要：材料转移是电弧侵蚀中的一个必然过程,研究材料转移机制对于优化电极的材料选择和设计,开发更耐用、更稳定的电极材料有重要意义,该文以Ce掺杂的AgCuO触头为研究对象,分析材料转移方向在不同电流下变化的机理.通过溶胶-凝胶法和粉末冶金法制备触头试样,借助JF04D电接触测试系统,在 18 V电压下设置 10、15、20 和 25 A四个电流等级,对触头进行 20 000次电弧侵蚀实验.首先对比了 15 A 电流条件下添加 Ce 后材料的性能提升情况,然后重点关注AgCuOCeO2 触头在不同电流下的燃弧能量与燃弧时间,测定侵蚀实验后阴阳极的质量变化,采用三维表面轮廓仪和扫描电镜表征阳极和阴极的表面侵蚀形貌,并对不同电流下的材料转移机制进行深入讨论分析.结果表明,Ce元素提升了触头性能,电流大小影响电极间金属离子和气体离子的浓度,引发金属相或气体相电弧的产生,导致材料转移方向在电流增大时发生改变.为选用和开发性能优良的AgCuO触头材料,进而提升AgCuO触头可靠性提供了理论依据.

    AgCuO触头材料电弧侵蚀材料转移表面形貌燃弧能量燃弧时间

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