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高电压技术
中国电力科学研究院　中国电机工程学会
高电压技术

中国电力科学研究院　中国电机工程学会

杨迎建

月刊

1003-6520

hve@sgepri.sgcc.com.cn

027-59835528

430074

湖北省武汉市珞瑜路143号武汉高压研究所

高电压技术/Journal High Voltage EngineeringCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊为国内外唯一集中、全面地反映当前高电压技术领域科技信息的专业技术刊物，国内外公开发行，是国务院学位办审定的中文重要期刊、中文核心期刊，EI page one和《科技文献通报》收录期刊。本刊根据电力生产、建设、科研、教学需要提供导向性、实用性信息及技术措施，推广实用技术的成果，为我国科技发展、领导决策、促进生产发挥接口、载体和桥梁作用。本刊报道内容包括高压设备、输电线路、系统暂态、测试工程、电磁、城网供电、电力电子等及生态环保生物医疗等边缘、交叉学科。既有基础理论研究也有工程实践应用。本刊读者对象为电力系统生产、建设、运行、管理部门及相关产业科研、设计、制造单位的领导、科技人员、大专院校师生及其他相关工程技术人员。
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    基于Sablik-Preisach模型的非晶合金磁滞与磁致伸缩特性模拟方法

    赵小军窦富城徐永生傅明利...
    4407-4418页
    查看更多>>摘要：非晶铁芯具有优异的高频磁性能,但较电工钢等软磁材料具有更显著的磁致伸缩效应,在高频及谐波激励下的磁致伸缩特性较为复杂.该文基于内能最小原理,根据磁滞能量密度函数描述磁滞与磁致伸缩的耦合关系,并利用磁畴能量沿磁场方向贡献的总和表示无磁滞磁化强度,建立以磁滞效应为基础的Sablik模型.采用将基本磁化曲线线性分段的方法对涡流损耗的表达式进行修正,进而建立动态Preisach模型,引入铁磁材料的非线性本构关系,构造单频正弦激励下磁滞与磁致伸缩解析表达式,并提出相应参数辨识方法.在谐波激励下,基于线性叠加原理推导对应场量的表达式,并进一步提出谐波激励下非晶合金的磁滞与磁致伸缩特性模拟方法.最后,模拟了非晶合金材料分别在正弦和谐波激励下的磁滞回线与磁致伸缩回线,通过与测量结果及传统方法进行对比,结果表明所提方法在正弦和谐波激励下的损耗与磁致伸缩误差分别小于 5%与 10%,验证了所提方法的准确性和通用性.

    非晶合金磁畴能量Sablik模型Preisach模型谐波激励

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    高频PWM波激励下纳米晶磁环动态磁滞和损耗特性模拟

    徐永生傅明利赵小军章轩源...
    4419-4428页
    查看更多>>摘要：为了对高频变压器设计规划提供更为准确的参考,该文提出了一种适用于模拟高频脉冲宽度调制波形(pulse width modulation wave,PWM)激励下纳米晶磁环磁滞特性的动态磁滞模型.首先,基于静态同心磁滞回环簇构建逆Everett函数,实现了通过Preisach模型准确计算静态磁滞损耗及其对应的磁场强度;然后,基于正弦激励下与PWM波激励下的涡流损耗与其对应的涡流场回线所围面积在比值上的一致性,通过对正弦激励下的考虑趋肤效应获得的涡流场表达式进行等效折算,最终获得了PWM波激励下的涡流场表达式,拓宽了正弦激励下涡流场表达式的应用范围.模拟结果显示:所提算法能准确拟合纳米晶材料的磁滞特性且损耗误差均在10%以内.进一步讨论了高频PWM波激励下异常损耗统计参数V与占空比D、频率f的关系,总结了高频PWM波激励下异常损耗对各相关参数的变化趋势,为纳米晶材料在高频PWM波下的应用场景提供了参考.最后,通过将模拟结果与实验测量数据对比,验证了所提出的动态磁滞模型的准确性.

    高频PWM波激励纳米晶材料趋肤效应占空比损耗分离

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    磁场与应力耦合作用下电工钢磁畴动态观测与磁滞特性模拟

    张艳丽吴鑫邱发生王英...
    4429-4439页
    查看更多>>摘要：电工钢等磁性材料是构成电力变压器、中高频变压器等电气设备磁路的关键材料,其磁滞特性决定着设备损耗,磁滞特性的本质体现为磁化过程中电工钢内部磁畴畴壁的移动和磁畴的翻转,而外应力的引入会改变电工钢磁畴结构.该文针对磁场和应力耦合作用下取向电工钢磁滞特性的模拟问题,借助应力磁光克尔显微镜观测了应力影响下磁畴动态磁化规律,揭示电工钢内部磁畴动态演变机理.在此基础上,利用图像处理技术获取了耦合外作用下畴壁移动的位移、速度以及加速度等特征量,并以磁畴能量最小化为理论基础,以畴壁移动加速度作为特征量构建表征模型用以模拟电工钢的磁滞特性.结果表明:提取的特征量可直观地了解电工钢内部磁畴在不同应力下的演变过程,基于畴壁移动加速度特征量的磁滞模型能够有效描述电工钢在不同应力下的磁滞特性.研究成果建立了磁畴磁化特征量与材料宏观磁滞特性的映射关系,为磁性材料改性研究提供一定理论支撑.

    电工钢应力磁畴演变能量最小化磁滞模型

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    基于等效媒质理论的高频变压器利兹线周期性结构均质化建模方法

    李元林金山邵先军杨智...
    4440-4449,中插1页
    查看更多>>摘要：高频变压器是电力电子变压器实现新能源交直流系统电气隔离、电压转换的核心部件,具有体积小、功率密度高的特点.受高频集肤效应及邻近效应影响,高频变压器的绕组损耗一般很大,加之其结构紧凑、散热能力不足,设备局部温升极易越限.准确高效地计算绕组损耗对高频变压器的优化设计和可靠运行具有重要意义.该文分析了利兹线的微观蜂巢结构,提取基本周期单元从而简化电磁场分析,基于等效媒质理论提出了绕组电磁场均质化仿真模型与损耗计算方法.结果表明:均质化仿真模型具有很高的准确性与计算效率,以精细化2维模型仿真结果为参考,磁通密度和电场强度的仿真误差小于 0.5%,计算效率提升了约 12 000 倍,运行内存需求减少了 30.28 倍;损耗计算方法在中低频段与主流模型的准确度近似,而在高频段的误差比 Tourkhani 模型降低了20%.该文提出的均质化模型显著降低了利兹线绕组电磁场仿真的建模难度和计算量,解决了高频涡流仿真难度大、损耗计算准确度低的问题,为高频变压器结构优化设计提供理论和模型支持.

    高频变压器利兹线等效媒质理论均质化损耗计算

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    基于开关频率调制的高频变压器励磁曲线测量方法及其电磁暂态模型

    杨鸣蒋罗平司马文霞汪小丰...
    4450-4458页
    查看更多>>摘要：高频变压器是双有源桥(dual active bridge,DAB)变换器的关键器件,在运行中可能出现直流偏磁,构建具备铁芯非线性表征能力的高频变压器模型,是准确分析直流偏磁及其他涉及铁芯饱和的电磁暂态特性的基础.模型的关键在于准确测量高频变压器的励磁曲线.该文通过开关频率调制使 DAB 产生等幅值变频方波电压,对中间高频变压器进行变磁链激励,通过端口电压电流测量和计算获得其磁滞回线簇和励磁曲线.该方法不需要新增任何交流激励电源,可在 DAB 变换器投运时通过开关调制实现高频变压器励磁曲线的测量,解决了高频变压器励磁曲线测量低效率和高成本的难题.以1 台高频变压器为对象,对其励磁曲线进行测量并构建电磁暂态模型,搭建DAB测试平台,开展了额定频率过电压和直流偏磁试验及仿真,模型仿真误差均在7%以内,均方误差最大仅 0.002 7.结果表明:考虑励磁非线性的高频变压器电磁暂态模型能够大幅提高铁芯饱和工况的仿真精度,对DAB电磁暂态特性分析与控制具有重要意义.

    高频变压器铁芯非线性直流偏磁双有源桥变换器励磁曲线

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    高频变压器电磁场-结构力场-声场求解及特性分析

    陈彬沈辰轩刘洋靳艳娇...
    4459-4474页
    查看更多>>摘要：大容量高频变压器结构紧凑,工作频率为数百 Hz 到几十 kHz,工作波形为方波等非正弦的特殊激励波形.高频变压器电磁、结构、声等多场耦合紧密,运行时出现严重的振动与噪声问题,对高频变压器振动与噪声特性进行精细分析对于其减振降噪具有重要意义.为此,该文首先建立高频变压器电磁场-结构力场-声场 3 维仿真求解模型,明确各物理场的载荷传递过程以及电磁和力学性能参数;然后,采用有限元法得到不同电压激励下变压器铁芯表面时域振动波形与噪声频域特性,并定量评估了纳米晶切割铁芯对受力特性的影响程度;最后,对1台5 kHz/10 kVA高频变压器的振动和噪声进行试验测试,得到正弦和方波电压激励下铁芯振动和噪声数据.由仿真与试验结果可知,高频变压器铁芯拐角处振动较为剧烈且周围产生的噪声也较大;相比于正弦波激励,非正弦波激励下的振动不仅集中发生在 2 倍频,还存在许多高次谐波分量,同时各个频率段声压级明显增加;不同波形激励下测量点声压级相对误差均在10%以内,验证了仿真模型的准确性.

    电磁-结构-声场分析振动噪声高频变压器电磁振动频域特性振动加速度

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    纳米晶高频变压器优化设计与实验验证

    张鹏宁李伟李朋阳杨亚晋...
    4475-4486页
    查看更多>>摘要：在实际工程中,电力电子变压器已经逐渐成为新能源电网等诸多领域不可或缺的重要组成部分,而作为其中关键设备的高频变压器,其优化设计也变得愈加重要.首先,利用改进的Steinmetz经验公式(improved gen-eralized steinmetz empirical formula,IGSE)计算高频变压器铁芯损耗,并采用Dowell方法计算铜箔片在高频下的交流绕组系数.其次,分析了绕组交叉换位对铁芯窗口内漏磁场和导体内电流密度的影响,推导出基于能量法的漏电感公式,综合考虑散热器尺寸大小对温升的影响,并建立了 6 节点的热网络模型.最后,提出基于自由参数扫描法的高频变压器优化设计方法,得到优化设计方案的Pareto前沿,为验证设计流程的合理性,设计并制作了1台15 kW/5 kHz,效率为99%,功率密度为16.79 kW/L的高功率密度纳米晶高频变压器样机,并搭建了实验平台测试了样机的漏感、铁芯损耗、绕组损耗,与设计值的偏差分别为 8.76%、4.02%、2.76%,验证了优化设计方法的正确性,为高效率、高功率密度、大容量高频变压器的研究提供理论和实验基础.

    高频变压器优化设计漏电感铁芯损耗绕组损耗磁化特性

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    基于CNN-BiLSTM的铁氧体磁芯损耗精确模型和小样本迁移学习预测方法

    刘占磊祝令瑜占草党永亮...
    4487-4498页
    查看更多>>摘要：传统的经验公式和损耗分离公式难以准确计算宽频宽磁密、宽温度范围以及复杂波形激励下铁氧体磁芯的损耗.考虑到磁芯损耗与磁通密度波形的局部和长期特征均相关,基于普林斯顿大学研究者构建的 MagNet 数据集,采用CNN-BiLSTM建立大样本磁芯损耗预训练模型,损耗预测的平均误差均小于3%,95%误差均小于10%;以 3C90 和N87 铁氧体为例,构建小样本数据集并采用迁移学习方法训练模型,选取最优迁移学习策略,提出最优源域模型选取方法,对比迁移学习和直接训练所需的训练步数,分析小样本数量和初始学习率对迁移学习效果的影响.以样本数量达到 1000 为例,与直接训练相比,采用迁移学习方法后模型所需训练步数由 500 降为 50,3C90 和 N87 铁氧体损耗预测的平均误差分别由 4.49%和 6.6%降为 2.66%和 2.35%,95%误差分别由 11.97%和17.12%降为 7.22%和 6.21%,模型的收敛速度和预测精度都大大提高.在实际工程中,仅需利用少量样本对源域模型参数进行微调,即可实现模型快速求解和损耗精确预测.

    铁氧体磁芯损耗小样本数据集CNN-BiLSTM迁移学习

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    基于一体化高频变压器的电力电子变压器拓扑及其控制策略

    薛腾跃李凯原亚雷李卫国...
    4499-4511页
    查看更多>>摘要：现有的电力电子变压器(power electronic transformer,PET)拓扑所需高频变压器数目较多,体积大,为了解决该问题,采用一种高功率密度的 PET 结构,其仅需一台高频变压器可实现 PET 的高度集成.为保证所提拓扑稳定运行,通过分析模块化多电平变换器子模块电容电压波动机理,提出了模块化多电平变换器在超高调制比下降低子模块电容电压波动的方法;同时,针对模块化多电平直流变换器中桥臂间均压控制存在内移相角与桥臂间交换功率的相关性受功率移相角影响的问题,在考虑控制安全运行域的基础上,提出了桥臂电感的参数设计方法,可以降低该控制的复杂度.并在MALTAB/Simulink中搭建了仿真模型,以此验证了文中所提出的方法可以降低电容电压波动以及全工况下实现电压均衡.

    电力电子变压器模块化多电平变换器直流变压器均压控制环流抑制主电路参数设计

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    计及用户充电行为与隐私保护的联邦学习电动汽车短期充电负荷预测

    杨挺覃小兵冯相为许哲铭...
    4512-4519,中插2页
    查看更多>>摘要：随着电动汽车迅猛发展,其充电频率和日充电量急剧增高,对电网的稳定运行产生了较大冲击,因此针对电动汽车的充电负荷预测研究具有重要意义.但由于用户的充电行为数据具有隐私性,而当前研究构建的机器学习预测模型中欠缺对这一重要因素的考虑,致使预测精度不高.针对此问题,该文将用户的充电起止时间、充电全时段电池荷电状态、电池容量和用户选择的充电功率等充电行为因素考虑在内,并考虑上述用户行为数据的隐私性需求,提出了计及用户充电行为与隐私保护的联邦学习(federated learning,FL)电动汽车短期充电负荷预测方法.通过本地训练、中央聚合的模型训练机制,在保证用户隐私数据安全的前提下实现电动汽车短期充电负荷协同预测.最后,利用某市的多家运营商充电负荷数据对所提方法进行验证,结果表明所提方法在保证用户隐私数据安全的前提下,有效地提升了电动汽车短期充电负荷预测的精度,并具备较好的模型泛化能力.

    电动汽车负荷预测隐私保护用户行为联邦学习损失函数

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