《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

电动汽车动态无线供电磁耦合机构研究综述

作者：崔淑梅；宋贝贝；王志远

摘要：电动汽车无线供电技术有效提升了充电的便捷性和安全性,动态无线供电技术实现了电动汽车的“边跑边充”,实时补充电能解决了续航里程焦虑,进而也可以降低车载电池的容量。磁耦合机构是动态无线供电系统中实现能量无线传输的关键部件,直接决定了系统的传输特性,是研究人员关注的重点。

该文首先对电动汽车动态无线供电系统发展历程进行了介绍;之后结合磁耦合机构的分类对目前主要研究的结构类型特点进行了分析,并对当前磁耦合机构主要研究的关键问题和现状进行了详细介绍;最后,对磁耦合机构需要在未来进行研究的关键问题进行了讨论。

多旋翼无人机无线充电技术研究进展与发展趋势

作者：武帅；蔡春伟；陈轶；柴文萍；杨世彦

摘要：多旋翼无人机在多领域的应用,使得无人机无线充电技术备受关注。该文对多旋翼无人机无线充电技术进行了综述。首先,总结了无人机无线充电技术的三种不同结构和原理;然后,重点对磁场耦合式和电场耦合式无人机无线充电技术近期研究成果和相关的热点问题进行了阐述,主要分为耦合机构和错位应对方案研究;最后,对多旋翼无人机无线充电技术的发展趋势进行了展望,论述了亟待解决的关键技术。

基于H∞非线性控制器的电动汽车无线充电系统的副边控制设计与参数优化

作者：赵靖英；张振远；张珂

摘要：针对电动汽车动力电池组的变电压间歇充电的快速充电模式,提出一种基于H∞非线性控制器的SP型磁耦合谐振式无线电能传输（MCR-WPT）系统副边控制方法。

该方法首先基于SP型MCR-WPT系统的数学模型分析其拓扑输出电压特性,确定副边控制策略,并针对副边DC-DC变换器设计H∞非线性控制器;然后利用多目标多约束算法（NSGA-Ⅱ）对实现变电压间歇充电的控制器参数进行自动寻优,有效提高了闭环系统的上升时间、稳态误差及对参数扰动的鲁棒性;之后,对Buck变换器进行抗干扰仿真和系统变电压间歇充电特性仿真,仿真结果证明系统能够实现变电压间歇充电,并具有强鲁棒性和良好的动态响应;最后,设计系统的输出特性实验,实验结果证明该文提出的H∞非线性控制器及其参数优化的有效性。

磁耦合机构拾取线圈平面金属的影响及其抑制方法

作者：苏玉刚；刘家鸣；王智慧；戴欣；阳剑

摘要：针对磁耦合机构中与拾取线圈同一平面的金属对磁耦合无线电能传输（MC-WPT）系统带来的涡流损耗与系统失谐问题,通过建模与仿真分析,给出了不同材料、尺寸、位置的金属对耦合机构参数和MC-WPT系统性能的影响规律。并在此基础上提出了一种主动抑制线圈平面的金属对系统影响的耦合机构,给出其参数设计方法。最后通过仿真与实验验证所提耦合机构及其参数设计方法的正确性与有效性。

大规模工程电磁场的亿自由度可扩展并行计算方法

作者：金亮；李育增；杨庆新；张闯；闫帅

摘要：精确和快速的电磁场计算,是电工装备精细模拟和优化设计的基础。该文在高性能云平台的高速互联弹性集群上开展可扩展并行计算研究,使用OpenMpi作为消息传递库,选取的区域分解算法为对偶原始有限元撕裂内联（FETI-DP）法,通过改进主从/对等的并行程序框架实现电导率不变时涡流场磁矢势A的并行计算,在降低编程复杂度的同时提高了并行计算效率。使用C语言编写程序,用国际TEAMProblem7基准问题验证可扩展并行计算方法。

该文将主从/对等并行程序框架和对偶原始有限元撕裂内联（FETI-DP）法引入电磁计算领域,提高了并行计算效率和可扩展性,为大规模工程电磁场计算提供了一种新的实践和理论方法。

高倍率磷酸铁锂电池简化机理建模与放电特性分析

作者：严康为；龙鑫林；鲁军勇；柳应全；吴羿廷

摘要：高倍率磷酸铁锂电池的机理建模对电池设计与应用管理具有重要意义。针对当前机理模型存在全阶形式复杂度高、简化形式在高倍率下难拟合的问题,将简化的准二维（P2D）电化学模型与双状态热模型结合,建立电化学-热耦合简化机理模型,并通过参数辨识实现了模型在10~40C高倍率、宽范围下的实际放电曲线拟合。

基于辨识后的模型,分析了电池高倍率放电下外部曲线变化趋势所反映的内部演化机理,发现高倍率放电初期电池端电压秒级的大幅度下降与液相锂离子浓度分布的不均匀性有关,放电中期的端电压回升来源于温度上升导致的电池内部各材料活性的不断增强。

多能协同的配电网供电恢复策略

作者：陈厚合；丛前；姜涛；张儒峰；李雪

摘要：能源互联网背景下,配电网与其他能源系统紧密耦合,多能协同效应使得配电网运行方式更为灵活,为配电网供能恢复提供了新思路。为此,该文提出一种考虑多能协同的配电网主动解列控制策略。

首先建立电-气-热耦合的多能流网络模型;然后,从多能协同角度出发,提出适用于多能协同的配电网主动解列替代控制和协调控制策略,分别从负荷用能类型转移和电源支撑两方面研究多能协同效应对配电网主动解列策略的影响;进而,以配电网恢复供能量最大和负荷匹配度最高为目标,综合考虑负荷优先级及可控性,构建多能协同的配电网主动解列模型,采用贪心算法求解故障下配电网的主动解列策略;最后,通过PG&E69节点配电系统、32节点配热网和11节点天然气系统耦合的多能耦合配电网测试系统算例,对所提配电网主动解列控制策略进行分析、验证,结果验证了所提方法的准确性和有效性。

基于模糊测度融合诊断的配电网接地故障选线

作者：喻锟；胥鹏博；曾祥君；李理；杨理斌

摘要：非有效接地配电网运行与故障条件复杂多变,现有配电网接地故障选线方法难以有效覆盖不同故障工况,尤其对于高阻接地与弧光接地故障,基于单一故障特征量的故障判据误判率高。

该文提出一种基于模糊测度融合诊断的配电网接地故障选线新方法,借助模糊C均值聚类算法,将多种运行工况下采集的表征被保护馈线不同运行状态的历史特征样本集划分为故障类与非故障类,以多种样本相似性测度判据定量分析待测样本与不同类型历史样本的相似程度,形成模糊测度融合诊断矩阵。通过多级评判指标体系对模糊测度融合诊断矩阵进行评判,从而放大故障特征,削弱偶然因素对故障判断的影响,最终输出综合判据矩阵,准确识别故障样本。

PSCAD/EMTDC仿真与10kV真型实验测试结果均表明,在非线性负荷等干扰因素的影响下,该方法依然能够准确地捕捉故障特征,在各故障工况下正确地辨识故障样本,具备对不同系统运行方式变化的自适应能力,具有很强的鲁棒性。

考虑并网运行微电网故障方向识别的逆变型分布式电源故障控制

作者：朱吉然；牟龙华；郭文明

摘要：微电网具有双向故障电流,其保护的一个关键问题是如何准确判别故障方向。对微电网正序故障附加网络的分析表明,逆变型分布式电源（IIDG）正序故障分量阻抗角所在象限决定了正序故障分量方向元件在并网运行微电网中的适用性。然而,IIDG功率输出策略的多样性和故障后IIDG并网点电压变化的不确定性导致IIDG正序故障分量阻抗角所在象限无法确定。

对此,该文提出一种多阶段的IIDG故障控制方法,通过改变IIDG在特定时间窗口内的故障响应特性将其正序故障分量阻抗角控制为给定值,从而在微电网中构造出不依赖于IIDG功率输出策略的正序故障分量特征。基于Simulink的仿真结果验证了采用所提出IIDG故障控制方法时微电网故障方向识别的准确性。

不平衡零序电压快速精准抑制与电压消弧全补偿优化控制方法

作者：刘宝稳；曾祥君；张慧芬；马宏忠

摘要：现有配电网不平衡零序电压抑制方法需要多次注入电流,逐步跟踪抑制,存在控制过程复杂、收敛速度慢的缺点。当电网发生单相接地故障后,传统电压消弧法未计及电网三相对地分布参数不对称的影响,未能将故障相电压完全抑制为0,从而导致接地点存在残余电流,不能实现100%消弧。

该文在建立注入电流诱发配电网零序电压变化机制的基础上,实现了配电网自然不平衡电流的在线测量,论证了配电网三相对地分布参数不对称对接地点残余电流的影响,提出了仅需调节一次注入电流即可实现不平衡零序电压快速精准抑制和电压消弧全补偿的新方法,并给出接地故障判定、零序电压抑制与消弧的优化控制方案。理论和仿真证实,该方法在电网正常运行时无需多次调参而能将不平衡零序电压精准快速抑制为0,且当发生单相接地故障时具备补偿电网三相对地分布参数不对称产生的残余电流,可将故障相电压完全抑制为0,实现100%电压消弧全补偿。

有源配电网小电流接地故障暂态特征及其影响分析

作者：秦苏亚；薛永端；刘砾钲；郭雨豪；徐铭铭

摘要：随着“双高（高比例清洁能源、高比例电力电子装置）电网”的普及,逆变型与旋转型分布式电源（DG）接入配电网的渗透率越来越高,其对小电流接地故障暂态特征及暂态检测的影响尚需进一步明确。该文建立了有源配电网接地故障等效电路,研究了不同DG类型（旋转型、逆变型）、接入位置及接入数量时接地故障暂态特征的变化规律,并分析其对暂态选线/定位原理与装置性能的影响。

结果表明,由于DG接入不改变故障零模网络,现有利用暂态零模信号的选线与定位方法在原理上仍能适用;旋转型DG将使故障暂态电流的主谐振频率及幅值增大,衰减时间分布范围扩大,相应地,接地故障检测装置的采样频率与电流测量范围应适度增加。仿真验证了该文结果的正确性。

变压器故障样本多维诊断及结果可信度分析

作者：李典阳；张育杰；冯健；王善渊

摘要：电力变压器作为电力系统的核心设备,其安全稳定运行对于电力系统具有重要意义。电力变压器在线故障诊断是实现电力变压器实时状态分析的重要方法,油中溶解气体分析是最常用的电力变压器在线故障诊断方法。目前变压器故障诊断征兆优选多采用基于启发式算法的策略,虽然相较于遍历型算法简化了筛选流程,但仍需消耗大量算力。电力变压器融合故障诊断方面的研究多注重于整体诊断效果的提升,未关注单个样本诊断结果可靠性方面的分析。

为解决上述问题,该文提出一种结合数据分布的征兆自主离散及征兆自主降维优选、单事件多模型融合分析的变压器状态分析方法。经实例验证,该方法可以有效分析各征兆数据分布,进行征兆优选,可以从单个事件的角度给出变压器运行状态及可信度。

本质安全电路模拟储能元件潜在危险性分析及其本质安全判据

作者：孟庆海；田媛

摘要：对于本质安全电路,如果电路中含有有源阻抗变换电路,在判断电路的本质安全性能时,不仅要考虑实体电感和实体电容的作用,还要考核模拟电感和模拟电容的影响。该文在分析模拟电感和模拟电容的基本原理和端口特性的基础上,通过分别计算实体储能元件和模拟储能元件的能量,对其“潜在”的危险性进行了量化和分级。

并在此基础上,从本安电路的防爆安全性出发,利用评定本质安全电路安全性的参考曲线和数据,建立模拟电感和模拟电容电路本质安全性能评价判据,以达到正确评估模拟元件对本安电路防爆安全性影响的目的。

氢燃料电池有轨电车混合储能系统的节能运行优化

作者：高锋阳；张浩然；王文祥；李明明；高翾宇

摘要：针对燃料电池/超级电容/锂电池混合储能有轨电车能量管理中存在的等效能耗受负载随机性影响较大,无法保证全局功率分配最优的问题,同时为进一步提升燃料经济性,提出一种基于外部能耗的运行优化策略。

首先,将负载能量需求分为内部能源燃料电池的实时燃料消耗和外部电源锂电池/超级电容的电能消耗两部分;其次,旨在通过将等效能耗最小化策略的目标函数改写为最大化外部电源出力,以分担燃料电池的高功率负载压力,使其不需要评估等效能耗,从而达到增强对负载变载的鲁棒性,同时最小化实时氢耗的目的;最后,将所提优化策略与等效能耗最小化及状态机和功率解耦策略进行对比分析。

结果表明：在整个循环工况中,所提方法相较于等效能耗最小化策略燃料电池氢气消耗降低17.68g,峰值电流降低21.81A;相较于状态机和功率解耦策略氢气消耗降低39.04g,峰值电流降低56.9A,且母线电压偏移范围和各能量源应力均有显著改善。

考虑载荷抑制的风电场分布式自动发电控制

作者：姚琦；胡阳；柳玉；罗智凌；綦晓

摘要：为了优化风电场进行自动发电控制时风电机组承受的疲劳载荷,提出一种风电机组控制模型并将其应用于风电场控制。建立了一种多入多出的风机控制模型,同时控制转子转速和桨距角。在此基础上提出一种分布式控制框架的风电场控制系统,使得风电机组相互协调,并以改善疲劳特性为目标直接优化所有机组的转子转速和桨距角。仿真结果表明,该文提出的多入多出控制模型可实现对风电机组更加灵活有效的控制,结合风电场分布式控制框架,在完成自动发电控制（AGC）指令的前提下,风电机组疲劳载荷可以明显降低。

计及风电-负荷不确定性的风-火-核-碳捕集多源协调优化调度

作者：赵冬梅；王浩翔；陶然

摘要：随着核电技术的飞速发展,大容量核电机组接入电网是实现电力低碳环保的必然趋势,而负荷峰谷差的增大和间歇式电源渗透率的提高,迫切需要核电机组以灵活运行方式分担电网调峰压力。

首先,基于核电机组实际运行特点,线性化核电调峰深度;然后,分析综合灵活运行方式碳捕集电厂的“削峰填谷”特性,实现核电-碳捕集机组捆绑调峰;接着,引入模糊参数表征风电和负荷的不确定性,在计及核电调峰安全性和经济性的前提下,以各类机组联合总运行成本最低为目标函数,建立考虑风电消纳效益的风、火、核、碳捕集多源协调模糊优化调度模型;最后,通过仿真算例验证所提模型和方法的有效性。结果表明,该优化调度模型在保证核电安全运行的基础上,提高了电网调度柔性,实现了运行的经济性和低碳性。

基于“虚拟水库”的梯级水电现货报价单元组建方法

作者：张宏图；熊志杰；朱燕梅；黄炜斌；陈仕军

摘要：梯级水电之间存在高度耦合的时空水力联系,并且由于在流域中所处位置和调节能力多不同,各水电厂市场竞争力和报价灵活性出现较大差异,加大了现货市场投标的难度和风险。报价单元的组建有利于抵抗风险,但合作对象的选取是关键。

针对梯级水电现货报价单元组建问题,该研究以径流调蓄关系为依托,引入“虚拟水库”一词,构建了基于“虚拟水库”组建梯级水电现货报价单元的方法,并设计了完整的竞价流程。以24点市场为背景,基于购电、售电双方利益诉求建立了双层模拟模型,最后以四川省某流域“一库三级”梯级水电构建报价单元进行报价模拟,结果表明以“虚拟水库”报价单元参与市场可以提升各成员的市场份额,扩大报价空间,降低市场风险,提升市场净收益,同时降低用户购电成本。验证了基于“虚拟水库”组建报价单元的科学性和正确性。

基于占空比同步的电力电子变压器低压交流端口模式切换控制

作者：袁立强；高深；姬世奇；肖风良；吴明宽

摘要：多端口电力电子变压器是面向未来智能配电网的关键设备,正示范应用于新能源发电、交直流混合电网和数据中心供电系统中。当多台电力电子变压器集群运行时,能够提供互联、共享、互补、优化的能力,但需要互联端口模式切换控制的支撑。

该文依托电力电子变压器集群示范工程,提出一种基于占空比同步的交流端口模式切换控制,能够不依赖端口控制策略的同构性,而有效减小切换过程的暂态冲击。该文通过谐波线性化方法分析了并联逆变器系统阻抗特性,对切换过程中出现的振荡问题进行了分析,提出基于改进阻尼和分步同步切换策略,提高了切换过程的稳定性。在两台MA•A级电力电子变压器互联系统上,实验验证了所提控制的有效性。

基于暂态能量流的模块化多电平高压直流电网接地优化配置

作者：茆美琴；程德健；袁敏；陆辉；施永

摘要：对于采用架空线的基于模块化多电平换流器的高压直流（MMC-HVDC）电网,直流侧接地短路故障发生率高,严重危害电网安全。在各类影响因素中,接地方式对故障电流演化影响明显。该文从系统的宏观能量转移与耗散的角度提出了基于暂态能量流（TEF）分析的接地参数优化方法,对接地电阻、电抗参数及接地点位置等因素对MMC-HVDC电网直流短路故障电流的演化影响进行了分析。

该方法以TEF抑制率和抑制效率为优化目标,以直流电网中接地阻抗参数取值、接地点为优化变量,同时考虑了中性线电抗和故障点的影响。该文选取四端双极MMC-HVDC电网中的直流单极接地故障（PTGF）算例,基于PSCAD/EMTDC搭建了仿真模型进行分析和优化。仿真结果表明该参数优化方法能有效地指导接地参数的设计,抑制直流故障电流和健全极过电压。

高分子渗透膜在变压器油中溶解气体分析中的应用

作者：陈图南；马凤翔；王刘芳；韩冬；张国强

摘要：油中溶解气体分析是变压器状态检测最为常见且可靠的方法,油气分离技术则是溶解气体分析中重要的一环。在油气分离技术中,渗透膜是一种较为新颖且颇具前途的分离技术。相较于传统的油气分离方法,渗透膜技术具有结构简单、体积较小、免于维护等优点,因此该方法是油中溶解气体分析研究的热点之一。

该文首先对近年来应用于油气分离的高分子渗透膜材料及其结构进行了综述;然后,结合现有研究对几种常见的不同类型的高分子渗透膜进行归纳、总结和对比;最后,在总结当前研究的基础上,提出并讨论高分子渗透膜在变压器油中溶解气体分析领域中未来的发展方向。

直流和极性反转电压下石蜡基与环烷基 变压器油纸界面电荷积聚特性及动态过程

作者：张书琦；赵晓林；齐波；刘鑫；李成榕

摘要：以环烷基变压器油（N油）和石蜡基变压器油（P油）为研究对象,实测得到直流和极性反转电压下油纸绝缘空间电场和界面电荷动态过程。结果表明：恒定直流电压下,P油和N油纸界面电荷积聚速率和量值存在明显差别,P油油纸界面电荷积聚量为N油的0.86倍,电荷积聚速率小于N油的30%;极性反转电压下,极性反转时间对这两种油纸界面电荷动态特性影响较大,当极性反转时间1s时第一次极性反转后电场强度P油为N油的0.54倍,而当极性反转时间120s时P油为N油的1.65倍。

从不同于理化特性、电气参数等传统性能指标的角度揭示了石蜡基油和环烷基油对油纸绝缘空间电场时空分布的影响机制,即不同品类变压器油中载流子迁移特性不同,导致油纸界面电荷分布形态出现不同规律。该文研究成果可为换流变压器设计时合理选用变压器油、校核优化绝缘结构提供新的思路方法和指导依据。

基于加速鲁棒特征的含噪局部放电模式识别

作者：李泽；王辉；钱勇；黄锐；崔其会

摘要：由于变电站现场环境复杂多样,实测的局部放电（PD）数据存在大量的干扰信号。为提高含噪PD类型识别准确度,提出一种基于加速鲁棒特征（SURF）和改进支持向量机（BFO-SVM）的PD模式识别方法。

首先,将单源PD数据与噪声及干扰数据叠加形成染噪PD数据,并构造脉冲序列分布（PRPS）模式;然后,利用SURF算法自动提取PRPS灰度图像的特征点及特征描述符,结合词袋模型思想和K-means聚类方法生成不同PD类型的视觉单词频率特征;最后,将提取的特征量输入BFO-SVM分类器,并将该算法与基于灰度梯度共生矩阵（GLCM）的特征提取方法和传统SVM优化算法的识别效果进行对比。

结果表明：该算法在高幅值白噪声背景及典型干扰环境中具有较高的识别准确率及较强的抗干扰能力。研究结果可为现场PD检测和识别提供参考。

功率器件高电压封装用复合电介质灌封材料研究

作者：李俊杰；梅云辉；梁玉；唐新灵；陆国权

摘要：封装绝缘材料是电力电子器件中最主要的绝缘组件,它的特性决定了高电压功率器件的适用性。该文提出了一种添加纳米级颗粒碳化硅的硅凝胶复合电介质材料,该新型硅凝胶基复合电介质材料具有显著的非线性电导特性,文中首先研究了其中碳化硅填充颗粒的掺杂比例和服役工作温度对其直流电导特性的影响规律。随后,采用制备的新型硅凝胶基复合电介质研制了耐高电压的封装功率模块并进行了局部放电测试实验。

实验结果确认了提出的新型复合电介质对于功率模块封装的绝缘耐受电压具有明显的改善效果。60%碳化硅颗粒填充比例下,该复合电介质可显著降低功率模块内部电场强度。其中,模块局部放电起始电压可提升42.03%。最后,本文还验证了该新型复合电介质材料的热氧老化抗性及抗温度冲击可靠性。