《高电压技术》网络首发2024年9月（下）

SF6因其优良的绝缘性能被广泛应用于各种高压电气设备中，但SF6是一种强温室效应气体，对SF6进行降解可极大的减少SF6对大气的危害。本文基于脉冲介质阻挡放电等离子体技术协同外加气体O2和H2O对SF6进行降解处理。研究表明：O2的加入对放电电流有促进作用，适量O2的加入可有效促进SF6的降解；随着外加O2含量的增加，SF6降解率和能量效率先上升后下降；2%的SF6在输入功率45W，气体流速为50ml/min的条件下，O2含量为1%时反应体系获得最高降解率和能量效率，分别为58.40%、5.24g/kWh。在SF6/Ar/O2/H2O体系，H2O的加入可提高SF6的降解率，当加入1%H2O时，SF6具有最优的降解效果，而随着H2O含量的继续增加，SF6降解率逐渐降低；在1%H2O和1%O2加入时，SF6具有最优降解率，此时SF6降解率和能量效率分别为89.7%和8.05 g/kWh。此外，O2的加入会抑制SO2的生成，而H2O的加入会促进SO2的产生，同时随着H2O含量的增加，SO2F2的产物选择性逐渐降低；在SF6/Ar/O2体系中，SO2F2与SOF4为降解产物中的主要组成部分，还存在SOF2、SO2、SiF4、SF4等分解产物。本文根据红外光谱图和分解产物详细分析了O2参于下SF6的分解路径。 

高频快前沿纳秒脉冲在电网设备检测、等离子体射流、材料优化改性等方面应用广泛。基于LC谐振升压和反向快速截断的二极管开断电路(Diode Opening Switch，DOS)可在不同应用场景下产生超短纳秒脉冲，但谐振网络振荡持续时间制约其运行频率理论极值，且高频输出下剧增的电阻损耗严重影响电源安全稳定运行。本文开展模块化频率叠加高频超短纳秒DOS电源拓扑研究，建立考虑二极管寄生参数的DOS电路模型，明确高电压增益谐振网络参数配置，减小开关导通/关断电压、电流应力；设计模块化磁隔离级联电路，探明隔离电感参数最优区间，实现单级模块高幅值运行；提出多级模块化频率叠加控制策略，提升电路能量转化效率，突破传统DOS电路高频运行极值。实验结果表明，单级运行时，输出脉冲幅值高达1 860 V（变比增益10.3），半高宽7.0 ns；在模块化运行下，能量转化效率提高320%，负载端脉冲波形重复频率高达10 MHz，实验结果与理论分析相符。

在两级式AC-DC变换器中，前级功率因数校正（power factor correction， PFC）固有的瞬时功率波动特性会造成母线电压存在二倍频纹波，影响后级CLLLC谐振变换器的输出电压质量。为抑制母线电压纹波对后级的影响，通常在母线电压侧并联无源或有源解耦电路加以抵消，但是额外的硬件电路增加了变换器整体结构和控制算法的复杂度。针对以上问题，本文从控制方面入手，提出基于二阶广义积分（second order generalized integral，SOGI）的可变增益母线电压纹波前馈控制方法。采用SOGI提取母线电压纹波信息，基于品质因数Q与电压增益的关系和母线电压纹波对归一化频率的影响，解析了母线电压纹波对CLLLC谐振变换器输出电压的影响机理，得到Q值与前馈增益系数Ka的关系，采用仿真寻优加数据拟合的方法得到前馈可变增益系数曲线。仿真和实验表明，相比于无前馈控制，本文所提控制方法对CLLLC谐振变换器的输出电压纹波具有较好的抑制效果，输出电压纹波降低了72%，验证了本文所提算法的有效性。

高压、大容量发电机断路器是发电厂的关键电力开关设备，其额定电流与故障电流均超出了单个真空灭弧室的容量极限，需并联多个真空灭弧室。针对真空多断口并联动态燃弧过程中的均流问题，搭建了真空燃弧实验平台，开展了40kA-80kA大电流燃弧实验，并用高速摄影仪同步拍摄电弧形态。根据大电流真空电弧的伏安特性将燃弧过程划分为瞬态起弧阶段、电弧演变的非稳定阶段和电弧演变的稳定阶段，详细分析了电弧形态、电流等级对伏安特性的影响规律。提出了基于不同燃弧阶段下伏安特性的大电流真空电弧的电路模型，电弧电压的仿真误差最大仅为弧压极值的4.99%。之后，建立了大电流真空多断口并联均流的仿真拓扑，研究了起弧延时和支路阻抗对动态均流的影响规律，并阐明了最佳起弧延时的绝对值会随着静态均流系数的降低而提高。最后，开展了100kA真空多断口并联均流实验，成功实现了较好的均流效果，也验证了本文所提模型的预测能力。本文结论将为高压、大容量GCB开断性能的提升奠定基础。

频率响应分析法（Frequency Response Analysis，FRA）是一种有效检测变压器内部绕组变形故障的方法。然而，在传统的FRA方法中，通常仅使用幅值响应来解释FRA特征，而相位响应的重要性尚未得到充分重视。针对以上问题，本文提出了一种基于频响重构和数字图像处理的变压器绕组变形故障诊断方法。该方法首先将频率、幅值和相位元素融合在一个三维坐标图中，并应用图像处理技术进行纹理分析特征提取。随后，利用图像平方和比误差（ISSRE）的三角坐标统计图实现了故障类型分类，并总结了绕组故障类型判别的参数化阈值指标。然后，基于极坐标频率响应特性，提出了能够识别绕组故障程度的定量化指标图像平方和最大-最小比误差（ISSMMRE）。最后在一台定制电力变压器上进行了各种故障的实验验证，证明了该方法的有效性和可行性，为FRA方法的改进和自动化提供了新的思路和方法。

中频变压器是电力电子变压器的核心磁性元件，起电气隔离和电压变换的关键作用。对中频变压器绝缘结构进行优化设计可以有效提高变压器的绝缘可靠性和功率密度，得到了研究者的广泛关注。本文提出了一种基于C-MOEA/D约束多目标优化算法的中频变压器绝缘结构全局优化设计方法。文章首先根据中频变压器绝缘结构特点给出优化总体流程并提出使用基于非支配排序和参考向量的遗传算法C-MOEA/D对绝缘结构参数优化。针对优化过程中存在的难题，首先构建了中频变压器二维电场分析参数化模型，以三维模型为基准，分析对比了其计算精度;其次通过拉丁超立方采样和基于方差的灵敏度分析方法确定影响最大场强的关键结构参数，固定灵敏度低的结构参数实现参数化模型决策变量降维；随后，根据中频变压器隔离电压波形搭建绝缘材料击穿场强测试平台，确定其常用绝缘材料的击穿场强并给出绝缘约束条件。最后本文以最大场强和体积为目标，对一台25kV中频变压器的11个绝缘结构参数进行优化设计应用。优化结果表明：与原设计相比，最大场强下降19.6%、体积减小23.9%。

现场发现，电缆附件交联聚乙烯-硅橡胶界面的涂敷硅脂会干化，最终引起附件故障。干化的关键原因在于硅橡胶吸收硅脂，为了阐清电缆附件硅橡胶和硅脂的相容性以及溶胀对硅橡胶性能的影响，为此本文首先从硅脂结构性能、温度、直流电场和硅橡胶扩张应变多方面分析硅橡胶对硅脂的吸收特性，然后利用现代材料分析方法研究吸收硅脂进程对硅橡胶性能的影响规律。文中定义系数P表示硅脂综合性质的特征参数，该系数由硅油分子量、极性大小和硅脂含油率共同决定，结果表明选择系数P较小的绝缘硅脂可减缓硅橡胶溶胀程度，而高温、正直流电场以及硅橡胶高扩张应变均会加剧溶胀现象，最终使得硅橡胶交联密度、活化能以及体积电阻率、介电性能、击穿强度均有一定下降，材料的表面电位和陷阱特性也受到影响。

盆式绝缘子气-固界面的沿面闪络是GIS绝缘失效的重要形式之一，严重威胁特高压输电系统的安全运行。为提升盆式绝缘子的沿面直流闪络性能，本文采用真空紫外改性技术对盆式绝缘子环氧复合材料进行处理，采用表面电位测试和量子化学分析等多种手段获得真空紫外改性后环氧复合材料的分子间距、密度、热稳定性、能带结构、陷阱能级、表面电荷分布和直流沿面闪络电压，揭示紫外辐照改性直流沿面闪络的内在机理。结果表明，经真空紫外处理12 h后，环氧复合材料在SF6中直流闪络电压提升17%。+20 kV异极性充电6 h后，闪络电压提升24%。且试样放置6个月后，直流闪络电压衰减幅度小于2%，具备良好的长期稳定性。通过分析试样陷阱能级及电荷输运特性，发现真空紫外处理促使环氧分子链在高能光子辐照下发生交联反应，使得环氧分子的LUMO能级降低，引入大量深陷阱，带来陷阱深度和密度显著增高。陷阱能级提升导致大量同极性电荷聚集在电极附近，进一步阻碍载流子注入，导致直流闪络电压的提升。以上建立的真空紫外辐照-电荷输运-沿面闪络的关系表明，本文真空紫外辐照策略有望成为提升直流闪络性能的重要工程手段。

构网型储能的有功控制可为系统提供有效的频率支撑，但并联机组间控制策略不协调时，会引发荷电状态(state of charge， SOC)不均衡、低频振荡等问题。为此，首先建立了并联构网储能系统的状态空间模型，分析了控制参数对系统的频率稳定、振荡抑制等性能的影响，并研究了并联机组间的有功分配机理。在此基础上，提出了适用于并联构网型储能系统的协调有功控制策略。最后，利用Matlab/Simulink的数字仿真与基于RT-LAB的硬件在环平台验证了所提出控制的有效性。研究结果表明：所提方法在保证频率安全稳定的基础上，有效实现了并联储能机组间SOC均衡、功率分配优化以及振荡抑制的效果。

电力系统暂态电压稳定评估是支撑系统安全稳定和高效运行的基础之一。高比例新能源接入情况下电网随机性和复杂程度大幅提升，现有基于模型驱动和基于数据驱动的暂态电压判别方法建模困难和缺乏机理支撑的弊端日益明显。针对上述方法的不足，提出一种基于网络无功能量幅值最大李雅普诺夫指数的暂态电压稳定评估方法，实现了模型驱动和数据驱动的优势融合。首先，通过对系统响应轨迹积分，构建了基于响应信息的网络能量函数；然后，定义电压与网络有功能量和网络无功能量的相关系数，进而提取出网络无功能量为电压主导项；接着，根据暂态电压稳定与网络无功能量幅值变化率-网络无功能量差值的内在联系，并结合相空间重构理论，将暂态电压稳定问题转换为电压受扰最严重节点所在关键支路网络无功能量差值的最大李雅普诺夫指数曲线分析问题，实现系统暂态电压稳定性判别；最后，通过修改后新英格兰10机39节点算例和机电暂态标准算例CSEE-VS的仿真分析，验证了所提方法的准确性和有效性。

虚拟同步机（virtual synchronous generator， VSG）在模拟同步机摇摆特性的同时也引入了低频振荡问题。通常，较小的阻尼系数便能为同步机提供有效的阻尼，VSG则需要设定较大的阻尼系数才能维持稳定，而这种较大的阻尼系数将带来不期望的下垂特性。为此，首先对比了同步机和VSG的阻抗模型与阻尼转矩方程，揭示了同步机暂态/次暂态电抗提供正阻尼、VSG电压外环产生负阻尼的机理。在此基础上，模拟同步机的正阻尼机制设计VSG动态虚拟阻抗，并利用H∞控制对参数进行整定虚拟同步机阻尼增强控制（damping ehancement control， DEC）。最后，通过基于Matlab/Simulink的数字仿真和基于RT-LAB的硬件在环仿真验证了所提控制的有效性。研究结果表明：与传统方法相比，所提DEC在不改变VSG下垂特性的情况下也能够有效抑制低频振荡，且在强/弱电网下都具有良好的鲁棒性。

为了探究分布式发电系统中多台并网逆变器并联运行时由于载波相位异步导致的环流谐振问题，提出了一种考虑载波相位的并网逆变器多机并联系统建模与稳定性分析方法。首先，使用了小信号扰动法建立了考虑正弦脉宽调制(sinusoidal pulse width modulation， SPWM)环节边带效应影响的并网逆变器两频率模型，分析了载波相位对并网逆变器多机并联系统中环流的影响。当并网逆变器载波相位不一致时，系统中会存在环流。接着，在两频率模型的基础上使用广义奈奎斯特判据分析了弱电网下并网逆变器多机并联系统环流的稳定性。分析结果表明：所提的分析方法可以准确分析并网逆变器多机并联系统环流产生机理和稳定性，为分布式发电系统的稳定运行、故障分析与更进一步研究打下基础。

为满足实际工程中利用气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear， GIS)中局部放电特高频(ultra-high frequency， UHF)传感器记录电力系统故障波形及故障定位等宽频带暂态电压测量的需求，本文设计了针对GIS局部放电传感器的低压臂电路，并对其特性进行了试验研究。在分压部分，采用了两级电容分压的方法以兼顾高分压比和高频特性的需求。在改进低频性能方面，本文在第二级分压输出信号后接入了阻抗变换模块。为过滤由传感器自身结构导致的高频振荡，在阻抗变换模块后接入了四极点Sallen-Key低通滤波器。测量系统的低频特性可通过测量其放电时的指数信号下降时间确定，此外，设计了阶跃信号发生器并通过阶跃响应获得了测量系统的高频截止频率。经过测试，该发生器的输出信号上升时间小于5 ns，输出电压从5000 V至30000 V可调节。经过试验测试，本文测量系统实现了带宽为0.14 Hz～9.1 MHz的宽频带暂态电压测量。

虚假数据注入攻击严重威胁电力信息物理系统的安全，而传统攻击检测方法由于没有考虑量测数据间的拓扑并且特征提取能力差，无法精确识别攻击并定位受攻击节点。因此，本文提出一种基于图注意力与多尺度并行融合卷积模型的虚假数据注入攻击定位检测方法。该方法通过图注意力网络动态捕捉量测数据间的拓扑关系以提升检测方法的定位检测性能；采用结合注意力特征融合模块增强的并行卷积神经网络提取数据的多尺度特征进一步提高检测方法的学习能力和泛化能力，以实现高精度的定位检测。通过在IEEE-14节点测试系统和IEEE-57节点测试系统中进行评估研究，与现有的定位检测方法相比，本文所提出的方法具有更优的F1值，分别高达98.40%、95.29%。因此，该方法能够更好地对虚假数据注入攻击进行定位检测。

为提高油浸式电力变压器绕组温度的计算效率，本文提出了一种融合离散节点温度与非侵入式本征正交分解(proper orthogonal decomposition，POD)的快速计算方法。首先，采用POD方法建立绕组温度计算的降阶模型，获得反映绕组温度场分布特征的降阶模态；然后，选取场域内若干离散节点，建立节点温度与绕组工况相关的响应面模型；最后，借助降阶计算模型构建离散节点温度与绕组全场域温度之间的数学关系，实现从绕组工况到离散节点温度，再到全场域温度的快速反演。利用所提方法对一110 kV油浸式变压器二维绕组传热模型进行分析，算例结果表明，温度场的最大平均绝对误差不超过0.49 K，最大平均相对误差不超过2.69%，热点温度最大误差不超过1.72 K；绕组温度分布计算时间仅为0.78 s，相较于全阶计算效率提升近千倍，充分说明了该算法的准确性与高效性，对变压器高精度数字孪生模型的建立具有重要意义，为实现数字孪生模型对物理实体的快速感知和主动预警提供了新思路。

柔性直流配电网以其在分布式源储并网领域的显著优势得到了广泛关注，短路电流计算是实现柔直配网保护的基础。而现有研究多针对局部网络及特定故障类型，缺乏适用于柔直配网全网、计及交直流交互的短路电流计算方法。本文结合全控型换流器等效电路，提出柔性直流配网不对称故障短路电流计算方法。该方法以全控型换流器为依据，建立计及换流器交直流两侧电气约束量的转移矩阵，并根据转移矩阵求解柔直配网系统内的各节点电压，根据叠加原理推导柔直配网全网的不对称短路故障时的短路电流计算方法，最后，在PSCAD/EMTDC中建立柔性直流配网模型，验证了所提方法的正确性。