《高电压技术》网络首发2024年9月（上）

多路并联是发电厂侧真空断路器（VacuumCircuitBreaker-VCB）的发展趋势，并联导致的邻近效应和磁偏弧现象影响着VCB开断性能。首先，进行6路并联VCB有限元仿真，研究开断过程中邻路横向磁场（Transverse Magnetic Field-TMF）作用下触头片的邻近效应和真空电弧截面的TMF分布。为了屏蔽邻路TMF，设计了一种非等厚铝屏蔽罩，并研究了铝屏蔽罩在开断过程中的磁场分布特性和额定工况下的涡流损耗特性，基于该特性，构建了以屏蔽罩开口处厚度、中部厚度、半径和长度为输入，电弧截面TMF分布的径向不对称度和屏蔽罩涡流损耗分别为输出的RBF（Radial Basis Function Neural Network）神经网络模型，并结合NSGA2优化算法（Non-dominated Sorting Genetic Algorithm-II）对屏蔽罩结构进行优化。结果表明：当屏蔽罩开口处厚度为14.50mm、中部厚度为5.53mm、半径为110.12mm、长度为258.81mm时，屏蔽罩具有较 高的屏蔽能力和较小的涡流损耗。最后检验了铝屏蔽罩在VCB开断过程中的瞬态屏蔽能力，结果表明：铝屏蔽罩对于三相短路故障开断时的邻路横磁具有较好的屏蔽效果。 

针对电动汽车和氢燃料电池汽车电氢需求与新能源发电之间存在时序上供需不平衡导致电网调峰困难和弃风弃光并存等问题，提出一种基于共享氢储能的电氢制充注一体站日前经济优化调度方法。首先，建立了基于共享氢储能的电氢制充注一体站与工业用户协调运行框架；其次，基于蒙特卡洛随机抽 样法计算电氢制充注一体站中电动汽车与氢燃料电池汽车日电氢需求；接着以共享氢储能日运行最小成本为目标，通过协调电氢制充注一体站与各用户之间的氢使用量，满足汽车和用户能量需求；然后，将接入共享氢储能站与其他场景对比，得出共享氢储能在满足电动 汽车与氢燃料电池汽车电氢需求的同时，减轻电网负荷压力。最后，对共享氢储能站的服务费定价与氢储能站年服务费收益、投资回收年限和投资回报率的关系进行了分析。

近年来，纳秒脉冲电场（nanosecond Pulsed Electric Fields，nsPEFs）作为一种潜在的癌症治疗手段备受关注。本研究旨在探究纳秒脉冲电场对黑色素瘤的治疗效果，并研究其诱导黑色素瘤细胞焦亡及激发机体免疫的生物效应。本文选择B16F10（小鼠皮肤黑色素瘤细胞）作为实验对象，采用nsPEFs（200 ns、1 Hz）对体外和体内的肿瘤细胞进行处理，并通过细胞学、分子生物学和免疫学技术来评估细胞的生存状态、焦亡情况，细胞中的相关蛋白和分子以及免疫相关分子的表达水平。实验结果表明，nsPEFs刺激后细胞膜表面起泡，膜通透性增加，剪切的Caspase-1和剪切的GSDMD蛋白表达增加，说明nsPEFs刺激可有效诱导黑色素瘤细胞发生焦亡；免疫损伤相关分子(DAMPs：如钙网蛋白（CRT）、热休克蛋白 70（HSP70）和高迁移族蛋白（HMGB1）)的表达提高，表明nsPEFs引起的细胞死亡具有免疫原性；受nsPEFs刺激后，肿瘤体积 逐渐消融，大量活化的树突状细胞（DCs）、CD8⁺ T细胞在肿瘤组织中出现。血清中IL-12、TNF-α、IFN-γ表达升高，而IL-10和TGF-β1表达降低，提示小鼠可能通过相关因子的释放激发免疫响应路径，在nsPEFs消融后参与抗肿瘤效应；肿瘤挑战试验发现，在特异性免疫应答的伴随下，nsPEFs刺激组的肿瘤生长受到明显抑制。结果表明nsPEFs具有抗黑色素瘤作用，并可短期激发机体免疫系统来增强治疗效果。 

直流线路电晕效应引发的电磁环境问题是线路结构设计和导线选型的关键制约因素，而目前针对海拔高度对负极性直流电晕效应影响的研究，大多未能将放电微观过程和宏观特性相联系，相关机理和规律尚不完善。基于流体动力学理论，文中分析了海拔对电晕放电参数及微观特性的影响；利用小电晕 笼和高频电流测量系统，在20m ～ 4320m范围内7个不同海拔点进行试验，采集了不同海拔下包括电晕电流脉冲、无线电干扰和可听噪声水平等在内的放电宏观特性参数数据，并获得了考虑海拔影响的电晕效应拟合函数关系。结果表明：海拔升高，电晕电流脉冲幅值和重复频率均增大。电晕电流平均值与导线表面场强的幂函数成正比，比例系数为海拔高度的分段线性函数。无线电干扰和可听噪声也增大，与电晕电流平均值之间呈幂函数关系，且随海拔高度变化而变化。

微等离子体射流具有较高的等离子体密度和处理精度，广泛应用在纳米材料制备、精密加工和表面刻蚀等领域，然而开放环境中大气压微等离子体射流特性的调控方法和机制尚不明晰。本文搭建了大气压微等离子体射流源及原位诊断系统，实现了直径为50～200 μm的大气压氩气微等离子体射流，并通过电压电流波形、射流图像和发射光谱分析了毛细管内径、气体流量、施加电压对微等离子体放电特性、射流长度、气体温度以及电子密度的影响。结果表明：减小管径可以降低气体温度和射流长度并增大击穿电压和电子密度；当射流处于层流和过渡模式的临界状态时 ，微等离子体射流性能最佳；增加施加电压可以增大射流长度、气体温度和电子密度；气体温度、电子密度分别由射流比表面积和输入能量密度决定，活性粒子沿径向扩散降低了射流长度和电子密度。研究成果揭示了宏观参数调控开放环境中大气压微等离子体射流特性 的规律和机制，对微等离子体射流的应用具有重要意义。

空心电抗器作为电网中抑制过电压、滤波、无功补偿的重要电力设备，苛刻的运行环境对电抗器长期运行稳定性有更高的要求。由于传统的电抗器设计方法方式及制造工艺差异，使得部分设计的电抗器包封间出现环流现象，需外部调匝线圈，增加了电抗器的薄弱点；同时由于传统设计方式中为了降低 高寒地区大温差工作环境下包封绝缘出现开裂的风险。为了从根本上解决包封间环流及绝缘开裂这一技术难题，本文从电抗器电磁结构优化的角度出发，将小圆线并绕结构的常规视角转变至单组合导线串绕的结构方式上，构建了全新的电抗器电感值计算非线性方程组， 并采用等温升约束条件及多端起头方式，实现了空间结构对称的无环流电抗器电磁结构的设计。最终通过等长绕线、强化匝间绝缘、减小包封绝缘厚度的设计思想，实现了首套无环流电抗器的电磁结构设计。设计完成的首套10kV串联空心电抗器通过了型式及特殊试验， 并在我国东北地区冬季成功挂网运行，相比与传统电抗器，新型无环流电抗器体积减小了40%、温升降低了32%，本文提出的新型无环流电抗器的设计方法及设计思想将为我国空心电抗器高端制造提供新的设计形式，这对于保障高寒地区空心电抗器的长期运行可靠性具有 重要意义。

直流汇集型风电场为“沙戈荒”新能源送出提供了一种可行方案。然而，其核心设备直流变换器亟须突破功率低、电压受限等技术瓶颈。为了克服上述问题，实现伪双极直流汇集系统与真双极直流送出系统的互联，提出了一种具备短路电流限制能力的双极直流变换器。首先，分析了所提变换器的拓扑 运行原理及参数设计方法，并提出了与之相匹配的控制与调制方法，然后对该变换器的故障电流阻断过程进行了研究。最后，通过MATLAB/Simulink软件搭建模型，验证了所提逆阻自均压型模块化多电平直流变换器拓扑结构和控制策略的可行性。研究结果表明，所提双极直流变换器能够匹配伪双极风电场与真双极送出线路两端运行方式的差异，并能快速阻断故障电流。

积水环境下的中压电缆接头早期故障已严重影响配电网的可靠运行。对于现有研究中电缆接头早期故障识别方法的可解释性差问题，本文根据实际运行场景设计了积水环境下的电缆接头早期故障实验，得到早期故障场景构成与变化过程。据此将早期故障分为开始、主体两个阶段，并分析得到早期故障 存在如电流幅值、持续时间、损伤累积、阶段间频谱差异等时域、频域特征。本文在此基础上提出了早期故障识别装置结构及配套的识别逻辑，识别逻辑包含计时阈值检测、连续性检测、谐波采样、谐波含量比较与重复性检测五步。随后基于实测故障数据进行了识别逻 辑验证。验证结果表明，文章提出的识别逻辑可有效筛除其他干扰信号，有较高的准确率。

针对高海拔多环境因素影响下输电线路无线电干扰预测精度不准的问题，本文提出一种基于变分模态分解的卷积神经网络–双向门控循环单元–注意力机制的组合预测模型。首先，在海拔2420 m搭建了长期观测站，采集了无线电干扰与周围环境因素数据，采用皮尔逊相关分析对无线电干扰及其环境因 素数据进行筛选；其次，针对无线电干扰数据具有非线性的特点，采用变分模态分解对其进行分解，得到一系列相对平稳的子序列；然后，将各子序列作为组合模型的输入，把卷积神经网络和双向门控循环单元网络相结合，并引入注意力机制为双向门控循环单元网络的 隐藏层分配相应的权重。同时，为提高模型预测性能，利用鲸鱼优化算法来对双向门控循环单元网络的两个超参数进行寻优，得到最优参数组合。最后，将各子序列预测结果叠加重构得到最终无线电干扰预测结果。结果表明，本文所提方法在单步预测上的RMSE、MAE、MAPE为2.134、1.125、0.594，并且在多步预测中相较于其他模型具有更准确的预测结果。

多端柔性直流输电线路行波单端量保护存在远端经高阻接地时灵敏度较低的问题。首先，本文分析柔性直流输电线路区内、外故障时线模电流行波的特征，根据正方向故障时电流前行波暂态能量小、反行波暂态能量大而反方向故障时两者相反的特征构建方向判据；其次，通过线路传递函数的构造，分 析不同故障发生时保护安装处的故障电流首行波表达式。在此基础上，利用实测信号进行参数辨识，根据区内故障时区外行波表达式辨识不准确以及区外故障时区内行波表达式辨识不准确的特征，构造区内外故障识别判据；最后，基于正负极电流故障分量的加权比值实 现故障选极。PSCAD仿真结果表明，该方案能够可靠地识别线路区内外故障，在高阻故障时具有较高灵敏度，并且具有一定的抗噪声干扰能力。

提高配电台区分布式光伏的监测能力对配电系统安全运行、电力分配和需求响应等任务具有重要意义。然而，台区绝大部分用户侧的分布式光伏不具备直接量测条件，无法实现对台区光伏发电功率的准确计量。针对这类问题，提出一种基于高斯混合模型(Gaussian Mixture Model， GMM)与参考光伏模 型的双层优化方法，通过使用台区总功率和少量参考光伏发电功率来识别并分解出台区光伏发电功率。首先，依据台区光伏出力特性，设计了权重动态时间规整(Weighted Dynamic Time Warping， WDTW)对台区总功率进行聚类，识别两类光伏发电状态下的台区总功率数 据，实现对负荷用电功率数据的近似生成。然后，针对负荷用电功率的分布特征，设计了一种由多组高斯分布组成的GMM模型，实现对日夜间负荷用电功率联合分布的模拟。最后，基于负荷联合分布和参考光伏等值模型的构建，采用考虑极大似然估计的二次序列优化双层调优方法分解得到台区光伏发电功率。研究结果表明，与其他方法相比，所提模型在实际工况下具备更高的光伏发电功率分解精度。

为了解决高渗透分布式光伏(distributed photo-voltaic，DPV)接入交直流配电网引起的电压越限问题，以及现有集中电压优化模式无法满足配电网实时优化需求的问题，提出一种多时间尺度的分布式电压优化方法。首先，采用改进的模块度函数对交直流配电网进行集群划分，建立日前长时间尺度集 中电压优化模型，对模型进行优化处理，优化长时间尺度电压调节设备以及柔性负荷的出力计划；然后，在日前优化的基础上，建立日内短时间尺度的分布式电压滚动优化模型，根据集群划分结果，采用同步交替方向乘子算法进行求解，减小日内的电压波动；最后，在 修改的50节点的交直流混合配电网中进行仿真分析。结果表明，所提的电压优化方法能有效改善电压越限的情况，并提高DPV消纳量。

现有并网导则要求新能源机组短路故障期间输出与并网点压降成比例(K系数)的无功电流，使机组在低电压穿越期间支撑并网点电压，但在某些故障情况下，例如三相接地短路故障时采用固定K系数仍可能发生同步失稳。为此该文重点研究了基于K系数的低穿控制策略对暂态同步稳定性的影响，并提出一种改进的故障穿越控制策略。首先，从静态平衡点和动态稳定域的角度分析了低穿控制作用下的K系数可行域，阐明了由K系数导致的变换器暂态同步失稳机理，指出K系数与频率之间的负相关关系。在此基础上，提出一种基于自适应K系数调整的故障穿越策略，可确保新 能源机组暂态过程中存在平衡点，并提升了故障期间暂态同步稳定能力。通过仿真以及StarSim控制在环实验验证了所提策略对于提升并网变换器暂态同步稳定性的有效性。

光伏发电系统的不确定性和波动性使得准确预测光伏发电量成为提高系统效率的关键挑战之一。相对于单站点光伏预测，光伏群体预测能够在一定程度上提高整体预测精度，从而有效服务于省级电网电力电量平衡。此外，通过多阶段级联模型的思想将群体预测模型分成2个阶段，能够加快训练的收敛速度。为此，首先根据数值天气预报(numerical weather prediction，NWP)使用混合2种神经网络的短期光伏预测模型来对每个站点进行光伏预测，并使用多通道模型输出各站独立的预测值；在上一阶段的模型训练完成后，保留第1阶段学习到的特征，再进行下一阶段的模型训练，即利用一个全连接层建立单站预测与群体预测之间的映射关系，以建立更精准的发电量预测模型。通过对比实验验证发现，所提方法的误差比单站点预测降低了近1%，且两阶段模型比单模型训练时长短，说明两阶段光伏功率群体预测方法比传统预测方法表现出 了更好的性能。

全功率风电变流器的跟网/构网 模式切换是提高其电网强度适应性的一种有效方式。直流电压同步的构网方案由于需要控制直流电压，在切换时易产生严重的直流电压暂态冲击，从而引发直流撬棒误动作，进而会降低硬件使用寿命。为此，首先通过矢量分析法确定了平滑模式切换原则，结合切换扰动 对直流电压的传递函数和切换扰动本身两方面分析了直流电压暂态冲击的成因。然后，基于该分析，提出了直接切换方案以解决稳态工作点的阶跃扰动问题，但仍存在电流指令随机扰动的问题。进一步，提出了延时切换方案，通过延迟切换信号使得电流指令扰动最小化 。RT-LAB硬件在环实验表明，直接切换方案能够大幅改善直流电压的暂态冲击，延时切换方案能进一步保证切换过程平滑无波动。

为提升送端电网的惯量水平并增强其应对不确定性的能力，提出一种计及惯量提升并应对多阶段不确定性的输-储协同规划模型。首先，基于鲁棒优化的思想并结合N-1准则，对电力系统节点惯量计算方法进行改进，并建立多资源协调参与频率响应模型；其次，提出多目标多阶段随机-分布鲁棒输-储协 同规划模型，第1阶段以送端电网惯量提升及经济性最优为目标，制定输电网储能规划方案，第2阶段制定外送以及日前调度计划，第3阶段对日前调度结果进行修正；最后，通过IEEE 14节点直流送端电网和IEEE RTS-79节点多直流送端电网进行验证。结果表明，改进的节点惯量计算方法可以更好地识别系统中的脆弱节点，提高了规划结果的鲁棒性；所提的不确定性模型，可以避免得到保守或者冒进的规划方案，兼顾规划结果的鲁棒性和经济性。

变电站避雷器在地震作用下具有较高的易损性。2023年12月18日，甘肃积石山发生M_S 6.2级地震，造成750kV变电站的避雷器破坏。为了研究750kV避雷器的地震破坏机理，本文对该变电站进行了震害现场调研，给出了避雷器不同的破坏现象和地震易损性，采用有限元分析模拟地震作用下避雷器的地震响应，分析震害机理，给出抗震性能提升措施。结果表明：避雷器的破坏模式有根部法兰处瓷套断裂、顶部导线牵拉变形、以及相邻设备碰撞引起的短路故障等；避雷器瓷套根部的应力响应随着支架刚度的增加呈现出先下降后保持水平的趋势，电流互感器-避雷器耦联结构的基频差异导致设备顶端相对位移过大进而引起导线牵拉破坏；采用格构式钢支架和减隔震装置可以增加避雷器的地震安全系数，提升电气设备的抗震性能。

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。