抢鲜看｜《电工技术学报》2024年第21期目次及摘要

作者：李佐光；张展；魏绍清；秦经刚；周超

摘要：二代高温超导稀土钡铜氧（REBCO）带材因其具有优异的临界电流密度、高上临界场、高临界转变温度等优点，已逐渐应用在电力交通、科学仪器、聚变能源等高新技术领域。然而，REBCO高温超导带材具有极大的高宽比（超导带材宽度与厚度的尺寸比），使得其在应用过程中具有较大的交流损耗和较明显的屏蔽电流效应。为避免高宽比造成的影响，将REBCO带材中的超导层采用不同制备技术细分为平行且极窄的“芯丝”，从而将REBCO带材改性为REBCO“多芯带”，目前该领域研究已成为国内外研究者们的关注热点。该文综述了国内外在REBCO带材多芯制备方法与相关性能研究方面的研究进展。基于目前的制备技术，重点综述了商业化带材多芯改性技术（激光切割、机械切割和化学刻蚀）和REBCO多芯带直接成形技术（喷墨打印、机械划痕、两级轮廓衬底）的制备工艺技术对其性能的影响，总结并论述了目前REBCO多芯带材制备技术存在的主要问题及今后的发展方向。

作者：迟明珺；马西奎；马亮；朱晓杰

摘要：时程精细积分（PITD）法是一种全波电磁数值方法，具有相当宽松的数值稳定性条件，且数值色散误差几乎不受时间步长的影响，因而近年来在电磁学领域中受到广泛关注。在有源区域的电磁数值模拟中，PITD法需要计算激励源添加引入的非齐次项所产生的矩阵积分，其计算或存在矩阵求逆运算，易不稳定，或难以在大时间步长下保证计算结果的精度，这使得PITD法的推广应用受到一定限制。该文将响应矩阵法引入有源区域的电磁波PITD仿真中，不仅避免了矩阵的求逆运算，并且能够在保证计算结果精度的条件下，增大时间步长的选择范围，提高算法的计算效率。最后，进行了实例计算，并与直接近似积分方法和数值积分方法的结果进行了对比，验证了该文所提方法的实用性和有效性。

作者：王开国；宫金武；石子帅；田杰；潘尚智 等

摘要：干式高频变压器结构紧凑且损耗较高，而低导热系数的灌封材料使得热量易在变压器内部累积，从而导致温升成为限制大功率变压器容量与功率密度提升的重要因素。该文以环形水冷变压器为研究对象，建立了考虑中心圆柱热阻的变压器集总参数热路模型，并通过有限元仿真验证了所建模型的准确性。基于所建热路模型，解释了变压器温度降幅随着水流量的提高趋于稳定的现象。为了进一步增强散热效果，该文提出了一种基于高导热绝缘材料氮化铝的新型散热结构。该结构在热源与水冷板之间建立起低热阻通道，增强了变压器与水冷板之间的传热，变压器的容量和功率密度可进一步提高。最后，通过有限元仿真与25kHz/160kV·A高频变压器样机实验验证了所提散热结构的有效性。

作者：孙天；宋贝贝；崔淑梅；朱春波；董帅

摘要：电动汽车无线充电系统中，接收端定位技术能够辅助进行停车路径引导，解决停车偏移造成的充电功率和效率跌落等问题。但由于电磁定位法所用到的磁场幅值有限且空间分布形式复杂，现有的电磁定位技术难以实现大偏移范围内接收端的精准定位。该文设计了一种采用非中心对称线圈结构的接收端位置检测装置，并提出接收端在离散二维空间内位置坐标的行迹递推算法，能够实时获取大偏移范围内接收端的高精度二维位置信息。仿真和实验结果表明，该方法的最大定位范围为±800mm，在±600mm范围内定位精度小于20mm，±600～±800mm范围内定位精度小于50mm，定位准确率不小于96%。

作者：蔡智超；虞一孺；张敬

摘要：因走行轨不能对地完全绝缘，地铁运行时会产生杂散电流，导致混凝土中的钢筋发生电化学腐蚀。由于电化学腐蚀的持续发生，腐蚀产物累积在钢筋表面周围，从而对混凝土产生膨胀应力，导致混凝土开裂脱落，因此有必要对杂散电流影响严重区域的钢筋混凝土结构进行检测。该文首先基于多物理场法对钢筋混凝土的电化学腐蚀进行二维瞬态仿真研究，得到与实际混凝土结构相近似的腐蚀损伤图；进而对得到的损伤图进行探地雷达数值正演模拟检测。研究结果表明，在钢筋混凝土发生电化学腐蚀的过程中，钢筋直径的减小和腐蚀产物厚度的增加对探地雷达检测信号影响较小，因膨胀应力而产生的混凝土裂缝对探地雷达检测信号的影响起主要作用。

作者：杨亚宇；邰能灵；黄文焘；马建军；方斯顿

摘要：船舶中压直流综合电力系统具有高功率密度、高运行灵活性等优势，是我国实施海洋强国战略的重要基础。该论文的第一部分首先分析了船舶电力系统的发展趋势，从拓扑结构、电压等级、接线形式、接地方式等角度梳理了船舶中压直流综合电力系统的特殊系统结构；然后，根据现有文献详细阐述了发电侧整流器、推进变流器、DC-DC变换器等船舶中压直流综合电力系统关键电力电子变换器的研究现状，并进行了详细对比；最后，总结了船舶中压直流综合电力系统与陆上直流微电网的典型差异，并梳理了国内外相关技术标准。

作者：郭莹霏；池源；王强钢；周念成；罗永捷 等

摘要：随着海量分布式新能源、柔性负荷、储能接入配电网，配电变压器在增强配电网多元负荷适应性及供电质量等方面将面临更严峻的挑战。为系统地梳理现有配电变压器在技术性、经济性等方面的优劣和异同，该文总结了其拓扑结构、关键技术、应用场景及局限性。在考虑储能技术规模化应用的基础上，以现有配电变压器配合储能为硬件基础，提出对现有配电变压器进行“虚拟增容”的新概念——虚拟增容配电变压器，以探索传统配电变压器与储能元件信息物理融合的新模式、新场景。该文对虚拟增容配电变压器的概念进行了定义，并阐述了其拓扑结构与功能架构，进而探讨了虚拟增容配电变压器的应用场景与关键实现技术，以期为我国智能配电变压器的发展与研究提供新思路。

作者：冉晴月；林伟；杨知方；余娟

摘要：为应对新型电力系统以最优潮流为核心的精细化资源配置与运行分析需求，基于深度神经网络的最优潮流计算方法受到广泛关注。然而深度神经网络具有“黑箱特性”，现有方法普遍仅基于有限训练、测试集进行深度神经网络的训练与评估，难以从理论上量化计算误差，导致可信度缺乏理论保障。为此，该文提出基于可信深度神经网络的最优潮流计算方法。首先，以理论定量评估深度神经网络映射误差为核心，提出基于min-max双层规划问题的深度神经网络可信训练模型，实现深度神经网络的可信度量化训练；然后，基于KKT最优性条件与激活函数解析表征技术，将所提可信训练模型解析构建为以混合整数规划模型为基础的双层规划问题，并提出基于Danskin定理的精确求解策略；最后，提出基于凸松弛技术与模式识别思想的快速近似求解策略以减轻整数变量计算负担。仿真算例表明：所提方法可将基于有限测试集的深度神经网络映射评估精度提升28.73%，可更为精准地量化深度神经网络可信度；相较于基于有限训练集的现有深度神经网络训练方法，该方法可将计算误差减少87.49%，实现更为可信的深度神经网络训练。

作者：曾子龙；李勇；丁心志；曹一家；钟俊杰

摘要：为了充分发挥交直流线路耐热特性、提高系统在不确定运行环境下应对故障的调控能力，以含柔性直流输电技术（VSC-HVDC）的交直流系统为研究对象，提出一种考虑线路动态电热特性的分布鲁棒潮流优化策略。首先，根据热传导理论分别建立交流架空线路、直流电缆线路的动态电热模型，而后在校正控制中引入交、直流输电线路短期最高允许温度（SAOT）约束及校正期间最大热积累量来代替长期允许温度（LAOT）作为在校正期间的暂时安全约束，以达到充分利用线路的短期过载/耐热特性的目的；其次，将故障后的校正过程划分成两个子校正过程，通过最大化储能及VSC-HVDC的快速校正能力，弥补常规调控装置难以快速响应指令的缺陷，进一步，在基于Kullback-Leibler（KL）散度所构建的风荷概率分布模糊集上，通过在考虑风荷最恶劣概率分布的情况下进行潮流优化，改善了传统鲁棒优化方法过于保守的问题；再次，在列和约束生成（C&CG）算法和Multi-cut Benders分解算法的基础上，提出一种融合物理知识的双循环分解算法，不仅能避免对非过载线路热平衡方程的线性化，同时还能避免多场景多故障协同求解；最后，在基于改进的IEEE 39测试系统中对所提模型及算法的有效性进行了验证。

作者：杨用春；杜翔宇；杨鹏；赵国亮；赵成勇

摘要：随着新能源并网的占比不断提高，新能源输送通道受到电网结构及线路热稳定极限的限制。为此，提出一种混合型潮流控制器（HPFC）用于灵活、精准调控潮流，平衡潮流分布，提高断面输送能力。HPFC由无源移相器（PST）部分与有源级联H桥换流器（CHBC）部分组合而成，结合了PST调节潮流容量大与CHBC灵敏性高的优点，实现了对潮流的快速精准调节。首先，利用PST阻抗特性分析了潮流与PST挡位之间的非线性耦合关系，并提出一种基于sinh函数的变步长高效求解的迭代算法；其次，对PST有载调压过程进行仿真建模与暂态分析，推导出切换过程中PST输出电压解析式，为实现暂态应力协同控制（TSCC）提供理论基础；再次，针对有源CHBC与无源PST调节区域及速度之间的差异问题，提出一种潮流柔性协同控制策略，实现了暂态应力协同控制，减小了HPFC调控过程中对电网的潮流冲击及换流阀承受的应力集中；最后，基于PSCAD/EMTDC的仿真结果验证了理论分析的正确性及协调控制策略的有效性。

作者：朱益华；郑晨一；常东旭；朱煜昆

摘要：直流换相失败引起的功率瞬降易增加送端交流系统的功角失稳风险，但当前研究尚缺少应对多直流换相失败的暂态功角稳定实时控制方法。针对这一问题，该文首先分析了换相失败功率冲击下送端系统发电机相对动能和转速的变化规律，指出送端系统的相对动能变化可仅由等值发电机的相对转速表征，不依赖于直流系统功率跌落和恢复的曲线态势；然后根据直流功率恢复至稳态时等值发电机的相对转速计算转子运动剩余加速面积，进而得到维持送端系统暂态功角稳定性所需的减速面积及相应的切机量；最后根据切机量计算结果制定了实时切机控制策略，并基于简单系统和实际电网进行了仿真分析和验证。仿真结果表明，所提方法能够较准确地计算维持送端系统暂态功角稳定性所需的切机量，有效减小换相失败后送端系统的暂态功角失稳风险。

作者：杨金洲；李业成；熊鸿韬；孔贺；薛安成

摘要：大规模新能源接入和外地送电的增加，使得受端电网本地传统发电机无功支撑大大减少，面临暂态电压稳定问题，需要快速筛选出严重故障，以备系统预防控制和安控策略制定。该文提出了基于节点阻抗矩阵的故障点对电网暂态电压影响度指标，可用于快速筛选引发电网暂态电压失稳的关键故障点。首先，介绍了节点阻抗矩阵及其支路追加法；其次，提出反映节点故障对电网暂态电压影响程度的指标，可用于快速筛选高风险关键故障点；再次，结合升阶矩阵给出线路故障点的影响度指标；最后，改进IEEE 39节点系统及某省级电网仿真结果表明，所提指标可以快速筛选出对电网暂态电压影响显著的关键故障点。

作者：王廷涛；苗世洪；姚福星；何立钢；王佳旭 等

摘要：高比例风电的接入使得电力系统调峰及消纳负担加重。为缓解上述压力，火电机组的开机规模通常会缩减，弱化了其在系统运行期间的频率电压支撑能力，致使系统静态电压及小扰动频率失稳风险增加。对此，该文考虑多元储能的协同互补作用，计及频率电压稳定性约束，提出一种多层级储能协同优化运行策略。首先，搭建风电场站级-电力系统级储能协同优化运行框架，据此提出场站级及系统级调度模型构建方法，并将线性化频率电压稳定性约束嵌入系统级调度模型；然后，采用主子问题分解迭代方法求解混合整数二阶锥系统级调度模型，避免直接求解导致的收敛缓慢或内存溢出问题；最后，开展算例分析，结果表明，所提策略能够有效地平抑风电出力波动、提高风电场调频支撑能力，同时可有效兼顾系统运行的经济性与频率电压的稳定性要求。

作者：黄大为；郭念康；于娜；孔令国

摘要：针对大规模可再生能源接入电力系统所导致的灵活爬坡产品（FRP）需求激增问题，提出一种大用户激励型需求响应（DR）策略，为独立系统运营商（ISO）获取需求侧灵活性资源提供有效途径。采用用户需求管理行为模型（CDMBM），估计能够反映DR行为差异化的用户响应成本函数；构建ISO与多个大用户之间的激励型DR主从博弈模型，以ISO为决策主体的电能与FRP联合出清优化模型作为上层模型，以大用户参与联合市场DR决策的优化模型作为下层模型，通过将主从博弈问题转换为带均衡约束的数学优化问题，求解博弈均衡解进而得到具有差异化的用户DR单位补偿费用。通过算例分析，验证了所提策略的有效性。

作者：韩丽；陈硕；王施琪；程颖洁

摘要：针对新能源随机性较大而出现一些极端情况时，现有分时电价下弃风、弃光与火电机组调节能力不足而导致切负荷成本较大的问题仍较为突出的现象，提出了一种考虑风光消纳与电动汽车灵活性的调度策略。首先，制定综合考虑风电、光伏、火电机组调节能力与基础负荷的分时电价，新增凹谷与尖峰电价时段，并引入价格弹性系数定量描述电动汽车对新增时段的响应；其次，基于电价信息建立电动汽车充放电模型，确定电动汽车充放电调度的电量信息；再次，统筹考虑电网、电动汽车聚合商以及电动汽车用户的三方利益，构建以负荷波动最小，弃风、弃光与用户充电成本最小和最大化聚合商收益为目标的电动汽车充放电优化调度模型；最后，通过算例验证所提模型的可行性与有效性。

作者：陈春宇；黄宸恺；王剑晓；戴雪梅；王颖

摘要：与传统水火电机组相比，参与调频辅助服务市场的风电资源具备灵活性强和调节速率快等优势。然而，风电资源存在不确定性的缺点，影响可调容量与调频性能，干扰调频市场出清与调度，引发调频安全风险。基于此，该文通过分析风电不确定性对不同调频市场运行阶段的影响，结合特定市场运行阶段的目标，提出考虑安全风险与调频性能的多时间尺度出清与调度策略。首先，在日前和日内时段，分别使用条件风险价值方法量化风电可调容量不确定性风险；其次，根据考虑风电资源参与的调频风险与调节成本，构建调频市场出清模型；最后，量化分析风电不确定性对调频精度指标的影响，提出考虑综合调频性能指标最优的调度策略。仿真算例分析表明，所提出清策略下的日前累计风险成本相较于传统策略降低35%；所提调度策略可以最大限度地保证调频综合调频性能好的资源优先参与调度。

作者：毕皓淳；祁琪；刘向军；侯子豪；艾欣

摘要：通信基站普遍配有备电储能，且其大多数时间处于闲置状态。随着5G基站的加速建设，与之而来的大量备电储能对配电网来说将是十分可观的灵活性资源。为实现资源的充分利用，探究5G基站储能参与配电网灵活调控的潜力具有重要意义。在此背景下，该文提出一种计及5G基站储能协同的分布式储能（DES）优化配置方法：首先，通过对5G基站的负荷特性及灵活储能容量进行分析，提出含5G基站储能的配电网“规划-运行”双层优化模型，其中，规划层以网络年综合成本最小为目标，对DES进行选址定容，运行层以电压综合水平最优为目标，对DES与基站储能的调度策略进行寻优；然后，为高效求解该模型，提出了一种适用于大量异质变量的多目标动态评价优化算法，该算法通过对变量分组并在求解过程中自适应调整目标函数的选取，以加快求解速度、提高搜索精度；最后，仿真结果证明了所提出的DES协同优化配置方法在降低成本和促进新能源消纳方面的有效性，以及所提出优化算法在兼顾多目标与快速求解方面的优越性。

作者：苏粟；韦存昊；聂晓波；李玉璟；王磊

摘要：为了实现公路交通背景下多能源系统和电动汽车换电站的经济运行与利益共赢，该文提出考虑条件风险价值（CVaR）的公路交通能源系统（HTES）多能流管控策略。首先，建立了主从博弈双层优化模型，其中上层模型以最小化HTES的综合成本为目标，对其进行多能流的合理管控与优化定价；在下层模型中，换电站根据HTES制定的价格灵活地调整各电池的充放电功率，在满足电能需求的前提下最小化与HTES进行能量交互的成本。然后基于多场景法，引入CVaR衡量可再生能源出力的不确定性所带来的风险成本，利用Karush-Kuhn-Tucker(KKT)条件和强对偶定理将原主从博弈双层模型转换为单层混合整数线性规划问题以计算其纳什均衡解，进而获取最优的运行和定价方案。最后，进行算例仿真。结果表明，所提策略可以兼顾HTES和换电站不同主体间的经济利益，实现运行成本和风险成本的平衡。

作者：钟吴君；李培强；涂春鸣

摘要：针对电气化铁路牵引负荷难以预测的问题，构建了一种由集合经验模态分解（EEMD）、改进型卷积块注意力模块（CBAM）和双向长短期神经网络（BiLSTM）组合成的EEMD-CBAM-BILSTM预测方法，有效地降低了牵引负荷超短期预测误差与计算成本。首先，通过EEMD将牵引负荷数据分解为多个稳定、有规律的时序模态函数，突出负荷数据的时序特征；其次，将分解后的各分量整体通入由卷积神经网络（CNN）和改进型CBAM组成的特征提取模块提取全局时序特征；最后，利用贝叶斯优化（BO）搜寻BiLSTM最优参数，并将全局特征通入优化后的神经网络进行超短期时序预测。仿真算例表明，该文所提预测框架在各预测步长下均能很好地把握牵引负荷变化趋势，显著提升了牵引负荷预测的精度。

作者：王要强；李灏；李想；聂福全；陈天锦 等

摘要：针对单级式双有源桥（DAB）型DC-AC变换器关断电流较大和软开关范围有限的问题，该文提出一种双模式变频移相调制策略。首先，对DAB变换器的单移相（SPS）调制和扩展移相（EPS）调制进行时域分析，得到其功率传输特性；然后，分析变换器的关断电流与软开关条件，得到移相比和开关频率约束方程；在此基础上，分析双模式间的移相比边界条件，提出变换器运行模式的切换机制，从而在实现变换器单级功率变换的同时，保证全范围软开关并降低低压侧的关断电流；最后，通过仿真和实验验证了所提调制策略的有效性与可行性。

作者：陈超波；代佳伟；孙天誉；张彬彬；高嵩

摘要：在基于解析模型的故障诊断系统中，为了显化残差信号所包含故障信息的能力，提出一种面向残差评价的中点钳位型三电平三相逆变器快速开路故障诊断方法。首先，构建诊断观测器获取三相电流观测值并通过观测矩阵计算电流残差；其次，通过引入基于范数的标准评价函数，计算残差性能指标与阈值，将残差转换为可用的特征信号并与阈值相比较实现高效实时的故障检测；再次，推导不同功率开关器件开路故障状态下的电流残差特性，并依据此特性实现精准的故障隔离；最后，在仿真平台及半实物实验平台上验证了该文所提算法的有效性与可行性。仿真与实验平台结果表明，相较于传统基于信号与知识的诊断方法，残差性能评价的引入使得诊断速度提高80%以上。针对NPC型三电平三相逆变器常见的四种开路故障情况，均可实现快速且精准的故障检测及定位。

作者：王开正；王帅旗；俞瑞龙；李露露；王飞鹏

摘要：流注放电是一个非常复杂的多尺度、多物理场耦合过程，目前尚无准确的模型能描述其发展过程。相变及光电离是影响流注演变的重要因素，但现有流注放电模型很少将其影响考虑到模型内。为分析二者对流注放电的影响，该文在COMSOL中建立针/板放电几何模型，以酯基绝缘油为研究对象，基于电流体动力学模型，以相变温度为临界点，分别构建气相和液相下的电离机制。此外，建立了与电场阈值相关的光电离数学模型。结果表明，光电离的引入促使优势流注分支的产生，且光电离主要发生在优势流注头部区域。由于高温区域主要集中在针尖处，气相区域会随着局部温度的升高而产生，在电场作用下，气相区域发生碰撞电离，在针尖处产生更多的小流注分支。气相区域对主流注的传播速度几乎没有影响，主流注的传播速度主要受场致电离和光电离的控制。光电离在流注头部产生了更多的载流子，促使改进模型的主流注以更快的速度传播，从而易实现传播模式从慢速到快速的转换。该文可为酯基绝缘油快速流注的产生机理提供新的研究思路，为提高其击穿电压提供指导依据。

作者：朱敏慧；闵道敏；林宋佳；王诗航

摘要：交联聚乙烯绝缘层厚度设计是高压直流电缆研发的关键任务之一。然而，实验室中难以获得厚绝缘样品的直流击穿性能参数，绝缘层厚度设计缺少直接的数据支撑，因此研究交联聚乙烯绝缘直流击穿的厚度效应具有重要意义。该文获得了不同厚度交联聚乙烯绝缘样品在90℃下的直流击穿特性，揭示了交联聚乙烯绝缘威布尔特征击穿场强和形状参数随样品厚度的增加而减小的厚度效应。采用电荷输运和分子链位移调制模型计算了交联聚乙烯的直流击穿过程，结果表明击穿威布尔形状参数受陷阱能级、陷阱密度、载流子迁移率随机变量标准差的影响。在厚试样中，三种电荷陷阱参数的高斯分布更宽、标准差大，导致击穿场强分散性增大，其中电荷陷阱能级随机变量标准差的影响最显著。因此，交联聚乙烯绝缘电荷陷阱参数分布是决定其高温直流击穿厚度效应的关键。该研究可为高压电缆绝缘设计提供理论指导和实验依据。

作者：范晓舟；杨瑞；樊思迪；刘云鹏；律方成

摘要：为研究短切纤维含量对间位芳纶纸绝缘性能和力学性能的影响及其构效关系机理，该文制备了不同短切纤维含量的对间位芳纶纸样品，测试了拉伸强度、杨氏模量、击穿强度、体电导率和电荷陷阱特性，将不同纤维含量样品的测试结果进行对比，并结合相场击穿模拟和分子动力学仿真分析了其构效关系机理。结果表明，随着短切纤维含量的增加，间位芳纶纸的力学性能先上升后下降，在短切纤维质量分数为20%时达到最佳，拉伸强度和杨氏模量分别达到31.9MPa和2.39GPa；其击穿强度在引入少量短切纤维时出现了下降的情况，在短切纤维质量分数达到30%时，短切纤维形成了一种“层状交联”结构，增强了其对载流子迁移的阻碍作用，其击穿强度高于纯浆粕纸，达到180.9kV/mm。

作者：乔新涵；张志劲；蒋正龙；蒋兴良；庞国辉

摘要：雷击与污秽会威胁电网安全稳定运行，因此，该文对具有雷电防护功能的复合避雷器组合绝缘子的冲击污闪模型进行了研究。首先，分析了适用于组合绝缘子的冲击电压闪络模型；其次，以双指数波形为输入，基于双指数函数与伏秒特性交点法建立了组合绝缘子冲击闪络电压与电弧路径计算模型，并从迭代求解变量U（冲击闪络电压）出发，将单方程两未知量问题转换为单未知量的非线性方程求解问题以实现模型求解；最后，进行了复合避雷器组合绝缘子雷电冲击污闪试验。研究发现，复合避雷器组合绝缘子闪络路径分为绝缘和间隙两类，且随着等值附盐密度在0.03～0.2mg/cm²范围内增加，污闪电压在90.79～97.15kV之间先增加后降低，并对闪络电压随着等值附盐密度增加呈现非单调递增这一现象进行了分析。对该文所提模型进行验证发现，基于交点法的冲击闪络电压计算结果与试验结果的最大误差为8.1%，平均误差为4.5%，且可以判断电弧路径的位置。该文揭示了复合避雷器组合绝缘子特殊的放电特性，研究结果可为组合绝缘子的设计、优化及运维提供参考。