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基于自适应滑模观测器的中点钳位型三电平并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

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电工技术学报 2024年第13期 4066-4078页

作者：许水清许晓凡何怡刚柴毅合肥工业大学电气与自动化工程学院武汉大学电气与自动化学院输变电装备技术全国重点实验室(重庆大学)

为提高中点钳位型三电平（3L-NPC）并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性，针对其开关管开路故障和电流传感器故障，提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器，设计... 详细信息

为提高中点钳位型三电平（3L-NPC）并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性，针对其开关管开路故障和电流传感器故障，提出一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器，设计一种收敛速度快且能显著抑制抖振的自适应滑模观测器来精确估计正常状态下的三相电流值；其次，利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量；同时，利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和来区分开关管故障和电流传感器故障；在此基础上，构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量，实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了该文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

关键词：中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器开关管开路故障电流传感器故障自适应滑模观测器

带降噪自编码器的锂离子电池健康状态估计算法

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电工技术学报 2024年

作者：陈媛段文献何怡刚黄小贺安徽大学人工智能学院吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室武汉大学电气工程与自动化学院

准确的电池健康状态估计可以保证锂离子电池的可靠安全运行，减少系统不必要的维护成本。采用机器学习算法虽然能够获得精确的电池健康状态（State of health， SOH），但是其估计精度严重依赖于算法中的参数，普适性差，且会受到传感... 详细信息

准确的电池健康状态估计可以保证锂离子电池的可靠安全运行，减少系统不必要的维护成本。采用机器学习算法虽然能够获得精确的电池健康状态（State of health， SOH），但是其估计精度严重依赖于算法中的参数，普适性差，且会受到传感器噪声的影响。该文提出一种结合降噪自编码器（DAE）和门控递归单元的递归神经网络（GRU-RNN）的混合模型进行电池的SOH估计，以提高算法估计精度及抗干扰能力。首先利用电压-容量模型来重构电池恒流充电和放电阶段的电压曲线，以减小传感器噪声对SOH估计的影响。然后从电压曲线和增量容量（IC）曲线中提取相关特征作为SOH估计模型的输入。接着利用DAE对带有噪声的输入特征进行无监督的训练，可以增强模型的鲁棒性。最后在输入特征含有噪声的情况下，利用提出的DAE-GRU-RNN算法与其他SOH估计算法进行对比验证。结果表明，该文提出的算法精度更高，相对误差比GRU-RNN和深度神经网络（DNN) 模型小6.39%-23.23%。利用部分电压曲线获得的特征数据进行电池SOH预测时，该算法依然具有较高的电池SOH估计精度。

关键词：电池健康状态估计降噪自编码器门控递归单元的递归神经网络无监督训练

基于自适应滑模观测器的3L-NPC并网逆变器开关管和电流传感器故障诊断

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电工技术学报 2024年

作者：许水清许晓凡何怡刚柴毅合肥工业大学电气与自动化工程学院武汉大学电气与自动化学院重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学)

为提高中点钳位型三电平（3L-NPC）并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性，本文针对其开关管开路故障和电流传感器故障，提出了一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器... 详细信息

为提高中点钳位型三电平（3L-NPC）并网逆变器故障诊断的准确性和可靠性，本文针对其开关管开路故障和电流传感器故障，提出了一种基于自适应滑模观测器的开关管开路故障和电流传感器故障同时诊断方法。该方法首先针对3L-NPC并网逆变器，设计一种收敛速度快且显著抑制抖振的自适应滑模观测器精确估计正常状态下的三相电流值；其次，利用实际电流和估计电流设计了故障检测变量；同时，利用实际三相电流之和以及估计三相电流之和实现开关管故障和电流传感器故障的区分；在此基础上，构造开关管故障定位变量和电流传感器故障识别变量，实现开关管开路故障的准确定位以及电流传感器故障类型的快速识别。实验结果验证了本文所提诊断算法的有效性和鲁棒性。

关键词：中点钳位型三电平(3L-NPC)并网逆变器开关管开路故障电流传感器故障自适应滑模观测器

部分分布式电源提供辅助服务的主动配电网快速鲁棒优化

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高电压技术 2024年第5期50卷 2107-2116,I0030-I0032页

作者：张剑崔明建何怡刚合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009 智能电网教育部重点实验室(天津大学) 天津300072 武汉大学电气与自动化学院武汉430072

经逆变器接入配电网的分布式电源提供有功与无功辅助服务是确保配电网安全经济运行的重要手段。该文同时计及了储能系统、可投切电容电抗器、有载调压变压器分接头、静止无功补偿器调节能力,以储能与网络损耗及弃风弃光最小为目标函数,... 详细信息

经逆变器接入配电网的分布式电源提供有功与无功辅助服务是确保配电网安全经济运行的重要手段。该文同时计及了储能系统、可投切电容电抗器、有载调压变压器分接头、静止无功补偿器调节能力,以储能与网络损耗及弃风弃光最小为目标函数,计及运行约束,基于支路潮流方程构建了部分分布式电源提供辅助服务的多时段二阶段混合整数二阶锥鲁棒优化模型,提出了一种新颖的基于割平面的主、次问题二阶段直接交替迭代求解方法。不同于现有列与约束生成(columns and constraints generation,CCG)算法,该方法求解主问题时无需增加新的变量与约束条件,求解次问题时,只需针对每个时段进行求解,因此极大降低了求解复杂度与计算机内存。若求解结果不满足二阶锥精确凸松弛条件,则构建二阶段混合整数序列二阶锥鲁棒优化模型,依然能够快速求解,且可恢复出原问题的精确解。最后,采用2个仿真实例验证了所提出方法的性能。IEEE 123节点配电网的仿真结果表明,该方法计算速度是CCG算法的12~22倍。该方法可为含高比例间歇性分布式电源配电网鲁棒优化运行提供实时快速分析与求解工具,提高新能源就地消纳能力。

关键词：主动配电网分布式电源辅助服务 SOCP 鲁棒优化

虚实特征融合与数据-机理驱动的变压器绕组小样本故障诊断

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电力自动化设备 2024年

作者：段嘉珺吴晓欣何怡刚宋文斌殷奕恒南京信息工程大学自动化学院南京南瑞继保电气有限公司武汉大学电气与自动化学院国网南京供电公司

针对变压器绕组诊断的小样本场景，提出一种虚实特征融合的数据-机理驱动方法，通过引入仿真模型弥补实际样本特征不足的问题。提出虚实特征融合方法的原理，推导其基本公式，构建虚实特征融合的小样本故障诊断框架。搭建变压器绕组故... 详细信息

针对变压器绕组诊断的小样本场景，提出一种虚实特征融合的数据-机理驱动方法，通过引入仿真模型弥补实际样本特征不足的问题。提出虚实特征融合方法的原理，推导其基本公式，构建虚实特征融合的小样本故障诊断框架。搭建变压器绕组故障测试实验平台，采集包含不同故障位置、故障类型、故障程度的测试实验样本集，同时获得仿真模拟虚拟数据集。对比试验表明，所提数据-机理融合方法对多种智能算法在不同小样本程度下的诊断性能均有提升效果：在小样本程度为30%的小样本场景下，基于所提方法的平均诊断准确率提高了27.1%。针对虚实数据相似度对诊断结果的影响进行了探讨。

关键词：变压器故障诊断小样本数据-机理驱动虚实特征融合频率响应分析

针对大功率三电平逆变器的调幅调相小波调制策略

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武汉大学学报(工学版) 2024年第6期 717-727页

作者：闫光磊张慧葛远喆何怡刚靳展翔蔚腾辉武汉大学电气与自动化学院武汉大学电气与自动化学院

传统小波调制策略应用于逆变器控制时存在无法准确调节输出电压相位的问题。在介绍传统小波调制策略原理基础上首次提出了改进的调幅调相小波调制策略，阐述了其基本工作原理与流程，采用2种不同的小波尺度因子取值方式解决了逆变器输... 详细信息

传统小波调制策略应用于逆变器控制时存在无法准确调节输出电压相位的问题。在介绍传统小波调制策略原理基础上首次提出了改进的调幅调相小波调制策略，阐述了其基本工作原理与流程，采用2种不同的小波尺度因子取值方式解决了逆变器输出电压相位的调节问题，进一步讨论了调幅调相小波调制策略对谐波控制的可行性。在700 Hz功率器件开关频率下，将提出的调幅调相小波调制策略与传统小波调制、载波反相层叠调制、断续脉宽调制等几种策略分别应用于三电平中点箝位型逆变电路，进行了输出相电压与中点电位平衡两方面的性能对比。结果表明：尺度因子取非整数方式时，所提出的调幅调相小波调制策略在逆变器输出电压低次谐波抑制和准确控制方面有较好效果；尺度因子取整数方式时，逆变器有较高的基波电压幅值，直流侧中点电位波动同比最小。

关键词：小波调制调幅调相尺度因子三电平逆变器相电压中点电位平衡

基于SE-DSCNN的MMC开关管故障诊断方法

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电力自动化设备 2022年第5期42卷 104-111页

作者：曾昭瑢何怡刚武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430072

为了实现模块化多电平变换器(MMC)子模块开关管的故障诊断,提出了一种基于挤压-激励模块的深度可分离卷积神经网络(SE-DSCNN)。该网络直接利用原始电容电压数据,不需要任何的特征提取算法,能够自动提取隐藏在原始数据中的深层特征,结合... 详细信息

为了实现模块化多电平变换器(MMC)子模块开关管的故障诊断,提出了一种基于挤压-激励模块的深度可分离卷积神经网络(SE-DSCNN)。该网络直接利用原始电容电压数据,不需要任何的特征提取算法,能够自动提取隐藏在原始数据中的深层特征,结合挤压-激励模块以突出通道域中具有代表性的特征,利用深度可分离卷积(DSC)来减少网络的计算量。利用滑动时间窗口将数据分段并归一化后输入提前训练好的最优模型中,模型输出预测标签。通过与其他人工特征提取方法及深度学习方法进行对比,结果表明模型参数量比具有相同卷积层数的标准卷积神经网络(CNN)减少了70.92%左右。所提方法在已有样本片段上的分类准确率及不同故障时期的诊断正确率均达99%及以上,诊断单个样本片段所需的时间约为0.34 ms,不但能区分故障早期的耦合性特征,还能实现准确、可靠、高效、快速的故障诊断。

关键词： MMC 开关管故障挤压-激励模块深度可分离卷积神经网络故障诊断

基于变步长约瑟夫遍历和DNA动态编码的图像加密算法的安全性分析

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电子与信息学报 2022年第10期44卷 3635-3642页

作者：冯伟张靖秦振涛何怡刚攀枝花学院数学与计算机学院攀枝花617000 武汉大学电气与自动化学院武汉430072

近年来,不断有新的图像加密算法被提出,其安全性却未得到充分的分析和验证。该文对一种最新报道的图像加密算法的安全性进行了分析。所分析算法通过基于变步长约瑟夫遍历的像素置乱、基于DNA动态编码的像素替换及像素行列扩散来完成图... 详细信息

近年来,不断有新的图像加密算法被提出,其安全性却未得到充分的分析和验证。该文对一种最新报道的图像加密算法的安全性进行了分析。所分析算法通过基于变步长约瑟夫遍历的像素置乱、基于DNA动态编码的像素替换及像素行列扩散来完成图像加密。分析表明,该算法的秘密密钥设计不具有实用性,加密过程也存在缺陷。在选择明文攻击条件下,对该算法的加密过程进行了密码分析,并提出了相应的攻击算法。仿真实验和理论分析确认了所提攻击算法的有效性与可行性。最后,针对所分析算法及部分图像加密算法中存在的问题,提出了改进建议。

关键词：图像加密安全性密码分析选择明文攻击

N-IGBT正偏压温度不稳定性阈值电压综合退化模型

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仪器仪表学报 2022年第4期43卷 60-69页

作者：孙豪何怡刚袁伟博王涛合肥工业大学电气与自动化工程学院

N型绝缘栅双极型晶体管(N-IGBT)凭借其优良性能广泛应用于现代工业各个领域，预测特定条件下器件退化情况对提高N-IGBT可靠性具有重要意义。然而，随着N-IGBT制程的降低，因正偏压温度不稳定性(PBTI)造成的栅氧化层退化进一步加剧，退... 详细信息

N型绝缘栅双极型晶体管(N-IGBT)凭借其优良性能广泛应用于现代工业各个领域，预测特定条件下器件退化情况对提高N-IGBT可靠性具有重要意义。然而，随着N-IGBT制程的降低，因正偏压温度不稳定性(PBTI)造成的栅氧化层退化进一步加剧，退化宏观表现为器件剩余有用寿命(RUL)的降低和阈值电压的改变。基于经典Power Law模型和Arrhenius模型，以退化时间为切入点，提出了相对精度更高的三阶段Power Law-Arrhenius综合退化模型；通过加速退化实验模拟了正偏压温度不稳定性对N-IGBT的退化作用，并在退化后对反映功率器件剩余有用寿命的特征参数阈值电压进行测量；基于遗传优化算法和加速退化实验数据对综合退化模型参数进行优化拟合，确定了N-IGBT综合退化模型的一般数学表达形式，得出其精度在85%以上，并高于传统的Power Law模型精度。

关键词： N-IGBT PBTI 加速退化阈值电压综合退化模型