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基于热网络模型的架空输电线路径向和周向温度计算方法

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电工技术学报 2019年第1期34卷 139-152页

作者：胡剑熊小伏王建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) 重庆400044

架空输电线路运行温度是线路动态增容和弧垂张力计算的重要状态量。目前线路温度计算标准将导线视为等温体,求取导线表面或平均温度。事实上由于趋肤效应、外部强迫对流散热、不同绞合材料等因素使导线截面存在温度梯度分布和温升响应差... 详细信息

架空输电线路运行温度是线路动态增容和弧垂张力计算的重要状态量。目前线路温度计算标准将导线视为等温体,求取导线表面或平均温度。事实上由于趋肤效应、外部强迫对流散热、不同绞合材料等因素使导线截面存在温度梯度分布和温升响应差异,若忽略这种温度分布及差异,势必会造成导线应力弧垂计算以及输电系统安全状态评估的偏差。因此,为准确分析与计算导线截面温度梯度分布及响应差异,建立了计及导线截面径向与周向传热路径的热网络模型,并分别采用非线性迭代和参数辨识,提出了两种导线径向和周向温度计算方法。非线性迭代方法能够充分考虑传热过程中材料性能、对流热阻及辐射热量等参数温变特性对截面温度差异的影响,参数辨识方法可以有效克服对流作用下导线热力形变导致模型参数难以确定的问题。最后通过实验平台验证了热网络模型与计算方法的有效性及精度。

关键词：架空输电线路热网络模型径向和周向温度计算非线性迭代参数辨识

考虑流体动力学的干式变压器热网络模型仿真分析

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电工技术学报 2022年第18期37卷 4777-4787页

作者：唐钊刘轩东陈铭西安交通大学电气工程学院西安710049 中铁第一勘察设计院集团有限公司西安710043

为分析干式变压器在典型过载情况下绕组的轴向温度分布和热点温度,该文提出一种考虑流体动力学的热网络模型。首先,在考虑了温度对材料损耗特性的影响下,建立了干式变压器三维磁-热-流耦合仿真模型,精确模拟了干式变压器强迫散热过程,... 详细信息

为分析干式变压器在典型过载情况下绕组的轴向温度分布和热点温度,该文提出一种考虑流体动力学的热网络模型。首先,在考虑了温度对材料损耗特性的影响下,建立了干式变压器三维磁-热-流耦合仿真模型,精确模拟了干式变压器强迫散热过程,实现了不同负载系数下干式变压器绕组的温升计算和热点温度预测,高压绕组、低压绕组最热点温度的仿真结果与出厂温升试验数据的误差分别为4.1%和9.0%。在此基础上,结合有限元模型的流体场仿真结果,对热网络模型中的对流传热热阻进行修正。结果表明,热网络模型在进行对流传热热阻修正后,高压绕组、低压绕组的最热点温度的仿真结果与出厂温升试验数据的误差分别为2.9%和10.7%,轴向温度分布规律吻合度较高。该文提出的考虑流体动力学的干式变压器热网络模型克服了传统热路模型计算精度较低的问题和有限元模型计算时间长的缺点,对干式变压器的设计和运行评估具有较好的指导作用。

关键词：干式变压器热网络模型流体动力学多物理场耦合温升计算

卫星热网络模型修正技术进展及其改进方法研究

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中国空间科学技术 2004年第3期24卷 29-37页

作者：李劲东中国空间技术研究院北京100086

文章对目前卫星热网络模型修正技术的进展情况进行了总结分析 ,针对存在的问题提出了几种有关基于最小二乘法的热网络模型修正技术的改进思路和设想 ,包括参数化修正技术、分级修正技术和瞬态修正技术改进方法等 ,以解决目前工况数据不... 详细信息

文章对目前卫星热网络模型修正技术的进展情况进行了总结分析 ,针对存在的问题提出了几种有关基于最小二乘法的热网络模型修正技术的改进思路和设想 ,包括参数化修正技术、分级修正技术和瞬态修正技术改进方法等 ,以解决目前工况数据不足、约束条件多、工程实现困难等问题。

关键词：卫星热网络模型修正技术试验数据热分析

计及环境对流随机性的功率器件结-环境热网络模型

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电工技术学报 2021年第14期36卷 3090-3100页

作者：姜鑫应展烽万萌钟震南京理工大学能源与动力工程学院南京210094

结-环境热网络模型可结合环境温度估计功率器件结温变化,是评估器件散热能力与剩余寿命的重要基础。然而,传统结-环境热网络模型一般假设器件在稳定环境下工作,忽略了环境对流随机性对器件的影响,难以有效反映结温的变化特性。为此,该... 详细信息

结-环境热网络模型可结合环境温度估计功率器件结温变化,是评估器件散热能力与剩余寿命的重要基础。然而,传统结-环境热网络模型一般假设器件在稳定环境下工作,忽略了环境对流随机性对器件的影响,难以有效反映结温的变化特性。为此,该文提出一种计及环境对流随机性的结-环境热网络模型。该模型首先利用器件历史损耗和温度数据,得到散热器与环境之间的对流热阻样本;再通过小波包变换和马尔可夫链方法,实现对流热阻的随机模拟;最后在指定的电流和环境温度下,模拟器件结温的随机变化。为了验证模型有效性,以功率MOSFET为对象,设计功率器件的随机对流实验平台。实验结果表明,该文所提模型可有效地描述器件结温在随机对流作用下的不确定性变化,能够为器件热安全评估与寿命预测方法发展提供更加真实有效的数据支撑。

关键词：功率器件热网络模型随机对流小波包变换马尔可夫链

复合圆筒型永磁直线作动器热网络模型与热性能研究

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电工技术学报 2024年

作者：冯云南吴丽泽李焱鑫卢琴芬浙江大学电气工程学院

复合圆筒型永磁直线作动器（compound tubular permanent magnet linear actuator， CTPMLA）集成了被动阻尼系统和圆筒型永磁直线同步电机，能提供1076N持续推力和2754N最大阻尼力，可应用于主动悬架系统。CTPMLA初级采用的实心铁心和... 详细信息

复合圆筒型永磁直线作动器（compound tubular permanent magnet linear actuator， CTPMLA）集成了被动阻尼系统和圆筒型永磁直线同步电机，能提供1076N持续推力和2754N最大阻尼力，可应用于主动悬架系统。CTPMLA初级采用的实心铁心和槽口铝环，能在动子运动过程中感应涡流，产生的附加阻尼力增强了系统的阻尼性能，但也提高了温升。为了分析CTPMLA的热性能，提出了多节点热网络快速模型，其与电磁模型双向耦合，通过两者数据交互与不断迭代，更新温度、损耗、对流热阻和气隙热阻参数，计算了CTPMLA在不同工况下的稳态热性能。最后，一方面与3维温度场有限元耦合模型进行了对比，另一方面研制了样机，进行了自然对流和强制对流两种工况下的温升测试，验证了该热网络快速模型的有效性。

关键词：永磁直线作动器阻尼环热网络模型双向耦合模型

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油浸式变压器的全域热网络模型

计量学报 2024年第1期45卷 9-17页

作者：鲁非苏翔李化林福昌卢仰泽国网湖北省电力有限公司电力科学研究院湖北武汉430077 华中科技大学电气与电子工程学院湖北武汉430074

热点温度是衡量变压器绝缘性能和安全裕度的重要指标,对其进行快速准确计算具有重要的意义。对油浸式变压器内部的产热和传热机理进行了分析,得到自然对流边界层中速度和温度分布与流体普朗特数Pr的关系,考虑到局部自然对流换热系数的... 详细信息

热点温度是衡量变压器绝缘性能和安全裕度的重要指标,对其进行快速准确计算具有重要的意义。对油浸式变压器内部的产热和传热机理进行了分析,得到自然对流边界层中速度和温度分布与流体普朗特数Pr的关系,考虑到局部自然对流换热系数的沿程变化以及不同区域传热特性的差异,对油浸式变压器进行了分区分层处理。基于热电类比法定义了多种热阻类型,构建了油浸式变压器的全域热网络模型;通过有限元仿真对比了热网络模型的计算结果。二者所得绕组温度变化趋势相同,热点温度相差约1.9%,热点位置相差约7.7%。相比于有限元仿真,热网络模型在求解时间和效率上更有优势,能够实现油浸式变压器运行状态的在线监测、实时分析和动态评估。

关键词：温度测量变压器热点温度自然对流局部对流换热系数热网络模型有限元仿真

IGBT功率模块热网络模型建立及其参数辨识方法综述和展望

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电子测量与仪器学报 2020年第1期32卷 51-60页

作者：李凯伟何怡刚李兵朋张胜合肥工业大学电气与自动化工程学院合肥230009

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率变流器的核心器件,其可靠性受到广泛重视。而结温过高或者温度波动过高是导致功率器件失效的主要因素,故实时精确地监测IGBT模块结温对于提高其可靠性具有重要意义。通过建立热网络模型,然后对其电路... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为功率变流器的核心器件,其可靠性受到广泛重视。而结温过高或者温度波动过高是导致功率器件失效的主要因素,故实时精确地监测IGBT模块结温对于提高其可靠性具有重要意义。通过建立热网络模型,然后对其电路进行仿真可获取结温,该方法因简单易行且可实现对结温的在线监测从而得到广泛应用。对现有的热网络模型进行了总结和归纳,并根据模型结构将其分为一维、二维和三维三类。然后,对近年来热网络模型的参数辨识方法的研究情况进行探讨,并对各个方法进行了比较和评价。在此基础上,对未来新的热网络模型和模型参数辨识方法的研究方向进行了展望。

关键词： IGBT模块结温提取热网络模型参数辨识

计及流-热耦合热网络模型的IGBT结温计算

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电气工程学报 2022年第2期17卷 19-26页

作者：许智亮葛兴来李金柯倩霞朱丹西南交通大学电气工程学院成都611756 中车大连机车车辆有限公司大连116022

绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)的结温计算对于评估其剩余寿命、保障电力电子变换器可靠运行具有重要意义。传统的热网络法忽略了模块与散热器之间真实的传热过程,难以准确有效计算结温变化,为此,提出一... 详细信息

绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor,IGBT)的结温计算对于评估其剩余寿命、保障电力电子变换器可靠运行具有重要意义。传统的热网络法忽略了模块与散热器之间真实的传热过程,难以准确有效计算结温变化,为此,提出一种计及流-热耦合的热网络模型的IGBT结温计算方法。该方法通过考虑流-热耦合的有限元仿真提取得到IGBT模块与散热器的热网络模型,根据易于获取的散热器水温作为温度参考点计算IGBT结温。为验证模型有效性,搭建了功率循环加速老化试验平台提取结温变化曲线。结果表明,所提的热网络模型能够更加真实准确地计算IGBT结温,可以为实际应用中IGBT模块的可靠性评估、剩余寿命预测提供更加真实准确的结温变化数据。

关键词： IGBT 结温计算热网络模型流-热耦合

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功率器件热网络模型的快速反卷积算法研究

机车电传动 2023年第5期 119-129页

作者：邓二平杨颖王延浩常桂钦黄永章丁立健合肥工业大学电气与自动化工程学院安徽合肥230009 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京昌平102206 株洲中车时代半导体有限公司湖南株洲412001

采用结构函数法是获得功率器件Cauer热网络模型的重要手段,然而在其反卷积步骤中,不同的计算方法对结果存在较大影响,影响了热网络模型的准确性。各算法的根本机理、不同算法对噪声的放大效果以及算法的合理选取方法等十分重要,且目前... 详细信息

采用结构函数法是获得功率器件Cauer热网络模型的重要手段,然而在其反卷积步骤中,不同的计算方法对结果存在较大影响,影响了热网络模型的准确性。各算法的根本机理、不同算法对噪声的放大效果以及算法的合理选取方法等十分重要,且目前亟待解决。文章通过研究结构函数法中反卷积这一核心环节,对3种反卷积计算方法从算法输入、算法核心、误差分析这3个方面进行理论分析,从迭代次数、计算时间、采样频率、算法准确性、算法选择、实际应用这6个方面进行数据分析。针对3种方法计算特点分别总结了其适合的数据特点,为不同类型输入数据选择合适热网络模型的快速计算方法提供了参考和指导。

关键词：功率器件结构函数法热网络模型反卷积贝叶斯算法傅里叶算法