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模块化多电平变换器电热耦合模型研究

高压电器 2022年第7期58卷 119-127页

作者：张玉斌杨张斌温英科阮琳中国科学院电工研究所北京100190 中国科学院大学北京100049 中国三峡建工(集团)有限公司成都610041

模块化多电平变换器(MMC)的电热耦合模型对于系统结温监测、可靠性分析、寿命预测等具有重要意义。文中提出了一种合理简化的模块化多电平变换器电热耦合模型,首先基于后退欧拉法,建立MMC子模块的等效电路;然后根据戴维南电路等效方法,... 详细信息

模块化多电平变换器(MMC)的电热耦合模型对于系统结温监测、可靠性分析、寿命预测等具有重要意义。文中提出了一种合理简化的模块化多电平变换器电热耦合模型,首先基于后退欧拉法,建立MMC子模块的等效电路;然后根据戴维南电路等效方法,建立了三相MMC等效电路;其次,根据器件损耗特性和热阻抗特性建立MMC的电热耦合模型;最后,通过仿真和实验结果,验证了所提MMC电热耦合模型的正确性,该模型可以用来做MMC特性研究和可靠性分析。

关键词：模块化多电平变换器后退欧拉法戴维南等效电路电热耦合

基于方管平板光伏光热系统的电热耦合性能对比研究

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动力工程学报 2022年第6期42卷 575-581页

作者：高燕飞何纬峰路裕韩东南京航空航天大学能源与动力学院南京210016

为了探究方管平板PV/T系统的电热综合性能,基于PV/T系统的能量转换过程,建立PV/T组件电热耦合系统的数学模型,构建了设计工况下PV/T系统的性能评估方法,分析关键参数对PV/T系统性能的影响规律,并对比不同结构下PV/T系统的变工况特性。... 详细信息

为了探究方管平板PV/T系统的电热综合性能,基于PV/T系统的能量转换过程,建立PV/T组件电热耦合系统的数学模型,构建了设计工况下PV/T系统的性能评估方法,分析关键参数对PV/T系统性能的影响规律,并对比不同结构下PV/T系统的变工况特性。结果表明:在设计工况下,单方管及多方管结构的PV/T系统电效率在15%左右,总效率在78%以上;随着太阳辐照强度的增大,2种系统下光伏板温度和流体出口温度均会升高,系统总效率也会提高;可以通过提高进口体积流量或者降低进口温度来提高电效率及总效率,在相同运行工况下,单方管平板PV/T系统的总效率低于多方管平板PV/T系统3.1%,且多方管平板PV/T系统的光伏板温度比单方管平板PV/T系统低9.72 K,可见多方管平板PV/T系统的综合性能更优。

关键词：太阳能发电电热耦合 PV/T 多方管换热单方管换热

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基于电热耦合模型的功率器件结温预测

半导体技术 2022年第1期47卷 25-32页

作者：袁晓冬葛雪峰史明明任政燚王志强王宁会国网江苏省电力有限公司电力科学研究院南京211103 大连理工大学电气工程学院辽宁大连116024

结温预测对于功率器件的可靠性分析具有重要意义,基于此,提出了一种基于电热耦合模型的功率器件结温预测方法。首先通过Twin Builder软件建立了绝缘栅双极晶体管(IGBT)的行为模型,通过电路仿真的手段获取IGBT的平均功耗为324 W;然后将I... 详细信息

结温预测对于功率器件的可靠性分析具有重要意义,基于此,提出了一种基于电热耦合模型的功率器件结温预测方法。首先通过Twin Builder软件建立了绝缘栅双极晶体管(IGBT)的行为模型,通过电路仿真的手段获取IGBT的平均功耗为324 W;然后将IGBT的功耗代入有限元仿真模型中得到了IGBT模块温度场分布,最高温度为99.58℃;最后搭建了IGBT模块结温测试平台,将仿真结果与实验数据进行对比,验证温度场计算模型的有效性;并实验对比了IGBT功耗分别为119 W和294 W下的最高结温,得到的温度场计算误差在10%以内,验证了IGBT有限元模型的有效性。

关键词：有限元分析电热耦合绝缘栅双极晶体管(IGBT) 结温可靠性

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考虑滞回效应的锂离子电池二阶电热耦合模型

电子器件 2022年第2期45卷 364-373页

作者：史永胜符政刘博亲左玉洁王凡陕西科技大学电气与控制工程学院陕西西安710021

针对目前锂电池建模时电池滞回效应以及电池温度对建模精度的综合影响,在电池等效电模型和热模型基础上,建立了一种电热耦合模型。首先通过MATLAB参数拟合工具箱仿真得出电池的滞回电压,利用查表法建立等效电模型,然后使用最小二乘方法... 详细信息

针对目前锂电池建模时电池滞回效应以及电池温度对建模精度的综合影响,在电池等效电模型和热模型基础上,建立了一种电热耦合模型。首先通过MATLAB参数拟合工具箱仿真得出电池的滞回电压,利用查表法建立等效电模型,然后使用最小二乘方法得出热模型的参数,再通过等效模型与热模型公式中的发热项进行电热耦合,最后通过实验,对不同温度下的电池模型恒流、动态工况进行对比分析。实验结果表明,所建立的电热耦合模型能够较好地贴合电池的工作特性,工况下与实验电压误差为10 mV左右,比传统二阶RC模型精度提高了约0.013 V。

关键词：锂电池滞回效应二阶等效模型二态热模型电热耦合

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储能用锂离子电池电热耦合模型研究进展

电池 2023年第6期53卷 668-672页

作者：吕杰王敬翰宋文吉冯自平中国科学院广州能源研究所中国科学院可再生能源重点实验室广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室广东广州510640 中国科学技术大学能源科学与技术学院安徽合肥230027

高精度的电池模型是提升电池管理系统工作效率的关键,对于实现电池系统状态评估、寿命预测和健康运行具有重要意义。归纳和总结锂离子电池性能、温度非均匀特性和锂离子电池电热耦合模型构建方法及存在的问题。目前尚缺乏针对大规模储... 详细信息

高精度的电池模型是提升电池管理系统工作效率的关键,对于实现电池系统状态评估、寿命预测和健康运行具有重要意义。归纳和总结锂离子电池性能、温度非均匀特性和锂离子电池电热耦合模型构建方法及存在的问题。目前尚缺乏针对大规模储能电池全生命周期、复杂结构和环境因素条件下电热互动机制研究。基于经验方程和基于电池内部机理的电池热分析模型,存在计算速度慢、精度低和通用性差等问题。基于数据驱动的模型是一种更加高效的电池热学模型构建方法。在电池组层面,大多基于串并联方式和电池状态参数构建模型,不能准确模拟电流和环境温度非均匀条件下电池动态特性。依据储能电池系统复杂结构和环境特点,提高模型计算速度和精度成为下一步研究方向。

关键词：锂离子电池电池建模电热耦合数据驱动电池管理系统

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电热耦合引起的微带传输线无源互调计算与验证

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西安交通大学学报 2018年第2期52卷 58-62,109页

作者：万里鹏赵小龙曹智贺永宁西安交通大学微电子学院西安710049

为了克服传统微带点源模型中计算变量单一、缺乏物理机理分析的缺陷,提出了一种基于电热耦合效应的微带非线性传输线模型。首先在传统的传输线方程中引入3阶非线性电阻系数,确立了微带线中3阶无源互调(PIM)功率的计算方法;然后考虑电热... 详细信息

为了克服传统微带点源模型中计算变量单一、缺乏物理机理分析的缺陷,提出了一种基于电热耦合效应的微带非线性传输线模型。首先在传统的传输线方程中引入3阶非线性电阻系数,确立了微带线中3阶无源互调(PIM)功率的计算方法;然后考虑电热耦合效应,给出了非线性电阻系数的数学关系式,结合电流密度的变化,得出了PIM功率随微带线宽度和频率的计算结果;最后通过实验对计算结果进行了验证,实验结果与理论计算比较吻合。计算与实验结果表明,相比于传统的非线性点源模型,结合电热耦合效应的非线性传输线模型对互调的计算分析更加完善,在微带线长度之外给出了微带线宽度、频率、输入功率等变量与微带线PIM功率的相对关系,能够更全面地预测微带线上无源互调的影响。

关键词：无源互调传输线模型电热耦合印刷电路

电热耦合模型应用于干式油气套管径向温度分布计算及其试验研究

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电网技术 2012年第12期36卷 289-296页

作者：张施令彭宗仁刘鹏李博胡伟程焕超电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 中国电力科学研究院北京市海淀区100192

550 kV电容干式油气套管芯体温度场分布与套管长期安全稳定运行有直接关系,因此在该型套管样机试制过程中应对芯体内部径向温度分布进行研究。通过建立套管芯体电热耦合理论模型得到在线性材料条件下套管芯体径向温度分布规律,并运用电... 详细信息

550 kV电容干式油气套管芯体温度场分布与套管长期安全稳定运行有直接关系,因此在该型套管样机试制过程中应对芯体内部径向温度分布进行研究。通过建立套管芯体电热耦合理论模型得到在线性材料条件下套管芯体径向温度分布规律,并运用电热耦合有限元模型在材料非线性条件下对理论模型进行推广,最后对套管芯体局部温度点开展试验测量研究。结果表明:550kV电容干式油气套管温度最高点位于中心导杆附近其值约为95℃;在材料非线性条件下得到套管径向温度值低于线性条件下的计算结果;额定载流量下套管芯体热击穿电压值为538kV,高于套管最高工作相电压。

关键词： 550kV电容干式油气套管电热耦合有限元热击穿电压非线性

基于电热耦合法的XLPE电缆缓冲层烧蚀特性研究

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绝缘材料 2023年第9期56卷 77-82页

作者：郑建康苏小婷李庚梁战伟翟志辰黄靖涛周凯国网陕西省电力公司陕西西安710032 四川大学电气工程学院四川成都610065

对高压XLPE事故电缆进行拆卸后,发现其缓冲层上均附着有烧蚀白斑。为了研究缓冲层的烧蚀特性,采用能谱仪(EDS)对缓冲层不同位置白斑的化学元素进行分析,并测量白斑缓冲层的电导率,然后基于电导率测量结果,建立高压XLPE电缆电热耦合仿真... 详细信息

对高压XLPE事故电缆进行拆卸后,发现其缓冲层上均附着有烧蚀白斑。为了研究缓冲层的烧蚀特性,采用能谱仪(EDS)对缓冲层不同位置白斑的化学元素进行分析,并测量白斑缓冲层的电导率,然后基于电导率测量结果,建立高压XLPE电缆电热耦合仿真模型,对高频过电压作用下白斑缓冲层的产热特性进行计算。结果表明:缓冲层烧蚀区域的白斑为其自身析出的阻水粉,析出白斑后缓冲层的电导率明显降低。在高频过电压作用下,过电压频率越高,在缓冲层白斑局部外围产生的电阻热越大,引起的温升越高,最终可能致使缓冲层过热而烧蚀。

关键词： XLPE电缆缓冲层烧蚀电热耦合

高压直流电缆中间接头电热耦合仿真及局部放电试验研究

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高压直流电缆中间接头电热耦合仿真及局部放电试验研究

作者：王紫君华中科技大学

学位级别：硕士

高压直流电缆是直流输电系统中最重要的设备之一。电缆中间接头作为电缆线路中的衔接部位,因结构复杂,施工工艺要求高而成为故障高发部位。当电缆中间接头局部电场畸变导致电场强度超过限值时,将引起局部放电(简称局放)现象发生,缩短绝... 详细信息

高压直流电缆是直流输电系统中最重要的设备之一。电缆中间接头作为电缆线路中的衔接部位,因结构复杂,施工工艺要求高而成为故障高发部位。当电缆中间接头局部电场畸变导致电场强度超过限值时,将引起局部放电(简称局放)现象发生,缩短绝缘寿命。因此研究电场分布情况和局部放电特性有助于掌握电缆中间接头的运行规律和开展故障诊断分析,具有重要的工程应用价值。本文从仿真模型构建、不同工业条件下的电场仿真计算、典型缺陷局部场强仿真计算及直流局部放电特性分析四个方面对高压直流电缆中间接头电场分布规律及典型缺陷局部放电特性进行了研究,所做主要工作和取得的重点结论如下:(1)建立了高压直流电缆中间接头电热场耦合仿真计算模型。基于COMSOL多物理场仿真软件构建了高压直流电缆中间接头及典型缺陷的1:1仿真几何模型,通过MATLAB软件拟合出绝缘材料的电导率模型,采用有限元分析法对电缆中间接头电场及热场分布进行了耦合仿真。结果显示应力锥根部和屏蔽管端部因场强畸变较大而成为电缆运行中的薄弱环节。(2)研究了不同工业条件下电缆中间接头电场分布情况。绘制了不同负载电流、环境温度、外施电压及典型缺陷下电缆中间接头典型位置的温度场及电场分布曲线,研究了不同工业条件对电缆中间接头电场分布的影响规律。结果显示各类工业条件对中间接头电场分布的影响程度不同,绝缘缺陷将导致局部电场严重畸变。(3)研究了电缆中间接头典型缺陷处电场分布影响因素。绘制了缺陷部位典型截线处电场强度分布曲线,分析了中间接头存在三类典型缺陷时载流大小、缺陷位置和缺陷尺寸的改变对缺陷处局部电场分布的影响。研究发现缺陷越靠近应力锥根部,局部电场畸变越严重,其中刀痕缺陷引起的电场畸变最易达到局部击穿场强。(4)分析了电缆中间接头不同缺陷下的直流局放特性。对电缆中间接头四类典型缺陷试品开展了直流局放测试试验,提取了局放脉冲信号中脉冲幅值、脉冲复现率、脉冲时间间隔等特征信息并绘制成特征图谱。总结了四类缺陷直流局放脉冲特性随电压等级变化的发展规律。

关键词：高压直流电缆中间接头 COMSOL 电热耦合有限元仿真典型缺陷电场分布局部放电