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高静压下两间隙气体开关结构及电场优化设计

西安交通大学学报 2024年第9期58卷 154-163页

作者：卢勇张永民王昊东张少杰邱爱慈西安交通大学电力设备电器绝缘国家重点实验室西安710049

为解决可控冲击波设备的两间隙气体火花开关在非常规页岩油开发中结构强度不够的问题,提出了一种适用于高静压、有限空间中的气体火花开关结构强度与电场分布同步优化的设计方法。基于有限元模拟与理论分析,评估了50 MPa外部高静压对气... 详细信息

为解决可控冲击波设备的两间隙气体火花开关在非常规页岩油开发中结构强度不够的问题,提出了一种适用于高静压、有限空间中的气体火花开关结构强度与电场分布同步优化的设计方法。基于有限元模拟与理论分析,评估了50 MPa外部高静压对气体火花开关结构强度的影响,针对结构强度足够的气体火花开关模型,通过高斯定理对开关内部的电场分布进行了优化分析,给出了两电极气体火花开关结构强度与电场分布同步优化的设计方案。研究结果表明:开关结构强度主要与腔室壁厚正相关,而壁厚的增加会提高开关异常放电概率,在特定的壁厚参数下,电极半径存在最佳值使得绝缘子表面电场强度最低。在保证结构强度的前提下,对现有开关电场分布进行了优化分析,优化后的开关间隙电场的不均匀度有轻微提高,而高压绝缘子内、外表面电场强度分别衰减了59.6%与31.0%。通过先增加结构强度、后优化电场分布的方法,实现了对冲击波设备的两电极气体火花开关结构强度与电场分布的同步优化。

关键词：气体火花开关有限元模拟高静压电场分布

峰值电流控制Buck变换器高频建模及结合遗传算法的控制器优化设计

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电工技术学报 2024年第1期39卷 217-232页

作者：程翔鹏刘进军邵钰刘增电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 西安710049

峰值电流控制Buck变换器广泛应用于电源管理芯片。小信号建模是设计其控制器的关键。现有模型忽略电压外环引入的稳态控制信号纹波与小信号扰动延拓频谱对系统的影响,在高控制带宽场景下失效,从而无法指导控制器的设计。该文首先指出控... 详细信息

峰值电流控制Buck变换器广泛应用于电源管理芯片。小信号建模是设计其控制器的关键。现有模型忽略电压外环引入的稳态控制信号纹波与小信号扰动延拓频谱对系统的影响,在高控制带宽场景下失效,从而无法指导控制器的设计。该文首先指出控制器设计决定了控制信号纹波类型,进而研究了可导型纹波对系统建模的影响;然后综合考虑电压、电流环导致的频谱耦合,得到精确的高频模型;最后基于高频模型,提出一种结合遗传算法的高带宽控制器优化设计方法。仿真与实验证明了该模型的精确性与设计方法的优越性。

关键词： Buck变换器峰值电流控制高带宽高频建模遗传算法

考虑元件故障位置不确定性的维修队预调度与灾后派遣方法

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电力自动化设备 2024年第6期44卷 161-168页

作者：祝昊付炜谢海鹏高建龙别朝红西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西西安710049

极端自然灾害对配电网的影响具有强随机性,给配电网灾后快速恢复带来巨大挑战。为此,提出了一种考虑元件故障位置不确定性的两阶段配电网负荷恢复方法。在灾前决策阶段,综合考虑系统的交通状况和灾后恢复过程,制定与元件抢修配合的预调... 详细信息

极端自然灾害对配电网的影响具有强随机性,给配电网灾后快速恢复带来巨大挑战。为此,提出了一种考虑元件故障位置不确定性的两阶段配电网负荷恢复方法。在灾前决策阶段,综合考虑系统的交通状况和灾后恢复过程,制定与元件抢修配合的预调度方案。为了应对元件故障位置的不确定性,将预调度过程构建为3层鲁棒优化模型,并针对3层混合整数线性规划模型求解困难的问题,设计了嵌套列和约束生成算法,实现模型的精确求解。在灾后恢复阶段,计及分布式发电机和储能等资源和网络重构,构建混合整数线性规划模型,对重要负荷进行快速恢复。所提方法在改进的IEEE 33节点配电系统中得到了验证,算例结果表明其充分考虑了故障位置的不确定性,可以显著提升灾后恢复的效率,降低配电网负荷损失。

关键词：配电网弹性负荷恢复维修队故障位置不确定性鲁棒优化

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低功率平面型霍尔推力器的工作特性研究

推进技术 2024年第2期45卷 199-208页

作者：任林渊王亚楠靳丽云付瑜亮孙安邦丁卫东西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西西安710049

为了解决低功率霍尔推力器存在的寿命问题,本文设计了一种平面型霍尔推力器。该推力器取消了内部放电通道,前壁和阳极在同一平面,电离和加速过程完全发生在推力器外部的开放空间中。推力器在0.6~1.0 mg/s的氙气流量下,实现稳定放电。本... 详细信息

为了解决低功率霍尔推力器存在的寿命问题,本文设计了一种平面型霍尔推力器。该推力器取消了内部放电通道,前壁和阳极在同一平面,电离和加速过程完全发生在推力器外部的开放空间中。推力器在0.6~1.0 mg/s的氙气流量下,实现稳定放电。本文实验研究了不同运行参数下推力器的阳极电流特性、推力特性和羽流束流特性。结果表明,阳极电流的振荡频谱主要集中在20~60 kHz,与常规霍尔推力器的呼吸振荡频率范围相似。在62~245 W的功率下,推力为3.2~10.5 mN,阳极效率为8%~22%。推力水平与同功率等级的传统霍尔推力器相当,而阳极效率偏低。利用法拉第探针获得离子的束流特性,结果表明:较低的羽流发散效率是造成目前推力器阳极效率偏低的主要因素。结合实验结果,分析了平面型霍尔推力器与传统霍尔推力器在离子加速方面的差异。本文设计的平面型霍尔推力器为解决霍尔推力器的壁面侵蚀问题提出了一种可能的方案。

关键词：霍尔推力器点火阳极效率负梯度磁场羽流发散

含实时电流补偿的开关磁阻式机电作动器自适应PI控制

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西安交通大学学报 2024年第2期58卷 184-194页

作者：龙云杜锦华布家宝梁得亮西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安交通大学陕西省智能电网重点实验室西安710049

针对传统控制算法难以克服开关磁阻电机的非线性并有效抑制转向叶片的负载扰动,因而无法对开关磁阻式机电作动器进行快速高精度位置跟踪控制的问题,提出了一种含实时电流补偿的自适应PI控制器。首先,通过负载观测器对作用于转向叶片上... 详细信息

针对传统控制算法难以克服开关磁阻电机的非线性并有效抑制转向叶片的负载扰动,因而无法对开关磁阻式机电作动器进行快速高精度位置跟踪控制的问题,提出了一种含实时电流补偿的自适应PI控制器。首先,通过负载观测器对作用于转向叶片上的空气动力负载进行实时估算,进而转化为电流环的实时补偿电流来抑制负载扰动的影响;然后,基于开关磁阻电机的转矩电流特性拟合曲线与实时电流反馈值对转速环PI参数进行自适应最优调节,从而削弱了开关磁阻电机的非线性,增强了机电作动器的转速调节性能;最后,通过引入位置前馈环节,有效提高了机电作动器的响应速度和位置跟踪精度。仿真和实验结果表明:相较于传统PI控制器、自适应PI控制器和含前馈环节的自适应PI控制器,所提控制器将开关磁阻式机电作动器的响应速度分别提高了49.3%、44.4%和30%,位置跟踪精度分别提高了54.8%、49.2%和2.9%,从而使得机电作动器具备更强的位置跟踪性能。

关键词：机电作动器开关磁阻电机位置跟踪控制电流补偿自适应PI控制

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沿面放电光脉冲发展特征与临界击穿判据研究

中国电机工程学报 2024年第10期44卷 4123-4133,I0032页

作者：任明王玥关浩斌王凯余家赫董明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

绝缘沿面放电是引起高压开关柜中滑闪及电弧击穿的主要原因和前期阶段,准确有效地对绝缘异常爬电进行监测、跟踪和预警对保障设备安全运行非常关键。该文通过试验研究强垂直分量绝缘爬电的光脉冲阶段特征,并提出基于多波段光谱辐射强度... 详细信息

绝缘沿面放电是引起高压开关柜中滑闪及电弧击穿的主要原因和前期阶段,准确有效地对绝缘异常爬电进行监测、跟踪和预警对保障设备安全运行非常关键。该文通过试验研究强垂直分量绝缘爬电的光脉冲阶段特征,并提出基于多波段光谱辐射强度信息的放电发展阶段划分方法和临界击穿判据,从而建立基于多波段光谱强度比值的放电跟踪预警方法。首先,搭建多波段单光子试验系统,采用自制多波段光学传感装置对沿面放电发展全过程跟踪测量,获得表征放电发展过程光谱比率的统计参量;其次,借助模糊聚类算法和支持向量机,构建放电发展临界特征空间边界,并对放电严重程度进行量化评估,结果表明该方法对放电阶段的正判率达到96.9%以上;最后,确立基于光谱比率的放电危险性主动预警逻辑,并开发了放电光脉冲跟踪预警系统,为开关柜放电和弧光监测的创新应用提供了参考。

关键词：高压开关柜光谱比率临界击穿弧光监测模糊聚类

基于频域阈值处理广义互相关和空间筛选的多源局部放电定位方法

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电网技术 2024年第4期48卷 1721-1730,I0089,I0091-I0093页

作者：关宇董明席英杰李易张崇兴任明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

该文针对电力设备的多源局部放电定位问题,提出了基于频域阈值处理广义互相关(frequency domain threshold processing generalized cross-correlation,FDTP-GCC)和空间筛选的多源局部放电定位方法。为实现多源局部放电超声信号的同源... 详细信息

该文针对电力设备的多源局部放电定位问题,提出了基于频域阈值处理广义互相关(frequency domain threshold processing generalized cross-correlation,FDTP-GCC)和空间筛选的多源局部放电定位方法。为实现多源局部放电超声信号的同源时间差提取问题,该文提出了FDTP-GCC算法,该算法直接应用于超声传感设备采集的原始信号,在频域内通过设置幅度谱阈值排除干扰频段,幅度谱归一化突出多源信号时间差的冲激函数特征,直接得到对应同源信号的时间差。通过仿真证明了FDTP-GCC算法进行时间差估计的高准确性、高稳定性、高抗噪能力。为解决FDTP-GCC算法带来的同源时间差分离的问题,该文提出了基于空间筛选的多源局部放电定位方法,并分析了采用基于解析解的算法和智能算法进行空间筛选的定位性能。最后采用双局部放电源进行了定位试验,试验结果表明该文方法提取的时间差误差均在1μs以内,两个局部放电源的定位误差为20.53cm和4.93cm。

关键词：局部放电超声定位到达时间差频域阈值处理广义互相关空间筛选

针板电极下酯类绝缘油放电特性及产气规律研究

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电网技术 2024年第1期48卷 405-415页

作者：邢亚东董明刘阳胡一卓李青徐阳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

酯类绝缘油在电力系统中的应用越来越广泛,其放电特性和产气规律与传统矿物油存在一定差异。为了研究酯类绝缘油变压器在放电故障发展过程中的放电特性和产气规律,该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,搭建了油纸绝缘放电故障模... 详细信息

酯类绝缘油在电力系统中的应用越来越广泛,其放电特性和产气规律与传统矿物油存在一定差异。为了研究酯类绝缘油变压器在放电故障发展过程中的放电特性和产气规律,该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,搭建了油纸绝缘放电故障模拟试验平台,采用恒压法进行重复性试验,采集放电发展过程中的放电特征参量,并同时采集试验油样进行油中溶解气体分析。结果表明,酯类绝缘油放电脉冲幅值较高,脉冲重复率较低,其放电发展过程中所释放的能量较大;相同电应力作用下,酯类绝缘油易产生较多的气体产物,其中CO、C_(2)H_(6)和C_(2)H_(2)含量较多,尤其是天然酯FR3;根据放电统计特征参量和油中溶解气体产物可将整个放电过程划分为放电起始阶段、放电发展阶段以及预击穿阶段,其可为酯类绝缘油变压器故障诊断提供一定依据。

关键词：酯类绝缘油油纸绝缘放电特性油中溶解气体发展规律

基于电化学阻抗谱的锂电池过充电阻抗特性与检测方法研究

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中国电机工程学报 2024年第9期44卷 3388-3398,I0004页

作者：董明刘王泽宇李晓枫贺馨仪熊锦晨罗阳张崇兴任明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

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电... 详细信息

目前以锂电池为主的电化学储能单元及系统应用日益广泛,而锂电池在实际使用中频发因过充电滥用引发电池故障的情况,因此实际电池的过充电状态准确检测一直是该领域的难点和瓶颈问题。针对此,该文采用电化学阻抗谱技术对单体电池过充电行为及过程开展检测研究,在实验室设计并制定电池过充电模拟循环实验,利用弛豫时间分布法对锂电池阻抗特性进行分析;在获得电池阻抗特性的基础上,对电池弛豫时间分布曲线进行解析;最后筛选阻抗特征参量为模型输入量,构建支持向量机模型进行电池过充电检测。结果表明,弛豫时间分布曲线中的极化峰P1对应锂离子在固态电解质界面(solid electrolyte interphase,SEI)膜中的扩散过程、极化峰P2对应电子在正极材料中的扩散过程、极化峰P3对应锂离子在电极界面的氧化还原反应。过充电会导致电池欧姆内阻、SEI膜内阻与电荷转移电阻的增长速率最大为正常循环的266%、360%和182%,其中固态电解质界面SEI膜内阻为主要因素。电化学阻抗谱的阻抗特征参量以及支持向量机模型可以用于锂电池过充电检测,估计精度达93.24%。不仅可掌握电池的运行状态,还可对过充电进行有效辨识。

关键词：锂离子电池弛豫时间分布电化学阻抗谱过充电支持向量机