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封闭条件下温度对气隙放电影响的模拟研究

电机与控制学报 2024年第2期28卷 1-10页

作者：郑全福张钊棋罗林根盛戈皞江秀臣上海交通大学电气工程系上海200240

气隙缺陷往往导致局部放电(PD)现象,局放的发展过程与放电条件密切相关,通过放电的宏观表征来分析判断放电条件,是实现绝缘条件评估的重要途径。以温度对气隙缺陷下局放过程的影响为例,通过建立温度条件对放电过程的参数控制模型,研究... 详细信息

气隙缺陷往往导致局部放电(PD)现象,局放的发展过程与放电条件密切相关,通过放电的宏观表征来分析判断放电条件,是实现绝缘条件评估的重要途径。以温度对气隙缺陷下局放过程的影响为例,通过建立温度条件对放电过程的参数控制模型,研究了不同温度对其微观发展过程的影响,得到了不同温度条件下的宏观表征。仿真研究表明,在封闭条件下,温度的升高会影响放电过程中的电子密度分布以及电场分布。在303、323和343 K的条件下模拟放电过程,其电流峰值依次为0.479、0.356和0.261 A,随温度升高逐渐下降;此外其电流脉冲持续时间依次为19.261、15.516和13.438 ns,随温度升高逐渐变短。最后,实地测量了不同温度下的放电电流,获得了与仿真模型一致的结果。

关键词：局部放电温度流体模型放电电流气隙缺陷参数控制

潮湿环境下中压电缆接头早期故障的演变规律及特性

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高电压技术 2024年第3期50卷 1311-1321页

作者：于志鹏许永鹏钱庆林段常坤江秀臣上海交通大学电气工程系上海200240

由于目前缺乏对电缆接头早期故障演变过程的研究,为此根据实际运行场景设计了潮湿环境下的电缆接头早期故障模拟试验,得到不同放电次数下的电缆接头早期故障电流变化规律、绝缘损伤、气隙内积水位移等特征,分析早期故障演变过程,并根据... 详细信息

由于目前缺乏对电缆接头早期故障演变过程的研究,为此根据实际运行场景设计了潮湿环境下的电缆接头早期故障模拟试验,得到不同放电次数下的电缆接头早期故障电流变化规律、绝缘损伤、气隙内积水位移等特征,分析早期故障演变过程,并根据故障时的电极构成特征将早期故障分为第1、第2阶段,提出了早期故障2个阶段各自的特征。在此基础上建立了电弧位置固定时的早期故障仿真模型,仿真分析了电弧温度的变化、固体绝缘部分的高温区域形成以及电弧区域的热量散失等现象。综合试验与仿真结果认为,移动位置电弧与重燃电弧共同构成早期故障的第1阶段。当电弧位置临近接头接地点,早期故障将进入第2阶段。当闪络痕迹贯穿绝缘表面时,将形成永久性故障。该研究结果为早期故障特征识别与监测提供了理论支撑。

关键词：潮湿环境中压电缆接头早期故障实验模拟多物理场仿真故障演变过程

基于域随机化的绝缘子缺损数据自动生成与评价方法

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高电压技术 2024年第5期50卷 1900-1912页

作者：刘庆臻刘亚东严英杰姜骞王龙江秀臣上海交通大学电气工程系上海200240

机器代人巡检已逐步在电力巡检场景中得到广泛应用,绝缘子作为维护电力系统安全可靠稳定运行的重要设备,对其缺陷进行准确有效检测具有重要意义。绝缘子缺损识别是绝缘子缺陷检测中的重要任务,针对当前绝缘子缺损数据样本较少且样本不平... 详细信息

机器代人巡检已逐步在电力巡检场景中得到广泛应用,绝缘子作为维护电力系统安全可靠稳定运行的重要设备,对其缺陷进行准确有效检测具有重要意义。绝缘子缺损识别是绝缘子缺陷检测中的重要任务,针对当前绝缘子缺损数据样本较少且样本不平衡,模型泛化能力差、数据标注不精确的问题,该文提出基于域随机化的缺损样本自动生成框架与样本图像质量评估方法,在虚拟域到真实域的绝缘子缺损检测域适应问题上取得了较好的效果,并基于该方法生成图像标注数据供开源使用。该文提出的域随机化数据生成方法首先基于程序化建模生成结构可调的绝缘子伞盘模型并基于纹理噪声模型建立了包含陶瓷绝缘子常见色彩、纹理信息的程序化纹理模型,进而基于网格噪声模型建立了绝缘子缺损切割模块,随后通过域随机化生成完整的绝缘子结构、纹理模型、缺损结构、背景信息与场景物体。在图像渲染和自动标注环节,首先基于相机对准与能见度自动生成与调整拍摄点及相机参数,进而提出了基于光线投射方法建立数据标注类别判定方法,设置实例对应的图像渲染通道进行图像渲染,完成批量数据生成。该文采用域随机化生成的3000张虚拟数据在不修改YOLO V5网络结构、模型参数的基础上训练模型,在300张真实绝缘子缺损图像上进行测试,正常绝缘子识别准确率达到97.8%,召回率92.1%,缺损绝缘子识别准确率79.0%,召回率75.9%,各检测类别的准确率和召回率均高于基于400张真实图像训练得到的检测模型的推理结果。该文提出的图像样本质量评估方法考虑了与真实域数据的相似度和样本在数据集中的独立性,将所得评价结果代入损失函数权重计算,进一步提升了推理结果,缺损绝缘子识别准确率85.3%,召回率77.8%。

关键词：域随机化域适应绝缘子缺损检测图像质量评估合成数据 3维建模

基于多变量时空融合网络的风机数据缺失值插补研究

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自动化学报 2024年第6期50卷 1171-1184页

作者：詹兆康胡旭光赵浩然张思琪张峻凯马大中东北大学信息科学与工程学院沈阳110819 山东大学电气工程学院济南250100

风电场数据的完整性会因恶劣天气、输入信号丢失、传感器故障等原因遭到破坏,而大面积的数据缺失将给风机设备的运行和维护带来严峻考验.因此,提出一个多变量时空融合网络(Multivariate spatiotemporal integration network,MSIN)来解... 详细信息

风电场数据的完整性会因恶劣天气、输入信号丢失、传感器故障等原因遭到破坏,而大面积的数据缺失将给风机设备的运行和维护带来严峻考验.因此,提出一个多变量时空融合网络(Multivariate spatiotemporal integration network,MSIN)来解决缺失数据问题.首先,提出包含缺失值定位−指引机制的MSIN结构,揭示缺失部分数据的潜在信息,确保插补数据符合真实分布.其次,在网络中设计多视角时空卷积模块,捕捉同一风机多个变量与多个风机同一变量之间的局部空间和全局时间相关性,用于提高插补数据的真实性.接着,提出网络实时自更新机制,根据风电场实时变化情况实现在线调整,能够提升网络泛化能力,由此弥补重新训练模型的时间和空间成本高的缺陷.最后,通过真实的风机数据验证所提网络的有效性和优越性.相关分析结果表明,相较于MissForest等传统数据插补方法的插补性能,平均绝对误差(Mean absolute error,MAE)、平均绝对百分比误差(Mean absolute percentage error,MAPE)和均方根误差(Root mean square error,RMSE)分别下降18.54%、41.00%和3.15%以上.

关键词：风机数据数据插补时空特征生成对抗网络

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基于激光测振的聚合物空间电荷积累量评估方法研究

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中国电机工程学报 2024年第11期44卷 4556-4565,I0033页

作者：孙国强沈鑫吴建东尹毅上海交通大学电气工程系上海市闵行区200240

电声脉冲法受接触式压电传感器的工作温度限制,难以实现极端环境温度下聚合物介质内的空间电荷检测,因此有必要探究新的检测方法和技术。该文基于电声脉冲法的电-声转换原理,采用非接触式的激光多普勒测振法代替接触式压电检测,并开展... 详细信息

电声脉冲法受接触式压电传感器的工作温度限制,难以实现极端环境温度下聚合物介质内的空间电荷检测,因此有必要探究新的检测方法和技术。该文基于电声脉冲法的电-声转换原理,采用非接触式的激光多普勒测振法代替接触式压电检测,并开展正弦激励下基于激光测振的聚合物电荷积累量评估研究。通过对各物理量间关系的理论推导,提出基于电荷-声波-振动信号转换的理论模型。根据激光多普勒测振仪关键性能参数,搭建正弦激励下基于激光测振的空间电荷试验平台,并对激光多普勒测振仪输出端进行灵敏度实验,确定速度端口作为系统的测量端口。通过接触式压电传感器和激光测振的比对检测,分析直流场下电极表面的声波和振动特性,验证所提声波-振动理论模型的准确性。最后,以聚酰亚胺为检测对象,测量直流场下的空间电荷和电极表面振动,发现平均体电荷密度特征量和速度幅值与极化电场呈近似线性关系,去除界面极化电荷的界面平均体电荷密度特征量和去除界面极化电荷作用的速度幅值,均随极化电场变化呈现三段式分布。这表明非接触式激光测振和传统压电传感器检测具有很好的一致性,均可应用于聚合物空间电荷的评估。

关键词：聚合物空间电荷激光测振振动信号体电荷密度

面向高变倍场景的变电站巡检机器人云台相机对准方法

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中国电机工程学报 2024年第8期44卷 3337-3346,I0034页

作者：姜骞刘亚东严英杰刘庆臻陈思江秀臣上海交通大学电气工程系上海市闵行区200240

受导航误差和机械磨损等因素影响,变电站巡检机器人在自主巡检时的停靠位姿偏离预置位姿,导致其云台相机在高倍变焦抓图时出现目标设备不在图像内以及聚焦失败等问题。因此,提出一种面向高变倍场景的变电站巡检机器人云台相机对准方法,... 详细信息

受导航误差和机械磨损等因素影响,变电站巡检机器人在自主巡检时的停靠位姿偏离预置位姿,导致其云台相机在高倍变焦抓图时出现目标设备不在图像内以及聚焦失败等问题。因此,提出一种面向高变倍场景的变电站巡检机器人云台相机对准方法,使巡检机器人相机能够精确对准到预置位姿,以拍摄与模板图像一致的高质量巡检图像。首先,建立巡检机器人位姿与像素误差之间的关系模型;然后,基于构造的变电站空间布局假设条件,提出机器人相机位姿误差的近似解法;最后,对相机位姿误差进行正交解耦,使用提出的折半对准控制方法校正相机位姿误差。在巡检机器人真型平台上开展相机对准试验,结果表明,相较于仅调整云台姿态的传统相机对准方法,该方法在高变倍巡检场景中表现出更高的巡检覆盖率、准确率以及更低的巡检图像像素误差。

关键词：巡检机器人自主巡检相机对准位姿求解折半控制

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基于多目标优化的高频DAB变换器混合多重移相控制策略

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中国电机工程学报 2024年第4期44卷 1517-1533,I0022页

作者：龚邻骁李文辉徐军忠李厚基王勇上海交通大学电气工程系上海市闵行区200240

随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与... 详细信息

随着双有源全桥(dual active bridge,DAB)变换器开关频率的提升,半导体器件的开关损耗占比越来越大,基于回流功率、电感电流峰值或有效值的单目标效率优化策略的优势逐渐丧失。为提升DAB变换器的高频工况运行效率,文中对DAB最优模态与优化目标进行定量分析与选择,提出一种可同时实现电感电流有效值准最优、宽范围软开通的移相策略,在该策略下轻重载工况所有开关管均可实现软开通,中载仅有两个开关管丢失软开通。为保证软开通的有效实现,根据电荷交换和死区时长两个条件推导实现软开通所需电流的统一表达式。再者,将软开通谐振过程线性化处理,所得简化表达式可与本文移相模态相结合,可实现任意开关管在任意模态下的软开通。最后,搭建6.6 k W/150 k Hz的碳化硅实验平台进行验证。实验结果表明,所研究的多目标优化策略可同时减小开通损耗与导通损耗,有效提升DAB变换器在高频工况下的运行效率。

关键词：高频双有源全桥变换器电感电流有效值准最优宽软开通范围软开通电流

高浓度掺杂非晶铟镓锌氧化物薄膜的态密度模型研究

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电子学报 2024年第5期52卷 1591-1600页

作者：蔡坤林谢应涛蹇欢黄雁琳翁嘉明重庆邮电大学电子工程系重庆400065 上海交通大学电气工程系上海200240

针对背沟道刻蚀(Back Channel Etch,BCE)技术的非晶铟镓锌氧化物(a-IGZO)薄膜晶体管(Thin Film Transistor,TFTs),建立了一种高浓度掺杂态密度模型(High Concentration Doping Density Of States model,HCD-DOS model),并通过数值模拟研究态密度关键参数对器件性能的影响,以此揭示a-IGZO TFTs中制备工艺对导电沟道修复的物理机理.首先,采用结合强度较高的钼/铜双层结构作为栅/源/漏电极,引入BCE方法制备了底栅顶接触(BottomGate Top-Contact,BG-TC)TFTs.其次,建立了适用于BCE技术的a-IGZO TFTs的HCD-DOS模型.随后,基于TCAD(Technology Computer Aided Design)仿真器对态密度关键参数进行数值研究,结果表明,不同态密度参数对a-IGZO TFTs器件转移特性曲线、电学特性以及沟道内部电子浓度分布的影响有所差异.最后,基于HCD-DOS模型探索SiO_(x)钝化层沉积和N_(2)O等离子体处理对器件内部机理的影响.研究发现,N2O等离子体处理对态密度分布和沟道载流子浓度有显著影响,进而导致阈值电压正向漂移.

关键词：非晶铟镓锌氧化物薄膜晶体管态密度模型钝化层沉积等离子体处理背沟道刻蚀

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可抑制直流偏移的软启动式单相锁频环

太阳能学报 2024年第1期45卷 552-562页

作者：罗韡王琛琛上海理工大学电气工程系上海200093

针对传统的锁频环无法抑制电网电压直流偏移问题,提出一种基于直流偏移抑制环路的锁频环结构;为提高锁频环在启动期间和相位跳变下的动态性能,对传统锁频环结构进行改进以降低锁频环的频率估计器环路增益,实现快速平滑的相角跳变跟踪;... 详细信息

针对传统的锁频环无法抑制电网电压直流偏移问题,提出一种基于直流偏移抑制环路的锁频环结构;为提高锁频环在启动期间和相位跳变下的动态性能,对传统锁频环结构进行改进以降低锁频环的频率估计器环路增益,实现快速平滑的相角跳变跟踪;最终提出一种可抑制电网电压直流偏移的软启动式单相锁频环。仿真分析和实验结果表明,所提结构具有良好的稳态特性和动态特性。

关键词：光伏发电频率估计同步抑制直流分量软启动

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