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基于双层模型的可控电流源换流器损耗优化方法

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电网技术 2024年第6期48卷 2651-2659页

作者：陈龙龙高冲张胤禄张升王以璇张闻闻先进输电技术国家重点实验室(国网智能电网研究院有限公司) 北京市昌平区102209 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

逆阻型集成门极换流晶闸管是构建可控关断电流源型换流器(current source converter,CSC)的可行器件之一。在换流器运行过程中,损耗的产生使得器件芯片结温上升,从而限制了换流阀的运行能力,因此必须明确并优化CSC中器件结温情况。该文... 详细信息

逆阻型集成门极换流晶闸管是构建可控关断电流源型换流器(current source converter,CSC)的可行器件之一。在换流器运行过程中,损耗的产生使得器件芯片结温上升,从而限制了换流阀的运行能力,因此必须明确并优化CSC中器件结温情况。该文提出了系统性的损耗特性、约束条件,建立了损耗抑制的双层模型,并给出了求解方法。提出了缓冲电路和损耗分析的综合设计方法,对缓冲回路及杂散参数范围进行了研究,对比了优化后的CSC与传统直流和柔性直流换流阀的损耗。结果表明,基于该模型的计算参数,器件损耗为5.7kW,电阻损耗约为1.8kW,器件结温增量为38℃,CSC的损耗与系统占比为0.54%。

关键词：逆阻型集成门极换流晶闸管换流阀损耗电流源型换流器

基于多通道卷积神经网络的甚低频/低频雷电辐射电场波形分类方法

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高电压技术 2024年

作者：肖力郎陈维江王宇贺恒鑫傅中向念文国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司国网安徽省电力有限公司电力科学研究院电网雷击风险预防湖北省重点实验室华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室合肥工业大学电气与自动化工程学院国家电网有限公司

雷电过程中产生多类雷电辐射电场波形，基于特征值的传统分类方法易误分类。为准确分类雷电辐射电场波形，本文提出了一种基于多通道卷积神经网络的甚低频/低频雷电辐射电场信号分类方法，该方法采用深度网络直接处理电场波形以减少先... 详细信息

雷电过程中产生多类雷电辐射电场波形，基于特征值的传统分类方法易误分类。为准确分类雷电辐射电场波形，本文提出了一种基于多通道卷积神经网络的甚低频/低频雷电辐射电场信号分类方法，该方法采用深度网络直接处理电场波形以减少先验知识依赖，设计多通道并行卷积核以有效提取雷电波形多尺度特征，引入shortcut连接以加速模型收敛。基于合肥地区实测雷电数据，本文建立了回击（RS）、初始预击穿（PB）、窄双极性脉冲（NBE）以及云闪（IC）四分类波形数据集，模型训练结果表明该模型识别准确率达到99.4%，与经典机器学习方法以及主流深度神经网络模型分类性能相比，本文所提出模型在分类准确率及训练收敛速度上均达更优水平。基于该模型本文采用知识蒸馏方法获得了适用于低算力计算平台的部署模型，部署模型在合肥某雷暴活动中单次分类耗时仅59ms，算力需求降低66%，分类准确率为99.0%，实现了模型在低算力计算平台上的可靠应用。

关键词：卷积神经网络甚低频雷电辐射电场波形分类模型部署

一种40V NLDMOS器件热载流子寿命研究

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微电子学与计算机 2024年

作者：鹿祥宾单书珊余山刘芳钟明琛邵亚利北京智芯微电子科技有限公司国家电网公司重点实验室电力芯片设计分析实验室北京智芯微电子科技有限公司北京市电力高可靠性集成电路设计工程技术研究中心

为了更精确预测基于0.18 μm 工艺的40V NLDMOS switch器件实际应用条件下的热载流子寿命，本文介绍了一种通过可靠性测试和计算机辅助数学解析相结合的热载流子可靠性寿命预计方法。该方法基于实际直流状态下的热载流注入测试数据，结... 详细信息

为了更精确预测基于0.18 μm 工艺的40V NLDMOS switch器件实际应用条件下的热载流子寿命，本文介绍了一种通过可靠性测试和计算机辅助数学解析相结合的热载流子可靠性寿命预计方法。该方法基于实际直流状态下的热载流注入测试数据，结合TCAD仿真，对测试结果进行了线性函数、多次函数、幂函数、指数函数及Dreesen R函数拟合，通过分析当前业界LDMOS器件的热载流子注入测试主流模型预测精度的局限性，找出了最优热载流子模型，提出了适合python语言编程的改进型Dreesen R模型；通过数学解析推导方法以及基于python语言的计算机辅助编程计算，得出了栅极以及漏极全工作电压范围内的热载流子参数退化曲线；通过模拟工作波形不同上升沿及下降沿的函数曲线、上升及下降时间以及不同占空比，得出随着时间变化的交直流转换因子曲线。最终新的测试项目可以通过不同电压下的直流状态下测试结果以及已经得到的交直流转换因子曲线，来直接获取工作场景交流状态的热载流子寿命。该评估方法解决了采用直流状态下的测试来解决现场复杂应用波形的热载流子寿命评估难题，较大节省了测试时间，提高了寿命预测精度。

关键词： 40VNLDMOS 热载流子注入测试可靠性交直流转换因子寿命预计 Kirk

系统强度支撑型可塑变流器(2)—机电暂态建模及系统强度支撑验证

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中国电机工程学报 2024年

作者：杜毅孙华东郑超吕思卓电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

新型电力系统是电力电子变流器泛在的系统，变流器电网支撑控制是保障系统安全稳定运行的重要技术手段，是当前学术界和工业界关注的热点。该文首先分析典型构网变流器控制策略及其性能；其次，针对系统强度支撑型可塑变流器(system str... 详细信息

新型电力系统是电力电子变流器泛在的系统，变流器电网支撑控制是保障系统安全稳定运行的重要技术手段，是当前学术界和工业界关注的热点。该文首先分析典型构网变流器控制策略及其性能；其次，针对系统强度支撑型可塑变流器(system strength supported flexible converter，SSS FC)，提出一种基于内电势矢量重塑(potential vector remodeling，PVR)的控制策略。该策略具备参数整定容易、限流策略简单、短路电流可控、功率调节灵活等诸多优点；再次，设计了其参与大电网稳定控制的系统架构，并基于PSASP-UD功能建立了SSS FC结构化机电暂态仿真模型；最后，面向修改后的CEPRI-36节点标准测试系统以及某交直流混联实际大电网，验证SSS FC多功能稳定控制的有效性。

关键词：系统强度支撑可塑变流器控制策略机电暂态模型用户自定义稳定控制

基于扩展PID控制的次同步振荡附加阻尼控制方法

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中国电机工程学报 2024年

作者：狄依容甄永赞胡永强新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学)

PID控制原理简单、适应性好、鲁棒性强，在诸多工业控制领域占据主导地位。随着电力系统振荡问题日趋复杂，PID附加阻尼控制的增强研究具有重要的工程意义。为此，该文提出一种基于扩展PID控制的新型附加次同步阻尼控制策略。首先，利... 详细信息

PID控制原理简单、适应性好、鲁棒性强，在诸多工业控制领域占据主导地位。随着电力系统振荡问题日趋复杂，PID附加阻尼控制的增强研究具有重要的工程意义。为此，该文提出一种基于扩展PID控制的新型附加次同步阻尼控制策略。首先，利用更多历史轨迹信息来增加控制器维数，得到扩展PID控制算法的统一格式。其次，通过引入步长因子，设计了一种适应性更强的扩展PID松弛格式。最后，为了减小计算量与存储量，对给定时间窗口内的历史数据采取稀疏技术，使该扩展PID附加次同步阻尼控制器兼顾了计算量少与控制效果佳的优点。理论分析与仿真结果表明，基于扩展PID控制的次同步振荡附加阻尼方法，与基于常规PID控制的方法相比，拥有更强的次同步振荡抑制效果，体现出良好的工程应用潜力。

关键词：次同步振荡阻尼控制双馈风电场 PID控制扩展PID控制松弛算法

环境友好型干式变压器用绝缘材料的发展与面临挑战

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广东电力 2024年第5期37卷 69-83页

作者：付强彭磊李智林木松张丽谢松瑜侯永平孔晓晓杜伯学广东省电力装备可靠性重点实验室广东电网有限责任公司电力科学研究院广东广州510080 教育部智能电网重点实验室天津大学天津300072

目前干式变压器用绝缘材料存在不可降解、难以回收利用等问题,与我国经济社会的“绿色”“低碳”发展战略目标相矛盾,亟需开展环境友好型干式变压器的研发与应用。为了解决这一问题,研究人员正在探索2种主要的技术路线:一是开发可降解... 详细信息

目前干式变压器用绝缘材料存在不可降解、难以回收利用等问题,与我国经济社会的“绿色”“低碳”发展战略目标相矛盾,亟需开展环境友好型干式变压器的研发与应用。为了解决这一问题,研究人员正在探索2种主要的技术路线:一是开发可降解回收的环氧树脂,尽管需要克服性能和热稳定性的挑战,但通过分子结构的创新设计,有潜力提升其应用性能;二是使用硅橡胶等可降解材料作为替代品,硅橡胶因其优异的耐温性、绝缘性和可回收性而成为有前景的选择,尽管其电气和机械性能需要进一步增强以满足工业需求。目前,硅橡胶在干式变压器中的应用研究还不够充分,特别是其长期运行的可靠性和耐久性仍需验证。展望未来,环境友好型干式变压器的研发将集中在开发安全、稳定、长寿命的材料,并提高其可回收性,以更好地符合我国的发展战略。实验室条件下虽然已经实现了材料的降解回收,但在实际应用中,性能和效率的提升仍然是关键;因此,优化回收技术、降低成本、提高回收效率将是电工绝缘材料领域可持续发展的关键方向。

关键词：环境友好干式变压器环氧树脂硅橡胶

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有界波模拟器中线缆倾角对电磁耦合的影响

集成电路与嵌入式系统 2024年第4期24卷 17-22页

作者：梁英宗刘芳赵扬赵东艳陈燕宁孟庆萌常泽洲齐宇北京智芯微电子科技有限公司国家电网公司重点实验室电力芯片设计分析实验室北京100192 北京智芯微电子科技有限公司北京市电力高可靠性集成电路设计工程技术研究中心北京100192 国网山西省电力公司电力科学研究院太原030001

电力设备中的断路器、隔离开关等一次设备与二次控保设备距离越来越小,由于一次设备操作而引起的电磁场环境突变,降低了二次设备的可靠性。例如变电站中的隔离开关在合闸和分闸时会产生瞬态强电磁脉冲,该脉冲所携带的部分能量与暴露在... 详细信息

电力设备中的断路器、隔离开关等一次设备与二次控保设备距离越来越小,由于一次设备操作而引起的电磁场环境突变,降低了二次设备的可靠性。例如变电站中的隔离开关在合闸和分闸时会产生瞬态强电磁脉冲,该脉冲所携带的部分能量与暴露在二次设备外部的线缆耦合,流入设备内部并对其中的电子元器件造成电磁干扰,严重时器件失效并导致设备工作异常。为探明其电磁耦合机理,本文汇总整理了不同电压等级的变电站因开关操作所产生的瞬态电磁场,提取出电磁脉冲的特征波形,利用有界波模拟器在实验室环境下近似再现了特征波形,并对线缆在有界波模拟器中的摆放形态进行了全波仿真分析,揭示了线缆摆放角度对电磁耦合的影响,为电力芯片在复杂电磁场环境下开展可靠性检测提供了理论基础。

关键词：有界波模拟器线缆耦合效应隔离开关电磁脉冲

基于校正条件生成对抗网络的风电场群绿氢储能系统容量配置

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电工技术学报 2024年第3期39卷 714-730页

作者：朱玲李威王骞张学广智能电网保护和运行控制国家重点实验室南京211106 南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司) 南京211106 哈尔滨工业大学电气工程及自动化学院哈尔滨150001

以条件生成对抗网络(CGAN)为代表的半监督学习可计及风电波动并生成出力场景集合,生成的数据可输入氢气储能容量配置模型以支撑优化求解。为此,该文首先设计一种校正条件生成对抗网络(CCGAN),并基于风电预测误差构建条件校正器,对预测... 详细信息

以条件生成对抗网络(CGAN)为代表的半监督学习可计及风电波动并生成出力场景集合,生成的数据可输入氢气储能容量配置模型以支撑优化求解。为此,该文首先设计一种校正条件生成对抗网络(CCGAN),并基于风电预测误差构建条件校正器,对预测失准事件和风电爬坡事件下输入生成器的标签信息进行识别和校正;然后,以储能定容的综合成本和各风场弃风成本为目标函数,构建绿氢储能容量配置的多目标优化模型,并引入基于切比雪夫距离的膝区域数学概念,以指导多目标优化算法设计;最后,以新英格兰39节点系统为例进行算例分析,结果表明未经校正的条件信息将导致定容决策偏离实际,而CCGAN能生成计及风电不确定性的高置信出力场景,使得容量配置结果兼顾鲁棒性和经济性。

关键词：校正条件生成对抗网络绿氢储能容量配置场景生成风电预测误差

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功率器件封装结构热设计综述

中国电机工程学报 2024年第7期44卷 2748-2773,I0020页

作者：王磊魏晓光唐新灵林仲康赵志斌李学宝北京智慧能源研究院北京市昌平区102209 新能源电力系统国家重点实验室(华北电力大学) 北京市昌平区102206

半导体技术的进步使得芯片的尺寸得以不断缩小,倒逼着封装技术的发展和进步,也由此产生了各种各样的封装形式。当前功率器件的设计和发展具有低电感、高散热和高绝缘能力的属性特征,器件封装上呈现出模块化、多功能化和体积紧凑化的发... 详细信息

半导体技术的进步使得芯片的尺寸得以不断缩小,倒逼着封装技术的发展和进步,也由此产生了各种各样的封装形式。当前功率器件的设计和发展具有低电感、高散热和高绝缘能力的属性特征,器件封装上呈现出模块化、多功能化和体积紧凑化的发展趋势。为实现封装器件低电感设计,器件封装结构更加紧凑,而芯片电压等级和封装模块的功率密度持续提高,给封装绝缘和器件散热带来挑战。在有限的封装空间内,如何把芯片的耗散热及时高效地释放到外界环境中以降低芯片结温及器件内部各封装材料的工作温度,已成为当前功率器件封装设计阶段需要考虑的重要问题之一。该文聚焦于功率器件封装结构的散热方面,针对功率半导体器件在散热路径方面的结构设计进行归纳总结。通过对国内外功率器件封装结构设计的综述,梳理功率器件封装结构设计过程中在散热方面的考虑及封装散热特点,并根据功率器件散热特点对功率器件封装结构类型进行分类。最后,基于降低封装结构散热热阻、提高器件散热能力的目的,从高导热封装材料和连接工艺、芯片面接触连接、增加散热路径以及缩短散热路程4个方面对功率器件封装结构设计在散热方面未来的发展趋势进行展望。

关键词：功率器件封装结构散热路径