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基于卷积变分自编码和多头自注意力机制的断路器剩余机械寿命预测

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仪器仪表学报 2024年第3期45卷 106-118页

作者：孙曙光王泽伟陈静黄光临王景芹河北工业大学人工智能与数据科学学院天津300130 温州聚星科技股份有限公司温州325062 河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130

针对万能式断路器退化过程的不确定性,考虑到振动信号对机械性能退化的完善表征,提出了一种基于卷积变分自编码(CVAE)和多头自注意力机制(MSA)的断路器分闸机械机构寿命预测方法。首先依据断路器不同的事件区间提取参数特征,再通过CVAE... 详细信息

针对万能式断路器退化过程的不确定性,考虑到振动信号对机械性能退化的完善表征,提出了一种基于卷积变分自编码(CVAE)和多头自注意力机制(MSA)的断路器分闸机械机构寿命预测方法。首先依据断路器不同的事件区间提取参数特征,再通过CVAE挖掘信号成分中的深度特征,将参数特征与深度特征融合得到完备退化特征,最后建立GRU-MSA的定量寿命预测模型,引入了多头自注意力机制,在多个不同表征子空间中捕捉信号的不同依赖关系,对重要的时间步赋予更大的权重。最后利用3台试品的振动信号测量数据对所提断路器分闸机械机构寿命预测方法进行测试,结果表明,所提出的方法在3个数据集中寿命预测均方根误差(RMSE)分别为141.46、128.75和134.16,平均绝对误差(MAE)分别为112.17、101.52和106.22,预测精度高且稳定性好,相对于其他混合预测模型更具优势。

关键词：万能式断路器卷积变分自编码多头自注意力机制剩余寿命预测

电力变压器油中溶解气体异常数据识别与含量预测研究

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电网技术 2024年

作者：杜江范志远范仲华王庆凯李佩贤河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 国网山东夏津县供电公司

采用神经网络模型对油中溶解气体含量进行预测是目前评估电力变压器运行状态的重要方法，数据质量是影响神经网络模型预测精度的关键因素，然而，由于变压器复杂的运行环境，使得采集到的气体数据中不可避免的存在多种类型的异常数据，... 详细信息

采用神经网络模型对油中溶解气体含量进行预测是目前评估电力变压器运行状态的重要方法，数据质量是影响神经网络模型预测精度的关键因素，然而，由于变压器复杂的运行环境，使得采集到的气体数据中不可避免的存在多种类型的异常数据，进而造成数据质量下降，严重影响模型的预测精度。此外，神经网络模型的参数是否匹配也是影响其预测性能的重要因素，然而，传统依据人工经验选择参数存在主观性、低效性和不可扩展性等缺点，也在一定程度上影响了模型的预测性能。为解决上述问题，该文通过对最近邻集成隔离法(iNNE)进行修正，提出了修正最近邻集成隔离法(MiNNE)，利用MiNNE综合考虑局部度量与全局度量的特性实现气体异常数据的准确识别，有效提升数据质量。同时，对鹈鹕优化算法进行改进，提出了改进鹈鹕优化算法(IPOA)，并利用IPOA对影响神经网络模型预测精度的关键参数进行优化，有效克服了传统依据经验选参而导致模型预测精度低与传统POA易陷入局部最优的问题，提高了模型的预测性能。采用电力变压器实际运行数据对所提模型进行验证，结果表明，相较于其他模型，所提模型在7种特征气体预测中均取得了最佳的预测效果，充分证明了所提模型的优越性。

关键词：电力变压器油中溶解气体异常数据识别气体含量预测

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光伏低压直流断路器电磁脱扣器静态特性分析

机械设计与制造 2024年第7期 273-278页

作者：苏秀苹李沛原河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300130 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300130

对于光伏发电系统的保护,低压直流断路器具有举足轻重的地位。文章对光伏低压直流断路器电磁脱扣器的静态特性进行了分析,在有限元分析软件ANSYS中建立了电磁脱扣器的三维模型,并进行加载、求解,从而得到了不同电流、不同气隙下动铁心... 详细信息

对于光伏发电系统的保护,低压直流断路器具有举足轻重的地位。文章对光伏低压直流断路器电磁脱扣器的静态特性进行了分析,在有限元分析软件ANSYS中建立了电磁脱扣器的三维模型,并进行加载、求解,从而得到了不同电流、不同气隙下动铁心所受电磁吸力大小的二维静态特性曲线图。之后对有限元分析软件ANSYS进行了二次开发,得到了动铁心所受电磁吸力在不同结构参数下的变化曲线并给出了相应的解释,同时根据结构参数变化对初始位置电磁吸力的影响为各参数提出了相应的公差建议。

关键词：光伏直流断路器电磁脱扣器静态特性电磁吸力公差建议

一种基于ISBO算法的锂离子电池等效电路模型辨识方法研究

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电源学报 2024年第1期22卷 83-93页

作者：黄凯田海建丁恒省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300130 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300130

锂离子电池等效电路模型的参数辨识方法对模型精度有较大的影响。针对缎蓝园丁鸟优化SBO(satin bowerbird optimization)算法收敛精度低和收敛速度慢的问题,提出一种改进的缎蓝园丁鸟优化ISBO(improved satin bowerbird optimization)... 详细信息

锂离子电池等效电路模型的参数辨识方法对模型精度有较大的影响。针对缎蓝园丁鸟优化SBO(satin bowerbird optimization)算法收敛精度低和收敛速度慢的问题,提出一种改进的缎蓝园丁鸟优化ISBO(improved satin bowerbird optimization)算法。采用惯性权重、柯西变异、高斯变异和贪婪选择策略来提高ISBO算法的收敛精度,并利用标准测试函数对其收敛性能进行验证。结合电池充放电数据,将提出的ISBO算法用于锂离子电池等效电路模型的参数辨识。实验结果表明,与SBO和自适应权重粒子群优化算法相比,ISBO算法参数辨识精度较高且辨识精度不受电池工况的影响。

关键词：锂离子电池等效电路模型模型参数辨识改进的缎蓝园丁鸟优化算法

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层合磁电能量采集器的研究进展

压电与声光 2024年第4期46卷 534-544页

作者：曹淑瑛何露谷家桢徐贤哲河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300401

层合磁电(ME)能量采集器具有微型化、柔性化和功能多样化等优点,在植入医疗、物联网(IoT)和微机电系统(MEMS)等低功耗设备的自供电监测中具有广阔的应用前景。评述了该采集器的最新研究进展,介绍了其磁-机-电耦合能量转换机理,梳理了各... 详细信息

层合磁电(ME)能量采集器具有微型化、柔性化和功能多样化等优点,在植入医疗、物联网(IoT)和微机电系统(MEMS)等低功耗设备的自供电监测中具有广阔的应用前景。评述了该采集器的最新研究进展,介绍了其磁-机-电耦合能量转换机理,梳理了各种高频、低频磁能采集器和低频混合能采集器的类型与结构特点,综合比较分析了器件性能,指出高频磁能采集器在植入设备无线供电医疗诊治中的潜在优点和低频采集器在载流IoT设备自供电传感监测中的显著优势。最后总结了该采集技术目前存在的问题和未来发展方向。

关键词：磁电器件磁-机-电耦合磁能和振动能采集无线供电医疗诊治自供电自偏置

基于声学均一化模型的锂离子电池力学特性参数估计与荷电状态表征

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中国电机工程学报 2024年

作者：刘素贞陈达袁路航徐志成金亮张闯省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)

锂离子电池力学特性参数可作为电池循环充放电导致的内部结构变化、损伤与性能衰退的评估依据，然而现有检测方法难以无损获取实际工况下的电池力学特性参数。超声波形特征能够反演电池内部结构的微小变化，与电池力学特性参数变化密切... 详细信息

锂离子电池力学特性参数可作为电池循环充放电导致的内部结构变化、损伤与性能衰退的评估依据，然而现有检测方法难以无损获取实际工况下的电池力学特性参数。超声波形特征能够反演电池内部结构的微小变化，与电池力学特性参数变化密切相关，可准确表征电池力学特性参数。本文提出了一种基于锂离子电池声学均一化模型与粒子群优化算法的电池力学特性参数估计方法。基于均匀化理论对电池多层结构进行简化，建立电池声学均一化模型。搭建电池超声检测平台，获取超声实验数据，为力学特性参数估计提供数据支撑。基于粒子群优化算法联合声学均一化模型进行仿真优化，利用仿真波形逼近实验波形，不断迭代优化模型，反推出此时电池整体有效杨氏模量与整体有效密度等力学特性参数。最后，通过高斯过程回归算法建立融合力学特征的锂离子电池SOC估计模型，对比了融合不同特征对SOC估计精度的影响。实验结果表明，融合力学特征可以有效地提高SOC 估计的精度。在动态工况下，SOC 估计的均方根误差为1.92%，平均绝对误差在1.68%，验证了利用力学特性参数进行SOC 估计的可靠性与准确性。

关键词：锂离子电池力学特性参数声学均一化模型超声检测粒子群优化算法

不同放电倍率下软包锂离子电池非均匀生热表征方法

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电源技术 2024年第6期48卷 1095-1102页

作者：刘素贞张涛张闯徐志成金亮河北工业大学省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室天津300401 河北工业大学河北省电磁场与电器可靠性重点实验室天津300401

软包锂离子电池非均匀的温度分布严重影响其循环性能、使用寿命和安全性。针对软包锂离子电池生热的建模表征复杂且精度不高的问题,提出了一种基于生热分布因子的软包锂离子电池非均匀生热表征方法。将电池划分成不同区域,并将生热分布... 详细信息

软包锂离子电池非均匀的温度分布严重影响其循环性能、使用寿命和安全性。针对软包锂离子电池生热的建模表征复杂且精度不高的问题,提出了一种基于生热分布因子的软包锂离子电池非均匀生热表征方法。将电池划分成不同区域,并将生热分布因子引入Bernardi生热公式中获取不同区域的生热率;通过传热和优化数值模拟求解电池的温度分布,同时辨识不同区域的生热分布因子,分析了软包电池生热非均匀分布特性;采用三次样条差值法推导了生热分布因子与放电倍率的对应关系,研究了不同放电倍率下生热分布因子的演化规律。实验结果表明,该方法所建立的热模型在2.75 C和3.75 C下的温度估计值的平均绝对百分比误差最大不超过1.55%,该方法能够准确估计电池非均匀的生热率,并实现电池温度分布特性的有效表征。

关键词：软包锂离子电池非均匀生热生热分布因子放电倍率

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基于电子阀工况的永磁步进电机剩余寿命预测

电子测量技术 2024年第4期47卷 104-112页

作者：杨超群段书用杨天豪李珊瑚省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学) 天津300401 河北省电磁场与电器可靠性重点实验室(河北工业大学) 天津300401

微型永磁步进电机作为电子阀核心器件,其运行状态对电子阀能否正常执行操作有着直接影响。为了准确掌握电机剩余寿命情况,提出了一种考虑个体差异Wiener过程的剩余寿命预测方法。首先通过分析电机性能退化失效过程,选取相电流有效值作... 详细信息

微型永磁步进电机作为电子阀核心器件,其运行状态对电子阀能否正常执行操作有着直接影响。为了准确掌握电机剩余寿命情况,提出了一种考虑个体差异Wiener过程的剩余寿命预测方法。首先通过分析电机性能退化失效过程,选取相电流有效值作为性能退化特征量;其次由于同型号多台电机同时参与实验,建立考虑个体差异Wiener过程的电机性能退化模型并基于EM算法进行参数估计;最后,设计一种将启停次数作为电机剩余寿命参考的实验,并与基于传统Wiener过程的预测结果进行对比。实验结果表明所提方法平均预测误差下降了3.74%,具有更高的预测精度。

关键词：微型永磁步进电机 Wiener过程 EM算法剩余寿命预测

基于罗氏线圈的高频双有源桥变换器电流模式控制及实现

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电工技术学报 2024年

作者：朱博阳韩伟健陈建良辛振省部共建电工装备可靠性与智能化国家重点实验室(河北工业大学)

电流模式控制是实现双有源桥变换器（DAB）高动态功率调控的有效手段。但在高频高功率密度应用场合，现有的电流模式控制方案仍存在电流传感器带宽不足、“模拟+数字”混合控制器实现复杂的问题。基于“比较触发”机制，该文提出一种适... 详细信息

电流模式控制是实现双有源桥变换器（DAB）高动态功率调控的有效手段。但在高频高功率密度应用场合，现有的电流模式控制方案仍存在电流传感器带宽不足、“模拟+数字”混合控制器实现复杂的问题。基于“比较触发”机制，该文提出一种适用于高频DAB变换器（百kHz开关频率）的电流模式控制及实现方法，通过罗氏线圈实现高频电感电流的精确感知，并设计基于单一微控制器的模数混合电流模式控制器，简化了控制系统结构、降低了系统成本。采用该文提出的控制方案，可实现高频DAB变换器电感电流的高动态控制，进而实现变换器的快速功率调控和逐周期限流保护。实验结果表明：所提方法实现了200 kHz DAB变换器的电流模式控制，电感电流的动态响应时间仅为2.5 μs，开关频率水平和动态响应远高于和优于已有研究成果。

关键词：双有源桥变换器电流模式控制罗氏线圈动态响应