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应用于功率芯片封装的瞬态液相扩散连接材料与接头可靠性研究进展

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材料导报 2021年第19期35卷 19116-19124页

作者：刘璇徐红艳李红徐菊 Hodulova Erika Kovarikova Ingrid 北京工业大学材料科学与工程学院北京100124 中国科学院电工研究所微纳加工与智能电气设备研究部北京100190 斯洛伐克工业大学材料科学与技术学院斯洛伐克特尔纳瓦州91701

功率半导体由于其工作电压高、电流大、放热量大等特点,已逐渐向小型化、高致密化发展。新一代宽禁带半导体器件因其优异的性能可以提高工作温度和功率密度,展现出较好的应用前景,这对与之匹配的电力封装材料提出了更高的要求。随着工... 详细信息

功率半导体由于其工作电压高、电流大、放热量大等特点,已逐渐向小型化、高致密化发展。新一代宽禁带半导体器件因其优异的性能可以提高工作温度和功率密度,展现出较好的应用前景,这对与之匹配的电力封装材料提出了更高的要求。随着工作温度的不断升高,高温环境下失稳和运行环境不稳定等安全问题亟需解决,对功率半导体芯片封装接头的高温可靠性提出了更高的要求。且由于污染严重的高铅焊料不满足环保要求,高温无铅焊料的研制与对相应连接技术的研究成为当前的研究重点。瞬态液相扩散连接(Transient liquid phase bonding,TLP bonding)技术通过在低温下焊接形成耐高温金属间化合物接头,以满足“低温连接,高温服役”的要求,在新一代功率半导体的耐高温封装方面有良好的应用前景。针对TLP技术的耐高温封装材料有Sn基、In基和Bi基等。目前TLP连接材料主要有片层状、焊膏与焊片三种形态。其中片层状TLP焊料应用最早,且国内外对于其连接机理、接头性能和可靠性已有较为成熟的研究。近些年开发的基于复合粉末的焊膏与焊片形态TLP焊料具有相对较高的反应效率,但仍需大量理论与实验研究来验证其工业应用前景。本文综述了TLP连接用Sn基与In基焊料的特点,重点阐述了不同形态焊料在TLP连接机理、接头微观组织、力学性能与结构可靠性等方面的国内外研究现状及进展,并且认为接头中缺陷问题的研究以及不同服役条件下物相转化机制和接头失效机理的研究对高可靠性接头的制备具有重要意义。

关键词：瞬态液相扩散连接功率芯片耐高温封装焊料接头可靠性

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背靠背柔性直流接入电网后的影响评估

电力系统保护与控制 2019年第3期47卷 71-80页

作者：李大虎张志杰张伟晨姚伟孙建波李冬梅文劲宇国网湖北省电力公司湖北武汉430077 湖北工业大学电气与电子工程学院湖北武汉430068 强电磁工程与新技术国家重点实验室(华中科技大学电气与电子工程学院) 湖北武汉430074 中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司河南郑州450007

考虑到目前对大容量背靠背柔性直流接入电网的影响评估尚缺少具有全面性且通用性的方法,提出一种适用于分析背靠背柔性直流接入对电网影响的评估方法。该方法主要包含静态安全性、短路电流水平、小干扰稳定性和暂态稳定性分析,重点关注... 详细信息

考虑到目前对大容量背靠背柔性直流接入电网的影响评估尚缺少具有全面性且通用性的方法,提出一种适用于分析背靠背柔性直流接入对电网影响的评估方法。该方法主要包含静态安全性、短路电流水平、小干扰稳定性和暂态稳定性分析,重点关注柔性直流与交流系统相互影响。以渝鄂背靠背柔性直流工程为案例,采用电力系统分析综合程序(PSASP)对背靠背柔性直流接入湖北电网前后的运行特性进行评估。根据评估结果,结合电网规划与运行要求,提出相应的电网补强工程与安控措施。仿真研究表明,所提评估方法能有效指导电网规划与调度控制,保证电力系统安全稳定运行。

关键词：背靠背柔性直流异步联网暂态稳定性交直流电网

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城市综合管廊电力舱传热及通风特性研究

城市综合管廊电力舱传热及通风特性研究

作者：田思楠北京工业大学

学位级别：硕士

城市综合管廊因其具有可有效避免城市道路反复开挖、高效利用城市地下空间、提高城市综合承载能力的显著优势,在我国诸多城市得到大力推广,经历了一个快速建设发展期。“十四五”建设时期,综合管廊进入了高质量发展阶段。面对新时代新要... 详细信息

城市综合管廊因其具有可有效避免城市道路反复开挖、高效利用城市地下空间、提高城市综合承载能力的显著优势,在我国诸多城市得到大力推广,经历了一个快速建设发展期。“十四五”建设时期,综合管廊进入了高质量发展阶段。面对新时代新要求,我国综合管廊现行标准对于通风系统的条文规定不够科学具体,一定程度上影响了管线运行安全、工程建设投资、运行能源成本以及城市景观。尤其是对于运行安全隐患高、发热量大的电力舱,只有正确掌握其内部传热和通风特性,用以指导通风系统的设计运行,才能最大程度降低安全隐患和运行成本。因此,开展综合管廊电力舱传热及通风特性研究对其安全运行和绿色发展具有重要参考意义。本文采用调查研究、理论分析、模型实验和数值模拟相结合的实验方法,对综合管廊电力舱的传热及通风特性进行研究,进而探究长区间通风的可行性和关键技术,以期从安全运行、绿色发展的角度,为综合管廊电力舱通风系统的设计及运行提供参考建议。主要研究工作和结论如下。1.综合管廊规范标准体系调研。选取6个典型国家和先进地区,对其综合管廊建设背景、标准体系、通风系统设计及运行情况进行对比分析,将现有标准体系分为两类:以法国为代表的“参照型”和以日本为代表的“专用型”,我国属于后者。经过与同体系类别的日本和中国台湾规范中通风系统条文进行对比,提出对我国现行规范标准《城市综合管廊工程技术规范》GB50838-2015的修订建议。建议取消事故通风换气次数要求;建议根据管廊分类,增加对于断面风速的要求,以满足安全和卫生条件;建议新增一小节,根据施工方法、舱室类别,给出通风区间参考长度范围;建议在条文说明中,给出电缆发热量、管道内风速、土壤热阻、摩擦损失等相关参数的计算公式,为工程设计提供参考。2.电力舱传热特性理论研究。采用理论分析的方法,以调研结论为出发点,基于北京市某综合管廊实际工程,进行电力舱传热特性研究,为电缆发热量和电力舱通风量计算提供理论依据。基于国际电工委员会制定的IEC 60287标准,计算出“品字形”敷设的110kV和“一字形”敷设的10kV电缆额定载流量下运行时,单位长度发热量分别为23.62 W/m和21.78W/m。建立了考虑辐射换热的综合管廊电力舱通风传热模型,推导出适用于夏季北京地区的110kV和10kV电缆表面与空气的对流换热系数hd1、hd2、管廊内壁与空气换热系数hw和出口温度tout四个参数与风速μ的关系式;并结合本文选用的实际工程,求解出电缆以额定载流量下运行时所需的通风量为6321.6m3/h,通风换气次数为4.39次/h。3.建立1:6缩尺寸通风模型实验台,探究电力舱内部通风特性。通过改变通风模式和通风换气次数,分析廊道内速度分布、压力分布。结果表明,通风区间长度系数l*消防风险点位,应予以重点关注。因此,基于安全运行和绿色发展的角度考虑,建议长通风区间设计运行阶段,应从降低局部阻力、降低重点区域火灾风险两个方面采取保障措施。如改变防火门尺寸、在电缆架间布置温控测点、重点位置采取局部降温和增压处理等。本文研究结果可为综合管廊电力舱通风系统的设计、安全运行及绿色发展提供一定参考和支撑。

关键词：综合管廊电力舱传热特性通风特性长区间

高压开关柜触头温度监测技术的研究综述与展望

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电工电气 2022年第6期 1-7,13页

作者：杨威吴明孝石磊高嵩国网河南省电力公司电力科学研究院河南郑州450052 山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室山东济南250061 齐鲁工业大学(山东省科学院)机械工程学院山东济南250353

开展高压开关柜的温度监测技术,进行过热故障预报与诊断,对于提升开关柜运行可靠性和配电网供电稳定性具有重要意义。结合近年来开关柜触头温升监测与故障诊断方面的研究与应用现状,归纳了目前开关柜过热故障的主要监测技术原理、特点... 详细信息

开展高压开关柜的温度监测技术,进行过热故障预报与诊断,对于提升开关柜运行可靠性和配电网供电稳定性具有重要意义。结合近年来开关柜触头温升监测与故障诊断方面的研究与应用现状,归纳了目前开关柜过热故障的主要监测技术原理、特点及其面临的问题,探讨了目前开关柜触头温度监测关键技术所存在的问题和面临的挑战,并提出了未来开关柜温度监测技术的三个发展方向,从而实现开关柜发热温升的高精度可靠监测,大力提升开关柜运行安全性与可靠性。

关键词：开关柜过热故障温度监测运行维护状态评估

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我国需求响应信息交换标准化现状及发展趋势

电网技术 2018年第4期42卷 1183-1190页

作者：张志昌陈京生李彬田世明董明宇朱伟义祁兵孙毅国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司江苏省苏州市215004 华北电力大学电气与电子工程学院北京市昌平区102206 需求侧多能互补优化与供需互动技术北京市重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192 国网山东省电力公司山东省济南市250011

需求响应信息交换标准化是保障我国需求响应业务顺畅开展的一项重要举措,能有效解决当前需求响应信息交换过程中信息表达方式不统一、系统互操作性差等问题。首先分析了国内外需求响应信息交换标准化现状,然后结合我国最新的标准化现状... 详细信息

需求响应信息交换标准化是保障我国需求响应业务顺畅开展的一项重要举措,能有效解决当前需求响应信息交换过程中信息表达方式不统一、系统互操作性差等问题。首先分析了国内外需求响应信息交换标准化现状,然后结合我国最新的标准化现状,分别从信息交换服务、信息交换机制及底层协议要求等方面对我国电力需求响应信息交换标准化方式思路进行了剖析。最后从底层承载协议、适配器规范、安全规范3方面探讨了我国需求响应信息交换标准化方向,提出了信息交换服务优化以及需求响应信息交换安全等标准化思路。

关键词：需求响应信息交换技术标准适配器智能电网用户接口 IEC PC118

三相电压不平衡下级联STATCOM的控制方法

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电力系统自动化 2014年第18期38卷 105-109,119页

作者：李圣清徐文祥栗伟周曾欢悦湖南工业大学电气与信息工程学院湖南省株洲市412007 合肥华威自动化有限公司安徽省合肥市231100

针对三相电压不平衡下级联静止同步补偿器(STATCOM)的控制问题,分析了级联STATCOM在三相电压不平衡时的工作特性,指出可以通过让级联STATCOM输出负序电压的办法来保证接入点的电压平衡。详细推导了系统在正序和负序环境下的解耦控制方程... 详细信息

针对三相电压不平衡下级联静止同步补偿器(STATCOM)的控制问题,分析了级联STATCOM在三相电压不平衡时的工作特性,指出可以通过让级联STATCOM输出负序电压的办法来保证接入点的电压平衡。详细推导了系统在正序和负序环境下的解耦控制方程,提出一种新的正序—负序解耦脉宽调制的控制方法,分析了其两种工作模式:无功功率补偿模式和电压控制模式。级联STATCOM上层采用正序—负序解耦控制;下层采用能量平衡的控制策略保证各模块直流侧电容电压平衡。仿真和实验表明,该方法可以有效地解决级联STATCOM在三相电压不平衡下的安全运行问题,使得其在抵御一定的不平衡电压的同时具有较快的无功功率补偿特性,实现其最大化利用。

关键词：三相电压不平衡静止同步补偿器(STATCOM) 正序—负序解耦分层协调控制

基于自学习权重-云模型的工业用户外界风险评估方法

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华北电力大学学报(自然科学版) 2023年

作者：陈宗汉李明徐永海何胜袁金斗杨恒潘明明华北电力大学电气与电子工程学院国家电网有限公司需求侧多能互补优化与供需互动技术北京市重点实验室(中国电力科学研究院有限公司)

针对传统权重评估方法存在的缺陷，以及面对复杂多变电网环境时工业用户用电安全潜存风险的问题，提出一种基于自学习权重-云模型的工业用户外界风险定级评估方法。文章首先从节点电压变动、削减量与可调控量占比、线路过载、孤岛问题... 详细信息

针对传统权重评估方法存在的缺陷，以及面对复杂多变电网环境时工业用户用电安全潜存风险的问题，提出一种基于自学习权重-云模型的工业用户外界风险定级评估方法。文章首先从节点电压变动、削减量与可调控量占比、线路过载、孤岛问题和节点电压谐波5个角度构建了工业用户外界风险评估指标体系；其次利用基于区间估计的AHP法（Analytic Hierarchy Process， AHP）、熵权法和独立性权法分别计算评估指标的主观、客观和独立性权重，并提出基于权重相对变化率准则的自学习权重模型得到组合权重，增强评估方法动态适应性。基于风险指标后果的严重程度改进云模型风险评估矩阵构建工业用户外界风险定级评估方法；最后，通过基于工业用户外界风险评估指标体系，以IEEE-RTS-24系统为实际场景验证了该风险定级评估方法的合理性。

关键词：自学习综合权重云模型工业用户风险评估

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非线性电导材料改善避雷器不均匀电场研究

湖北工业大学学报 2021年第1期36卷 26-30页

作者：刘凌云李志恒张吴欣司伟康柳建军湖北工业大学太阳能高效利用及储能运行控制湖北省重点实验室湖北武汉430068 襄阳市三三电气有限公司湖北襄阳441000

复合无间隙氧化锌避雷器是保护电力系统中各种电气设备安全稳定运行,免遭操作过电压和大气过电压侵害的重要装置。而其外部硅橡胶绝缘材料长期承受不均匀电场,导致外部绝缘材料加速劣化,对避雷器本体的安全性能造成威胁。针对这个问题,... 详细信息

复合无间隙氧化锌避雷器是保护电力系统中各种电气设备安全稳定运行,免遭操作过电压和大气过电压侵害的重要装置。而其外部硅橡胶绝缘材料长期承受不均匀电场,导致外部绝缘材料加速劣化,对避雷器本体的安全性能造成威胁。针对这个问题,实验制备10%~50%不同体积分数的ZnO-硅橡胶复合物,测试其电导特性,发现制备的30%~50%的复合物样品具有良好的非线性电导特性。对110 kV复合无间隙ZnO避雷器进行有限元计算,分析其外部绝缘材料空间场强分布情况,提出使用非线性电导材料对端部分布不均匀的高场强区域进行局部替换。仿真结果表明,使用非线性电导材料替换后,沿避雷器伞裙外表面最大场强从1.21 MV/m分别降至0.92 MV/m(体积比为40%ZnO-硅橡胶复合样品)、0.81 MV/m(体积比为50%ZnO-硅橡胶复合样品)。研究表明使用非线性电导材料可以显著降低避雷器端部最大场强,改善其电场分布不均匀性。

关键词：不均匀电场氧化锌避雷器非线性电导率

基于长短期记忆网络数字孪生体的短期光伏发电预测

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现代电力 2023年第6期40卷 899-905页

作者：樊磊张倩李国丽伍骏杰安徽大学电气工程与自动化学院安徽省合肥市230601 工业节电与电能质量控制协同创新中心(安徽大学) 安徽省合肥市230601 教育部电能质量工程研究中心(安徽大学) 安徽省合肥市230601 工业节电与用电安全安徽省重点实验室(安徽大学) 安徽省合肥市230601

光伏发电功率的预测对电网稳定以及安全地运行有重要意义,提出一种基于长短期记忆网络(long short term memory,LSTM)数字孪生体的预测模型,通过数字孪生体模型实现光伏发电功率的精准预测。数字孪生体分为物理空间与数据空间,首先根据... 详细信息

光伏发电功率的预测对电网稳定以及安全地运行有重要意义,提出一种基于长短期记忆网络(long short term memory,LSTM)数字孪生体的预测模型,通过数字孪生体模型实现光伏发电功率的精准预测。数字孪生体分为物理空间与数据空间,首先根据物理空间得到的气象孪生数据由LSTM算法获取初步的预测功率,同时更新历史气象数据库。然后在气象数据库中找到相似日,对比相似日的预测功率和实际功率,对初步的预测功率进行误差修正,得到最终光伏功率预测值。文中所提的数字孪生体实现了物理实体与数据驱动的连接,同时物理实体可进行自我学习和更新,因此相较于传统的光伏预测结果更为精确,通过仿真算例进一步证实数字孪生体预测的准确性。

关键词：数字孪生技术长短期记忆网络光伏发电功率功率预测