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《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

电工理论

宽温域磁致伸缩位移传感器输出电压模型及特性分析

作者：李海毅；李明明；刘亚南；翁玲；黄文美

摘要：磁致伸缩位移传感器应用于高温环境时，磁致伸缩材料存在随温度升高而力磁性能下降的固有属性，因此迫切需要研究宽温域下传感器的输出特性。基于玻尔兹曼统计量、磁弹性耦合效应和德拜模型，建立了非等温条件下传感器输出电压模型。搭建提供可调脉冲电流和轴向偏置磁场的变温平台，选用直径0.8 mm的(Fe83Ga17)99.4B0.6和Fe82Ga13.5Al4.5波导丝，实验验证了模型的准确性。

确定变温下传感器的最佳激励参数，(Fe83Ga17)99.4B0.6偏置磁场21.3 kA/m，脉冲电流24.6 A；Fe82Ga13.5Al4.5偏置磁场16.7 kA/m，脉冲电流18.8 A。在20～350℃用最佳激励参数测得(Fe83Ga17)99.4B0.6输出电压最高为577.63 mV，Fe82Ga13.5Al4.5输出电压最高为419.56 mV。采用输出幅值高的(Fe83Ga17)99.4B0.6波导丝根据其最佳激励参数设计了硬件电路和移动位置磁铁结构，制作宽温域传感器样机并在高温平台上进行测试，20℃时输出电压最高为595.32 mV，500℃时仍有254.67 mV，非线性误差为±1.3 mm。

一种强电磁设备低频辐射特性等效建模方法

作者：陈豪；刘其凤；李永明；黄琛；张淮清

摘要：随着高开关频率的新型电力电子器件广泛应用到舰船等平台上的强电磁设备中，强电磁设备产生的低频辐射会对平台上的敏感设备产生严重的影响，因此必须对强电磁设备的低频辐射特性进行准确建模表征，支撑开展强电磁设备低频场分布特征的量化预测，以便提升整个平台的电磁兼容性能。传统等效偶极子法在对大尺寸辐射源进行等效建模时，存在偶极子阵列所需的等效偶极子源数量多，高度、位置选择困难等问题。

为解决上述问题，该文提出一种基于自适应差分进化算法的强电磁设备低频辐射特性等效偶极子建模的方法。该方法从强电磁设备附近的近场辐射特性测试数据出发，将强电磁设备低频辐射等效为分布在多个区域的偶极子阵列组合的分布式辐射源，并通过自适应差分进化算法优化各区域偶极子阵列的数量、位置以及高度等等效源参数，并通过试验和算例验证该方法可在满足一定精度条件下，能大幅度减小偶极子数量，得到强电磁设备最优的低频分布式等效源模型。

基于超材料与超表面的无线电能传输技术研究现状与进展综述

作者：荣灿灿；严俐慧；路聪慧；夏晨阳；刘明海

摘要：超材料与超表面通过对电磁场和电磁波的灵活调控，能够显著改善无线电能传输系统的传输特性，基于超材料与超表面的无线电能传输技术逐渐引起了国内外的广泛关注。该文首先对超材料的概念、设计以及构造进行了论述；其次对超材料介入无线电能传输系统的作用机理进行了解析；接着详细阐述了超材料在无线电能传输系统效率提升、偏移调控以及电磁屏蔽的作用；最后探讨了该技术未来发展的瓶颈及关键技术问题，并进行了展望。

具有恒压输出特性的电场耦合式动态无线电能传输技术

作者：唐丁源；周玮；黄亮；麦瑞坤；何正友

摘要：电场耦合式无线电能传输（EC-WPT）技术具有耦合机构轻、涡流损耗小和抗偏移性强等优势，这些优势很好地契合了动态无线电能传输系统的需求。但是，耦合参数和负载电阻的时变性会对EC-WPT系统的输出电压平稳性产生影响。因此，该文提出一种具有变负载与过分段恒压输出特性的动态EC-WPT系统。基于反混合G参数建立多端口电场耦合机构数学模型和等效电路，在此模型上提出兼具极板恒压与输出恒压特性的高阶补偿网络，并分析发射端同侧耦合对系统谐振的影响。

理论分析表明，所设计的动态EC-WPT系统兼具变负载和过分段输出电压平稳的特性，同时论证了同侧耦合对系统谐振的影响为感性。实验结果显示，当直流侧负载从100Ω切换到30Ω时，系统输出电压变化率最大为11.58%，变负载电压基本恒定。30Ω负载下系统动态经过供电分段时输出电压跌落最大为2.33%，100Ω负载下系统动态经过供电分段时则为2.06%，过供电分段输出电压基本保持恒定。

基于多线圈阵列的单管无线电能传输电路优化

作者：杨奕；张葛；曹桂梅；张路；郭强

摘要：针对多线圈的单管无线电能传输系统提出一种P#型LCC-S补偿网络和输入电流纹波抑制方法，以改善输入电流波形、降低输入电流THD及纹波，从而提高系统效率。该文首先分析P#型LCC-S补偿网络的工作模态和波形，同时给出P#型LCC-S补偿网络参数的计算方法；其次推导了三线圈在非均衡耦合情况下输入电流与输入电压、线圈互感、负载阻抗等参数间的解析关系，利用傅里叶变换分析了输入电流的构成，并对交流分量进行移相抑制；最后搭建实验平台并进行相关实验验证。实验结果表明，在额定传输功率下，纹波抑制后系统效率最高达88.2 %，验证了该方案的有效性。

电机及其系统

笼型感应电机转子轴向分段错开结构削弱同步附加转矩的研究

作者：徐威；任晓明；宁银行；鲍晓华

摘要：特定槽配合感应电机输出转矩与电机起动位置有关。为抑制转矩随起动位置周期变化引起的转矩波动，提出一种削弱同步附加转矩的轴向分段错开转子结构。建立电磁转矩计算模型，推导关于转子初始位置的转矩幅值表达式，确定产生恒定转矩的磁场阶次和电机转速条件。基于磁动势线性分布假设，探讨转子分段错开结构减小谐波电动势的机理，量化同步附加转矩削弱程度与转子错开段数的关系。

以四种特殊槽配合为例，仿真分析单斜槽转子、分段错开转子及两者组合结构转子，对电机基波转矩和同步附加转矩的影响。最后，选择等槽配合方案试制双斜槽转子样机，开展电机堵转转矩和空载特性试验。结果表明，转子分段错开结构有效削弱了同步附加转矩，解决了等槽配合感应电机起动困难的问题，为抑制电机转矩波动和槽配合选取方法的研究提供了理论参考。

基于新型解析权重因子配置的感应电机模型预测转矩控制

作者：颜黎明；郭鑫；徐玺声；魏巍

摘要：在感应电机有限集预测转矩控制中，权重因子的配置是多控制目标协同优化的关键参数。由于缺乏理论指导，通常采用试凑法，因而难以实现电驱系统的最优控制。针对此问题，该文提出基于新型解析权重配置的感应电机预测转矩控制。

首先，分析了不同转速转矩工况下，权重因子对电磁转矩脉动、定子磁链幅值脉动和电流谐波含量的影响机理。然后，依据感应电机电磁关系的内在联系，解析地推导了权重因子配置的数学表达式，可实现不同工况下感应电机的多目标最优控制。鉴于权重因子解析表达式依赖于电机参数，该文融合了在线参数辨识技术，可实现权重因子及预测模型的计算精度。实验结果验证了所提算法的有效性。

永磁直线同步电机自适应分数阶终端滑模控制

作者：赵鑫宇；王丽梅

摘要：针对永磁直线同步电机的位置跟踪性能易受负载扰动、动子质量变化等不确定性的影响，提出一种基于半正定屏障函数的自适应分数阶终端滑模控制策略。

首先，采用分数阶终端滑模控制方法来抑制不确定性对系统的影响，保证了跟踪误差在有限时间收敛，且能够有效地减小系统稳态误差。然后，为了进一步改善系统鲁棒跟踪性能，设计基于半正定屏障函数的自适应控制对不确定扰动的上界进行估计，避免了控制增益的过高估计且削弱了系统抖振。此外，该自适应策略在不需要外界扰动先验信息的情况下，可以使得系统误差收敛到一个预定的零邻域内。最后，实验结果表明，该策略提高了系统的跟踪精度，对负载扰动和附加有效载荷具有较强鲁棒性。

基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略

作者：郝振洋；张嘉文；杨健；曹鑫；张雅

摘要：以单相无刷直流电机（SPBLDC）控制系统为研究对象，针对小型风机位置传感器安装受限等问题，提出基于单相无刷直流电机的高效全速域无位置控制策略，该策略通过单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合的控制方法实现。

通过构建SPBLDC的小信号模型，根据小信号根轨迹分析法，分别对单相I/f电流幅值控制以及单相I/f电流幅值与功率因数补偿相结合控制方法下系统全速域稳态及动态调速过程进行稳定性分析，选取了合适的升速斜率，理论分析了该控制策略能够提高电机运行效率，同时保证系统全速域均具备良好的稳定性能。在Matlab/Simulink环境中仿真验证该控制策略下系统全速域均高效运行于最大转矩/电流比状态，电机转速、电流收敛性能及稳定性均有提升。最后，实验验证了该控制策略的有效性及工程应用的可行性。

基于卷积神经网络的核电多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断

作者：梁郑秋；郝亮亮；周艳真；段贤稳；王光

摘要：多相无刷励磁系统广泛应用于大容量核电机组，对其旋转整流器故障的准确判断是保障机组安全稳定运行的重要前提，但是现有方法难以准确区分所有类型故障。为此，该文提出基于卷积神经网络的多相无刷励磁系统旋转整流器故障诊断方案。在给出故障诊断信号选取的理论基础上，将励磁电流作为输入特征，采用一维空洞卷积神经网络实现励磁电流的特征提取和故障模式分类，并结合置信度指标对诊断结果的可靠程度进行评价。进一步使用Score-CAM类激活映射算法分析模型的诊断机制，兼顾了准确性和可解释性。

通过11相无刷励磁系统的动模实验进行验证，结果表明，所提方法能够准确区分旋转整流器的不同二极管开路故障模式，在含噪声情况下仍然有较高的准确率，具有良好的应用前景。

电力电子

DC-DC变换器分层级构造方法

作者：张洋；丘东元；张波；陈艳峰

摘要：DC-DC变换器广泛应用于开关电源、电机传动等传统领域，以及新能源发电、电动汽车等新兴领域。不同应用场景通常对DC-DC变换器有不同的要求，当现有变换器的性能不能满足需求时，需要构造新的变换器。然而，凭经验或灵感构造出的DC-DC变换器往往缺乏普遍适用性。

为了能够根据具体应用需求构造DC-DC变换器，该文在总结现有大部分DC-DC变换器构造方法的基础上，按“元器件-电路单元-变换器”三个层级，将DC-DC变换器的构造方法分为一次构造和二次构造。重点介绍一些典型构造方法的构造原理和构造步骤，并将构造方法进行分析和比较，为今后利用计算机技术智能构造和科学评价DC-DC变换器提供了参考。

基于输入并联输出串联的高效高升压比DC-DC变换器

作者：桑汐坤；王懿杰；徐殿国

摘要：随着新型可再生能源的快速发展，对高效、高升压比DC-DC变换器的需求日益增加。传统两级级联式结构中，前后两级均需传递全部功率，不利于系统效率的提升。为此，该文提出一种基于输入并联输出串联（IPOS）连接的上下堆叠式高升压比直流变换器，系统的上部分变换器工作在直流变压器（DCX）状态，实现恒电压比传输，处理大部分功率，通过对谐振点处的参数优化实现效率提升；下部分变换器则起到系统闭环动态调压的作用，传输小部分功率。

该文详细介绍所提出结构的工作原理、参数设计以及平面变压器的优化设计，并搭建24～32 V/400V、额定功率200W、开关频率1MHz的实验样机验证了理论分析的正确性，所搭建样机峰值测试效率高达96.3%。

考虑回流功率因素的全桥CLL谐振变换器参数优化设计

作者：黄何伟；曹太强；潘光绪；曹伟忠；郑敏 等

摘要：CLL谐振变换器在工作中谐振电流会回流到输入源产生回流功率，回流功率的增加会导致变换器产生更多的传导损耗，这限制了转化效率的提高。对此，基于回流功率的定义对全桥CLL变换器的工作模态进行详细分析，指出在正负模态中都会有回流功率的产生。同时，分析CLL变换器的交流等效模型，并结合产生回流功率的模态，得出回流功率可用谐振腔输入电压和电流的相移角间接表征。

在此基础上，提出一种CLL变换器回流功率的简单表征方法，通过对谐振参数的优化设计来减小回流功率，从而提高转化效率。最后，通过两组谐振参数的仿真和实验对该设计方法进行验证，结果表明在谐振频率点和满载条件下，转化效率提高约1.8%，验证了理论分析的正确性和可行性。

基于智能算法的双面散热SiC功率模块多目标优化设计

作者：张缙；刘智；刘意；王见鹏；刘志红 等

摘要：双面散热功率模块凭借优异的电热特性，能够满足SiC器件封装的性能要求。但双面散热模块的电学、热学及力学特性互相制约，难以实现各性能的全部最优，为此，该文提出一种基于智能算法的多目标优化设计方法。

首先，通过参数化仿真对功率模块的电热力性能进行了建模，并分析了待优化的尺寸参数对各性能指标的影响规律。然后，基于参数化仿真与流程控制方法得到学习样本，通过神经网络训练得到了待优化尺寸变量与各性能指标之间的函数关系，解决了尺寸变量与性能指标之间的函数难以获取的问题。得到目标函数后，基于遗传算法进行多目标优化求解，实现了定制化的多目标优化设计。最后，基于优化结果分别制备了优化前后的功率模块，并对其性能指标进行了测试和对比，结果证明了所提出的多目标优化设计方法的正确性。

用于直流微电网的高升压变换器设计及效率优化

作者：罗朋；潘锦超；洪濬哲；刘洺辛

摘要：针对清洁能源输出电压等级较低难以实现直流微电网并网的问题，提出一种基于开关耦合电感的无源钳位结构的高升压DC-DC变换器。所提变换器采用开关耦合电感结构连接变换器的输入端与输出端。通过调整耦合电感的匝比提高电压增益。此外，采用无源钳位结构回收漏感能量，抑制功率开关管上的电压尖峰，降低功率开关管的电压应力，提高变换器的电能转换效率。

该文介绍变换器的工作原理，推导了变换器的稳态特性和各元件的设计参数，详细分析变换器的损耗以及选择有利的参数提高效率，如合理设计耦合电感匝比。搭建一台输入电压为40V、输出电压为400V、满载功率为250W的实验样机，验证了变换器的可行性和理论分析的正确性。实测的最高效率和满载效率分别为97.59%和97.10%。

电压源型变流器并网系统多时间尺度间相互作用

作者：杜步阳；邵德军；朱建行；石梦璇；徐友平

摘要：电压源型变流器（VSC）的控制环节及其与网络间的相互作用是造成VSC并网系统失稳的重要因素。而VSC的控制具有多时间尺度特征，具体可划分为直流电压控制（DVC）时间尺度和交流电流控制（ACC）时间尺度。现有文献大多仅针对单一时间尺度的稳定性问题开展研究，对于多时间尺度环节间的相互作用则鲜有涉及。

对此，该文基于模式分析方法，提出衡量多时间尺度间相互作用的量化指标，揭示多时间尺度间相互作用随锁相环带宽和系统短路比的变化规律。进而通过对比不同时间尺度模型的阻尼比和振荡频率，明确多时间尺度间相互作用对系统稳定性分析结果的影响。最后探讨DVC、ACC时间尺度模型的适用范围，并从物理角度对分析结果进行初步阐释。

航空Vienna整流器缺相控制方法

作者：徐子梁；任小永；吴玲燕；陈乾宏；郝振洋

摘要：Vienna整流器因其高功率密度、高可靠性等优点，适用于多电飞机的交流供电系统。航空电网对可靠性有很高的要求，需要考虑电网不平衡甚至缺相故障的情况。当电网出现三相不平衡情况时，需要采取合适的控制方法消除电网负序分量对整流器输入输出性能的影响。而当电网出现缺相故障时，常规的三相控制方法失效，整流器通常需要停机保护，但降低了供电系统的可靠性。

为了使整流器在电网缺相故障下维持输出功能，该文通过分析缺相状态下Vienna整流器的工作模态，提出一种单相空间矢量脉宽调制方法，并设计相应的控制环路，使得Vienna整流器在缺相状态下能够维持稳定的直流输出，并同时给出一种缺相判断方法。通过仿真和实验验证了所提Vienna整流器缺相控制方法的有效性。

电力系统与综合能源

基于阻尼路径的新能源经LCC-HVDC送出系统次同步交互作用分析方法

作者：高本锋；王义；范辉；梁纪峰；张建坡

摘要：大规模新能源通过电网换相型高压直流输电（LCC-HVDC）送出时，新能源发电设备的电压源换流器（VSC）与LCC-HVDC之间的交互作用存在诱发次同步振荡（SSO）的风险，因此迫切需要开展相关研究。该文提出一种阻尼路径分析法，研究新能源经LCC-HVDC送出系统的次同步交互作用。阻尼路径能够清楚地显示次同步频率扰动的传递过程，揭示系统内的次同步交互作用。

根据扰动通过设备的不同，阻尼路径可分为三类，分别反映设备内部的阻尼作用以及不同设备之间的次同步交互作用。通过阻尼重构，可得到每条路径的阻尼，并使用类Heffron- Phillips模型中的阻尼系数对路径阻尼进行定量评估，从而达到分析次同步交互作用对SSO模式阻尼影响的目的。最后以直驱风电场经LCC-HVDC送出系统为算例，验证了阻尼路径分析法的有效性。

含柔性直流的交直流混联电力系统紧急频率控制研究

作者：束洪春；邵宗学；赵伟；包广皎

摘要：在含柔性直流的交直流混联电力系统中，如何利用柔性直流提升交直流混联电力系统稳定性是亟须解决的关键技术问题。传统直流（LCC）进行紧急功率支援时，存在有功功率与无功功率难以独立解耦控制，且需要配置大量的无功补偿装置。

针对此问题，将现有交直流混联系统中的常规直流LCC逆变站替换成柔性直流（VSC）换流站，根据LCC-LCC和LCC-VSC各自的优势，提出一种优先级紧急功率支援协调控制策略，即含柔性直流的交直流混联系统需要直流紧急功率支援时优先采用LCC-VSC对系统进行紧急功率支援，若功率缺额超过LCC-VSC的功率调节裕度时，剩余功率由LCC-LCC进行传输。

与未采用优先级紧急功率支援协调控制策略相比，极大地缓解了潮流转移时交流输电线路过载负担，进行紧急功率支援后，交流系统的频率稳定性得到较大改善。通过搭建含LCC和VSC的7机39节点的交直流混联系统，验证了所提的控制策略在交流联络线发生N-1、N-2和LCC-LCC双极闭锁故障情况下的有效性。

高电压与放电

ZnO压敏电阻微观结构调控与性能提升研究综述

作者：何俊佳；宋丽；周本正；付志瑶；王超凡 等

摘要：金属氧化物避雷器是电力系统重要的过电压保护设备，ZnO压敏电阻是其核心部件。提高ZnO压敏电阻性能，不仅有利于优化现有系统的绝缘配合设计，在面对未来新能源广泛应用的新型电力系统时，也有利于提高对系统的保护能力，并促进设备小型化、紧凑化、轻量化。

一直以来，人们主要按照机械混粉烧结的工艺路线，通过改进材料配方、改善烧结工艺、优化粉体制备等来提升ZnO压敏电阻的性能。这些工作对提高ZnO压敏电阻性能发挥了重要作用，但进一步提升的潜力有限。表面包覆形成的核壳结构能使ZnO压敏电阻的微观结构更加均匀，并可能在烧结过程中对ZnO压敏电阻的微观结构进行定制化的有效调控，在提升ZnO压敏电阻的性能方面有一定的潜力。因此，基于表面包覆的ZnO压敏电阻有望成为研究高性能ZnO避雷器的新途径。

该文从传统机械混粉和表面包覆两种技术路线的角度对ZnO压敏电阻的微观结构调控与性能提升研究做了归纳整理，并对包覆路线下需要开展的研究工作进行了思考，希望能为相关领域的研究提供一定的参考。

电力电缆铝芯线与铜连接管的电磁焊接条件研究

作者：路志建；常江；白晓斌；陆豪赫；杨兰均

摘要：目前，电磁焊接技术在电缆接头制作中的可行性和优越性已经得到国内外诸多学者的证实，然而关于电缆接头电磁焊接的焊接条件却鲜有研究。鉴于此，该文通过对70 mm2铝绞线铜中间连接管电磁焊接进行了仿真模拟和实验研究。

研究结果表明，集磁器中轴线上磁场大致呈“钟型”分布，工作区位置磁场最大，远离工作区的位置，磁场迅速减小，集磁器工作区径向不同位置，磁场分布较为均匀。对外管的形变过程进行了仿真、测量及理论推导，理论推导所得外管加速阶段速度曲线与仿真以及实测速度波形相近，理论计算碰撞速度与实测值偏差在10%以内，并且外管的碰撞速度与充电电压近似呈线性关系。

电缆接头电阻随着充电电压的提升而减小，当充电电压为12 kV时，接头电阻为25.2μΩ，仅为要求值的60.8%；电缆接头强度随着充电电压的提升而提高，当充电电压大于12 kV时，铝绞线本体发生断裂，说明电磁焊接接头强度大于母材的强度。当充电电压为12 kV时，焊接接头切面观察到连续的波状界面，波峰约20μm，波长约70μm，已经达到焊接效果，此时实测碰撞速度为128.9 m/s，理论推导计算出的碰撞速度为134.7m/s，与下限碰撞速度之间的偏差分别为5.6%和10.3%，因此可以较好地预测两种材料达到焊接条件所需的能量值，为今后的电磁焊接装置设计提供有效的参考。

电能存储与应用

锂离子电池不同工况下充电效果对比及用户充电方法选择研究

作者：孙丙香；李凯鑫；荆龙；苏晓佳；张媛

摘要：合理地选择充电方法对于满足电动汽车用户需求、提高充电效率、延缓电池衰退至关重要。该文以3.6 A·h磷酸铁锂动力电池为研究对象，以30 min内充满电池额定容量的80 %为基准，制定了五种不同的电池充电工况。为了适当加速电池的衰退，在45 ℃下共进行1000个循环实验，以100个循环为间隔，在常温25 ℃下开展性能实验，对比分析锂离子电池五种充电工况的充电效果，考虑充电起点、等待时间和目标充电容量等需求，合理选择充电工况。

对比不同充电工况发现：1000个老化循环后，容量衰退速率最慢的是复合充电工况；导致电池容量衰退的主要原因为正负极活性材料的减少和活性锂离子数量的减少；以起始充电SOC=20 %，充电时间为10 min为例，充电能量最大的工况为变电流间歇工况。该文得到的结论为五种典型充电工况的优化选择提供了理论依据。

高速铁路列车长大坡道混合储能系统容量优化配置

作者：李欣；卢景涛；肖林润；靳忠福

摘要：高速铁路列车在以下坡方向经过长大坡道路段时会产生大量的再生制动能量，若将此能量合理回收利用将有利于低碳交通与节能减排，实现“3060”双碳目标，更有利于列车行车安全。

针对地面式再生制动能量混合储能系统容量高效合理配置问题，该文在分析高铁长大坡道的再生制动能量实测数据基础上，根据其功率分层的特性给出了混合储能系统的分段配置方案；考虑全域经济性能水平建立混合储能系统容量优化模型，针对传统优化算法迭代次数高、求解效率低等问题，利用Levy飞行产生初始解并在求解过程中不断记忆更新，给出了一种基于Levy飞行的改进模拟退火算法（LESA）；最后，选取西成高铁秦岭北麓长大坡道路段，鄠邑（户县东）站牵引变电所实测数据进行算例仿真。

结果表明，该方法可使混合储能系统在寿命期内回收大量再生制动能量，占牵引耗电量16.3 %。