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绝缘材料 2025年第1期58卷 1-10页

作者：周远翔黄继宇陈健宁姜贵敏黄欣新疆大学电气工程学院电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室风光储分室新疆乌鲁木齐830047 清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

随着远海风电的开发与建设,交联聚乙烯电缆被逐步应用于低频输电,然而其在低频电压下的绝缘老化特性尚不明确,因此本文对交联聚乙烯在低频老化后的绝缘特性及老化机制进行研究。首先对交联聚乙烯开展20、35、50 Hz电压频率的加速老化实... 详细信息

随着远海风电的开发与建设,交联聚乙烯电缆被逐步应用于低频输电,然而其在低频电压下的绝缘老化特性尚不明确,因此本文对交联聚乙烯在低频老化后的绝缘特性及老化机制进行研究。首先对交联聚乙烯开展20、35、50 Hz电压频率的加速老化实验,然后对老化后的试样进行理化及电气性能测试,最后探究电压频率对交联聚乙烯电老化的影响机制。结果表明:随着电压频率的降低,交联聚乙烯的结晶度下降,空间电荷积聚量和电导率上升,交流电气强度下降,即电压频率降低使老化程度显著提高。结合红外光谱和结晶度分析,电压频率降低使得电荷入陷形成热电子的概率更大,电子和空穴复合引起的电致发光效应更强,从而引起聚合物分子链断链裂解程度增加,进而降低其电气强度。

关键词：低频老化海底电缆交联聚乙烯绝缘劣化

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冷热循环对环氧树脂电气性能的影响

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绝缘材料 2025年第2期58卷 92-101页

作者：周远翔徐景凡朱小倩刘轩昊卢毅高岩峰新疆大学电气工程学院电力系统及发电设备控制和仿真国家重点实验室风光储分室新疆乌鲁木齐830047 清华大学电机工程与应用电子技术系电力系统及大型发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084 国网冀北电力有限公司电力科学研究院北京100045

本文采用线性升降温的方式,探究冷热循环次数和变温速率对环氧树脂电气性能的影响机制。结果表明:随着循环次数的增加,环氧树脂的直流电气强度和体积电阻率均呈先上升后下降的趋势,且这种趋势随着变温速率的增大在循环前期上升幅度较小... 详细信息

本文采用线性升降温的方式,探究冷热循环次数和变温速率对环氧树脂电气性能的影响机制。结果表明:随着循环次数的增加,环氧树脂的直流电气强度和体积电阻率均呈先上升后下降的趋势,且这种趋势随着变温速率的增大在循环前期上升幅度较小,而在循环后期下降幅度较为显著。分析认为,冷热交替环境会促进环氧树脂内部链段动态调整,使其结构更致密规整。尽管在循环前期,热胀冷缩作用会使环氧树脂表面出现少量微裂纹,但链段动态调整占主导作用,此时环氧树脂电气性能得到提升,而随着循环次数增加,长期热胀冷缩作用加剧了分子链段的断裂,微裂纹扩展,使环氧树脂电气性能逐渐下降。随着变温速率的增大,环氧树脂内部链段无法充分调整,且所受温度应力冲击增大,环氧树脂更容易发生劣化。

关键词：冷热循环环氧树脂线性升降温变温速率电气性能

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基于离散状态事件驱动的电力电子瞬态过程仿真方法

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电工技术学报 2017年第13期32卷 41-50页

作者：檀添赵争鸣李帛洋凌亚涛陈凯楠清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

为分析计算电力电子系统的电磁瞬态过程,需采用非理想开关器件模型,并计及电路中的杂散参数和控制回路中的时间延迟等,此时描述电力电子系统的数学模型呈现出高阶非线性特性,且往往具有较强的刚性。采用常规微分方程的数值解算方法对于... 详细信息

为分析计算电力电子系统的电磁瞬态过程,需采用非理想开关器件模型,并计及电路中的杂散参数和控制回路中的时间延迟等,此时描述电力电子系统的数学模型呈现出高阶非线性特性,且往往具有较强的刚性。采用常规微分方程的数值解算方法对于这种非线性的电力电子系统瞬态过程进行仿真求解,存在仿真时间超长和数值稳定性很差的问题。为解决这一问题,基于离散状态事件驱动(DSED)思想提出一类电力电子瞬态过程数值仿真方法,摒弃对时间离散的常规数值解算,而直接以状态量的变化值作为仿真计算依据。理论推证和仿真解算比较结果表明:该方法能有效缩短解算时间,同时解决了常微分方程组的刚性问题,使得解算具有很好的数值稳定性。

关键词：电力电子瞬态分析离散状态事件驱动仿真计算

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电力电子系统中的功率脉冲时序组合与逻辑组合

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电工技术学报 2017年第13期32卷 31-40页

作者：陈凯楠赵争鸣袁立强清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

从电力电子系统的底层脉冲组合理论出发,对功率脉冲时序组合与逻辑组合的概念、方法和实现进行总结提炼分析。针对功率脉冲纯时序组合的局限性,提出功率脉冲及功率脉冲序列的逻辑组合方法,并对其组合思路和应用场景进行分析归纳。由于... 详细信息

从电力电子系统的底层脉冲组合理论出发,对功率脉冲时序组合与逻辑组合的概念、方法和实现进行总结提炼分析。针对功率脉冲纯时序组合的局限性,提出功率脉冲及功率脉冲序列的逻辑组合方法,并对其组合思路和应用场景进行分析归纳。由于基于不同脉冲逻辑组合思路的两种典型应用,即多电平技术和倍频策略,均可以有效提高系统变换性能,以电力电子功率放大器为分析对象,对二者的谐波特性和适用性进行对比分析,以此作为上述理论的一个分析应用实例。通过电力电子系统中脉冲组合方法论的研究,有助于从更为底层的角度对相关技术进行系统认识,从而延伸拓展出新的脉冲组合与实现方式,推动电力电子技术的发展。

关键词：脉冲时序组合脉冲逻辑组合倍频策略谐波分析

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基于开关瞬态波形提取高频隔离变压器漏感参数

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电工技术学报 2017年第14期32卷 8-16页

作者：袁立强谷庆李婧孙建宁张春朋清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

双有源桥(DAB)DC-DC变换器中的高频隔离变压器是电能路由器的核心器件之一,在整个系统中承担着电气隔离、电压变换和功率双向传输的功能,对高频隔离变压器的漏感参数进行精确提取具有重要意义。而基于传统变压器实验的漏感测量方法不能... 详细信息

双有源桥(DAB)DC-DC变换器中的高频隔离变压器是电能路由器的核心器件之一,在整个系统中承担着电气隔离、电压变换和功率双向传输的功能,对高频隔离变压器的漏感参数进行精确提取具有重要意义。而基于传统变压器实验的漏感测量方法不能很好地匹配变压器的实际工作波形,为此,提出一种基于DAB移相控制实验的提取漏感方法。基于该方法,在不同的工作频率和电压条件下,对待测变压器进行了多组实验,实验结果证明了该方法的有效性。最后分析总结了变压器漏感和工作频率、电压幅值、移相比等因素的变化关系。

关键词：双有源桥DC-DC变换器高频隔离变压器移相控制工作频率

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功率开关器件多时间尺度瞬态模型(Ⅱ)——应用分析与模型互联

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电工技术学报 2017年第12期32卷 25-32页

作者：蒋烨赵争鸣施博辰袁立强清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

为了更好地在实际变换器仿真分析中应用多时间尺度开关瞬态模型,提出多时间尺度开关器件模型的仿真实现方法,并通过实验对瞬态模型的适应性进行分析。根据不同时间尺度的瞬态模型所反映不同的开关特性,归纳各个时间尺度模型适合的应用... 详细信息

为了更好地在实际变换器仿真分析中应用多时间尺度开关瞬态模型,提出多时间尺度开关器件模型的仿真实现方法,并通过实验对瞬态模型的适应性进行分析。根据不同时间尺度的瞬态模型所反映不同的开关特性,归纳各个时间尺度模型适合的应用场合。同时,在离散状态事件驱动(DSED)仿真体系下,提出多时间尺度瞬态模型连接和切换的思想,使得模型可以应用在电力电子系统全时域瞬态仿真中,指导变换器的分析和设计。

关键词：功率半导体器件多时间尺度瞬态模型开关特性离散状态事件驱动

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电力电子系统电磁干扰数值建模分析

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电工技术学报 2021年第11期36卷 2383-2393,2423页

作者：贾圣钰赵争鸣施博辰朱义诚电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

随着半导体器件功率等级提高、开关速度加快,开关过程引起的电磁干扰(EMI)问题也日渐突出。与传统的EMI问题不同,电力电子系统的EMI问题由功率半导体器件的开关瞬态过程引起,其本质上是一个能量瞬变问题而非信号传输问题,变换形式为脉... 详细信息

随着半导体器件功率等级提高、开关速度加快,开关过程引起的电磁干扰(EMI)问题也日渐突出。与传统的EMI问题不同,电力电子系统的EMI问题由功率半导体器件的开关瞬态过程引起,其本质上是一个能量瞬变问题而非信号传输问题,变换形式为脉冲型而非连续型波形,传输载体和路径本质上是空间电磁场而非仅是电路电压电流。这三个特点决定了传统上从信号传播、正弦周期量变换和集总参数等效电路的角度研究EMI的方法难以揭示电力电子系统EMI问题的本质特点和规律。为此,该文从能量脉冲和电磁场瞬变过程的角度,对电磁场和载流子场耦合作用下的电力电子系统中的电磁脉冲进行建模分析。建立了面向电力电子系统EMI机理研究的三维电磁场数值模型,解算了微纳秒级开关瞬态过程中功率器件内部和空间中电磁场的分布及变化情况,并从数值计算和原理分析角度验证了所建三维电磁场数值模型的正确性。该文为电力电子系统EMI机理研究提供了有效的数值分析基础。

关键词：电磁干扰开关过程电磁脉冲三维建模

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功率开关器件多时间尺度瞬态模型(Ⅰ)——开关特性与瞬态建模

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电工技术学报 2017年第12期32卷 16-24页

作者：施博辰赵争鸣蒋烨朱义诚清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

开关模式是电力电子系统实施电磁能量变换的基本模式,功率半导体器件的开关特性则成为这种能量变换的关键属性。从开关特性的角度出发,基于对器件开关特性和对电力电子系统多时间尺度特性的认识,提出一组功率开关器件多时间尺度瞬态模... 详细信息

开关模式是电力电子系统实施电磁能量变换的基本模式,功率半导体器件的开关特性则成为这种能量变换的关键属性。从开关特性的角度出发,基于对器件开关特性和对电力电子系统多时间尺度特性的认识,提出一组功率开关器件多时间尺度瞬态模型。根据时间尺度的不同选取不同的瞬态模型来描述器件的开关瞬态过程,并反映不同的开关特性。所提多时间尺度瞬态模型,参数可直接从器件数据手册中提取,对提取方法进行较详细的阐述。所提的功率开关器件多时间尺度瞬态模型在装置和系统的分析设计中具有很强的实用性。

关键词：功率半导体器件多时间尺度瞬态模型开关特性

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基于主动栅极驱动的IGBT开关特性自调节控制

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电工技术学报 2021年第12期36卷 2482-2494页

作者：凌亚涛赵争鸣姬世奇电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室(清华大学电机系) 北京100084

常规驱动(CGD)对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性的控制优化程度有限。当换流条件改变时,CGD方法也无法保证器件开关特性可以保持在最优状况,即缺乏自调节能力。学术界相应地提出主动栅极驱动(AGD)方法来实现对开关特性的自调节控制... 详细信息

常规驱动(CGD)对绝缘栅双极型晶体管(IGBT)开关特性的控制优化程度有限。当换流条件改变时,CGD方法也无法保证器件开关特性可以保持在最优状况,即缺乏自调节能力。学术界相应地提出主动栅极驱动(AGD)方法来实现对开关特性的自调节控制。但在实施自调节控制时,会遇到自调节控制稳定性、控制精度等方面的问题。该文在之前工作的基础上开展后续深入研究,针对这些问题,从理论上提出自调节控制时的3个关键设计点,并分别进行了实验验证,为AGD方法实施自调节控制提供了指导。该文综述已有驱动对IGBT关断峰值电压控制的缺陷,提出一种端电压峰值采样电路。将该采样电路与自调节控制结合,通过实验验证了直接控制端电压峰值的准确性,为更安全、更低损耗地关断IGBT打下了坚实基础。

关键词： IGBT 开关特性自调节控制主动栅极驱动开通延迟关断端电压峰值

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基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机

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电工技术学报 2014年第3期29卷 27-32页

作者：李蕴红柴建云牟树君孙旭东清华大学电机系电力系统及发电设备安全控制和仿真国家重点实验室北京100084

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交... 详细信息

在永磁同步电机调速系统中,电机中电枢反应将引起铁心磁饱和,并进而导致电机的输出转矩随转矩电流增长明显钝化。分析表明造成该现象的主要原因是永磁电机的磁动势平衡机制存在缺陷。本文提出在永磁同步电机转子上增设一套电流可控的交轴励磁绕组,用以补偿电枢反应磁动势的作用,保证负载变化时电机气隙磁场基本维持恒定。这种基于电枢反应补偿原理的新型永磁同步电机突破了磁饱和对电磁转矩的限制,为提高永磁同步电机转矩密度开辟了新途径。文中给出了一台新型电机样机的设计方案。通过有限元仿真,验证了通过补偿电枢反应磁动势提高电机转矩密度的有效性,并分析了该电机带不同负载运行时的转矩、效率特性及其与传统电机的区别。

关键词：永磁同步电动机磁饱和电枢反应补偿高转矩密度

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