中国电气工程学报2021「电气自动化免费论文」

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中国电工技术学会主办的电气工程行业品牌技术期刊，关注实用工程技术、聚焦前沿发展。中国科学研究院电工研究所王秋良院士任《电气技术》主编，武汉大学电气工程学院唐炬院长任《电气技术》执行主编。

复合绝缘子芯棒环氧树脂材料裂解机理研究

作者：张星宇；张小明；陈雅琦；迟佳恺；邢云琪

摘要：复合绝缘子因其优异的防污闪性能而被广泛应用于电力系统中。近年来，多起复合绝缘子芯棒酥朽断裂故障发生，严重威胁电力系统的安全稳定运行。双酚A型环氧树脂作为芯棒的主要材料，热效应与局部放电活性生成物侵蚀是环氧树脂裂解的主要因素，但其在局部放电活性生成物作用下微观层面的裂解机理尚不明确。

本文为从微观层面研究局部放电活性产物对环氧树脂裂解过程的作用，基于ReaxFF力场对环氧树脂在局部放电活性产物作用下的热裂解过程进行模拟，分析裂解过程中小分子产物种类及变化趋势与局部放电活性产物对环氧树脂材料裂解过程的作用机理。局部放电活性产物氧化作用于羟基与碳氮桥键是加剧环氧树脂裂解的主要原因，其使环氧树脂交联结构的主要裂解路径发生变化，在活性产物的作用下，交联环氧树脂的热稳定性下降，其裂解小分子产物的种类与变化趋势也发生变化，裂解产物归一化分子数约上升了31%。

基于改进动态线损估计的智能电表误差估计方法

作者：韦先灿；高伟；杨耿杰

摘要：针对智能电表抽检方式存在效率低下、人力成本高、实时性差、难以全面覆盖的问题，本文提出一种基于改进动态线损估计的智能电表在线误差估计方法。首先，考虑负荷类型对线损估计的影响，对动态线损估计模型进行改进，使模型获取的误差估计值更接近真实值；然后，利用带遗忘因子的递推最小二乘法求解改进动态线损模型，获取智能电表误差估计结果；最后，通过仿真及实际数据验证所提方法的有效性。结果表明，与固定线损模型、动态线损模型对比，本文所提方法的检测准确率更优。

考虑电力变压器相间影响的绕组变形累积仿真研究

作者：许明龙；徐玉珍；兰生；林野；陈杰

摘要：电力变压器在短路电流冲击下，绕组会发生变形，因此研究绕组变形累积效应尤为重要。本文首先建立在只有A相激励和A、B相都有激励这两种情况下的变压器绕组漏磁场仿真模型，利用Maxwell对绕组漏磁场和轴向磁场进行计算。其次，利用Ansys软件构建短路电流冲击下变压器漏磁场-电动力体密度激励-绕组变形累积的仿真模型，对比分析两种模型下绕组的形变量与冲击次数的关系。

研究结果表明，在增加B相激励的情况下，绕组漏磁场和轴向磁场强度增加，单次冲击产生的形变量更大，使绕组形变量发生突变的短路电流冲击次数减少。

基于粒子群算法的强迫风冷散热器多目标优化

作者：王玲；李俐；朱翔鸥；王守冬；孙创

摘要：电力电子系统对强迫风冷散热器提出了低热阻、小型化和轻量化的要求，本文在考虑现有散热器设计方法的不足之后，通过散热器结构及其等效热阻网络构建热阻、压降和质量最小的多目标优化模型。针对当前粒子群算法求解多目标模型时存在的局限性，本文采用多种改进策略提高算法的性能。计算和仿真结果显示，优化后的强迫风冷散热器的热阻、压降、质量均有减小，功率器件表面温度明显降低，验证了多目标优化模型及算法的有效性。

低压台区三相不平衡治理的换相优化方法

作者：杨家豪；王乾羽；范子钰

摘要：低压台区广泛存在三相负荷不平衡的现象，配置换相开关是一种有效的治理手段，对换相开关全天的动作策略进行优化应兼顾三相不平衡的治理效果及设备动作次数的限制。本文提出一种低压台区三相不平衡治理的换相优化方法，首先利用台区内负荷曲线的预测结果，基于模糊C均值聚类算法进行控制时段划分，其次对每一个控制时段采用遗传算法进行换相开关相别的优化，从而实现换相开关动作的日前优化并计及设备动作次数的限制，最终通过算例验证了本文方法的有效性与实用性。

计及分布式光伏的农村配电台区断零故障分析

作者：黄伟达；李天友；黄超艺

摘要：大规模分布式光伏的接入会改变低压配电网的拓扑结构，影响低压故障特性。三相四线制低压配电系统由于中性线的存在容易出现断零故障，对电网的安全稳定运行产生重大影响。为此，本文首先对带有光伏电源的农村低压配电台区断零故障进行理论分析，然后利用PSCAD/ EMTDC平台建立仿真模型，研究光伏电源接入上游、下游及上下游均接入三种情况对断零故障的影响，最后探讨TT系统重复接地对解决断零故障的适用性。

塑料外壳式断路器的跌落力学特性模拟研究

作者：瞿俊豪；李俐；张应林；许一伟；黄海波

摘要：塑料外壳式断路器需要具备良好的力学特性以保证其运输和使用安全。本文建立塑料外壳式断路器和地面的有限元模型，以极限工况水平垂直下落为例，分析塑料外壳式断路器在跌落过程中的应力变化和变形情况。

结果表明，塑料外壳式断路器各部件的应力和变形呈不均匀分布，内部构件由于应力波的影响会产生最大的应力，装饰板由于受到其他部件的影响变形最剧烈。最大应力和最大变形量均出现在塑料外壳式断路器离开地面的反弹过程中。本研究可为避免跌落破坏的塑料外壳式断路器结构设计提供参考。

柔性直流输电阀控及子模块控制全接入试验系统设计

作者：王琦；杨张斌；彭代晓；刘小勇

摘要：针对模块化多电平柔性直流输电系统联调试验阶段阀控和子模块设计验证环节均存在简化和缺失现象，本文设计可实现阀控设备和子模块控制全接入的试验平台。该平台包括与工程采样率一致的合并单元（MU）模拟装置、与工程接口一致的控制模式多样化的极控装置、功能完善的链路延时测试装置，以及可完整实现工程子模块接口和原程序验证的子模块功能模拟装置。通过接入如东工程阀控设备和子模块程序实现了对阀控系统设备和子模块原程序逻辑的验证，同时也验证了所设计试验平台功能的完整性和优良性。

一种基于卷积神经网络和长短期记忆网络的光伏系统故障辨识方法

作者：涂彦昭；高伟；杨耿杰

摘要：随着光伏发电装机容量的不断上升，如何及时检测并解决光伏组件故障和异常，减少组件能量损失，提高光伏系统的发电效率成为一项重要任务。本文通过研究光伏阵列处于不同故障状态下的I-V曲线之间的特征差异性，直接以I-V曲线作为故障诊断的输入量，提出一种融合卷积神经网络（CNN）与长短期记忆（LSTM）网络的光伏系统故障辨识方法。实验结果表明，该方法不仅能识别出单一故障，如短路、遮阴、老化等，而且能有效识别出双重故障同时存在的情况。

基于改进门控循环单元的变压器油中气体浓度预测

作者：卫永鹏；苏益辉；王胜利；张鑫；王衡

摘要：对油浸式电力变压器油中溶解气体浓度进行预测，可为变压器状态评估及故障诊断提供重要参考依据。为进一步提高预测精度，本文将RAdam优化器和门控循环单元（GRU）相结合，提出一种改进GRU的变压器油中气体浓度预测模型。改进模型以7种典型气体浓度作为输入，使用RAdam优化器进行训练，以对应待测气体浓度作为输出。算例分析结果表明，相比于普通GRU模型和长短期记忆神经网络（LSTM）模型，改进GRU模型能更好地预测变压器油中溶解气体浓度变化趋势，并扩大了对初始学习率的选择范围。

基于高频分量的配电网高阻接地故障识别

作者：王康；高伟；杨耿杰

摘要：配电网发生高阻接地故障（HIF）时，接地介质的电阻较大，故障电流比负荷电流要小得多，故障特征不明显。现有的电流或电压保护装置均难以应对HIF，寻找方法对其进行准确快速的辨识意义重大。本文首先通过连续小波变换（CWT）对故障线路的零序电流进行时频域分析，选定特征频段内的时频矩阵作为识别特征量，随后使用改进的LeNet-5网络对识别特征量进行辨识以判定HIF是否发生。在PSCAD/EMTDC中进行了大量的仿真研究，最终结果表明，本文所提方法能够准确识别发生在不同中性点接地系统中的HIF与各类干扰，且抗噪声能力较强。

基于自适应集合经验模态分解算法的局部放电信号降噪研究

作者：孙聪；鞠鹏飞；李大华；李栋

摘要：高压开关柜被广泛应用在电网体系中，保障其运行安全稳定尤为重要。本文针对目前在分析高压开关柜局部放电过程中存在窄带干扰及其他噪声干扰等问题，提出一种新的降噪算法——自适应集合经验模态分解（AEEMD），其核心思想为在原始信号中加入白噪声后只分解一阶模式，然后将噪声不断加到剩余信号中进行循环处理。该方法简化了去噪过程，并减少了模态混叠现象。试验结果表明，通过该方法所得到的信号波形与实测原始信号波形基本一致，同时与另外两种算法对比体现出其优越性。

基于数字图像处理的电力线异物识别方法研究

作者：梁新福；罗日成；党世轩；周晶；阳冠菲

摘要：针对架空线路异物搭挂的潜在威胁，本文提出一种快速识别航拍图像中异物的方法。首先运用直线段检测（LSD）算法从预处理后的图像中提取电力线，并基于架空导线上异物特征设计针对异物的识别算法，提取导线异物；接着对其进行边缘检测，提取缺陷画框并在巡检图像中标识；最后，通过多组样本数据对算法实用性能进行评估。实验结果表明，该方法能对输电导线上搭挂异物的情况进行有效识别，在无人机电力巡检中具有一定的应用价值。

基于多种电气增量融合判据的电弧故障诊断方法

作者：赵杰；董继民；张延平

摘要：电弧故障易造成设备烧毁并引发火灾事故，对其进行快速有效的诊断是供用电系统安全可靠运行的保证。本文根据电弧故障发生过程中燃弧波形的随机性特征，提出基于多种电气增量融合判据的电弧故障诊断方法。

首先根据正弦量等间隔连续三点采样数据特征、连续两周期同一点采样数据关系，快速确定并核实扰动过程；然后计算扰动前一周期及扰动后时间段内每采集一个采样点所构成的每周期电流、电压、实时功率有效值及连续两个周期的电压、电流和功率的变化相对增量、扰动前后的每周期谐波及谐波相对增量；最后基于扰动过程中多种电气增量的单调性变化特征形成融合判据，判定电路是否发生电弧故障。该判据可以快速识别电弧故障，且不受正常负荷增减、非拉弧短路故障特征等引起的扰动现象对电弧故障判定的影响，防止误判。

10kV电缆故障测距及定位典型案例分析

作者：陶宇航；张熹；宫祥龙

摘要：随着社会经济的不断发展，城市配电网中的电缆线路占比越来越大。当电缆发生故障时，由于放电位置在地层下，需要首先进行故障定位才可进行修复。本文结合六起10kV中压电缆故障，通过低压脉冲法、冲闪法及二次脉冲法分析波形数据，进行故障点位初步测距；再通过声磁同步法，精确定位故障点。最后，将电缆故障部分进行解剖，分析具体故障原因，为中压电缆终端在电力系统中安全、稳定运行提供依据。

特高压直流线路故障产生系统环流的事故分析

作者：杨帅；牛征；张弛；张庆武；南东亮

摘要：本文描述了一起特殊的直流线路故障，故障时故障极产生系统环流，导致非故障极停运，造成输送功率损失。针对该事故，本文分析故障原因，提出消除环流的应对措施，以避免再次发生同类故障时造成非故障极停运，为换流站直流线路故障产生环流时避免全站停运提供借鉴。

电力监控系统实时DDoS攻击检测方法

作者：缪海飞；曹翔；林青；胡绍谦；汤震宇

摘要：针对目前难以实时准确且低能耗地识别电力监控系统中分布式拒绝服务（DDoS）攻击的问题，本文基于电力监控系统专用防火墙装置提出一种实时DDoS攻击检测方法。采用软硬件结合的方式：硬件方面，防火墙采用现场可编程门阵列（FPGA）实时采集报文数据，在转发报文时更新计数器，实时提供检测所需的特征值并进行攻击预判；软件方面，在防火墙的用户空间内运行基于机器学习的在线识别器，首先在实时采集报文数据时感知网络状态，当网络可能异常时使用在线识别器检测攻击。

本文实现了基于该方法的DDoS攻击检测原型系统，并进行了实验。实验表明，该方法可以实现资源占用低、识别准确率高的实时DDoS攻击检测。

一种适用于变频器电源切换装置的合闸方法

作者：李杰；李华奎

摘要：在工业企业电力系统中，用变频器驱动电动机运行非常普遍。当变频器自身故障时，需要将电动机切换到由备用电源供电。目前一般采用残压合闸方式进行电源切换，然而由于变频器初始频率较低且该方法忽略了相位差的因素，所以在实际运行中往往会产生较大的冲击电流，造成电动机速断保护跳闸。

本文提出一种适用于变频器电源切换装置的同期捕捉合闸方法，能在20～50Hz频率范围内实施电源切换。仿真表明，该合闸方法的冲击电流明显小于残压合闸方法的冲击电流，可以满足变频器电源切换的需求。