长电缆传输脉冲波对电机端过电压影响的研究北大核心

基于传输线理论分析了脉冲波在电缆中的反射过程及电机端过电压的产生机理,通过Matlab仿真软件对脉冲波反射过程进行了分析。根据反射原理,对电机端各反射波分量和入射波分量进行叠加,得到电机端电压。通过PSpice仿真软件建立了单个脉冲-无损电缆-电机仿真模型,并对电机端产生过电压临界脉冲传输的时间做了仿真研究;在此基础上建立了PWM脉冲-无损电缆-电机仿真模型,仿真结果验证了PWM脉冲占空比最大时电机端电压达到最大值。     

基于S变换与时频域反射的电缆缺陷定位方法

针对电力电缆的局部缺陷定位问题,提出一种基于S变换与时频域反射（time-frequency domain reflectometry,TFDR）的电缆缺陷定位方法。在分析传统电缆缺陷定位方法原理的基础上,利用S变换求取TFDR测试波形的时频分布,并计算时频分布的时频互相关函数,再通过时频互相关函数曲线的局部峰值对电缆局部缺陷的位置进行判断。结果表明：相比于传统的TFDR方法,本文方法的时频分布不存在交叉项干扰,从而消除了时频互相关函数曲线中干扰的局部峰值,且电缆缺陷定位结果的可靠性较高,局部缺陷的检测盲区较小。最后对10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆进行仿真和实测分析,结果显示本文方法可以有效定位电缆的局部缺陷,并且缺陷定位的绝对误差较小。     

基于坡印亭矢量的电缆无功功率计算及电缆沟环境对其影响规律的研究EI北大核心CSCD

电力电缆的内部结构和运行环境影响其线路参数,间接影响电缆的无功功率。当电缆内部结构和运行环境改变时,难以从"路"的角度计算线路参数的改变规律,研究了基于坡印亭矢量的电力电缆功率传输模型,在此基础上研究了电缆偏心和积水情况下的无功功率变化规律。结果表明:电缆外部积水对电缆的无功影响可以忽略,电缆内部进水会导致容性无功大量增加;电缆容性无功损耗随着电缆偏心程度的增加而增加,当电缆进水且电缆偏心2.5mm时容性无功增量达到了51.98%。因此从场的角度研究电缆沟环境对电缆无功功率的影响规律有十分重要的工程价值。     

基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法研究

为了及时发现电缆中存在的潜伏性缺陷,研究一种基于反射系数傅里叶逆变换的电缆局部缺陷诊断方法.首先根据传输线理论建立电缆计算模型,然后采用快速傅里叶逆变换(IFFT)将电缆首端反射系数谱转换到空间域,最后利用缺陷定位诊断函数DF(x)实现电缆局部缺陷的定位和诊断.针对存在典型局部缺陷的10 kV交联聚乙烯(XLPE)电缆...     

金属板缺陷负电晕检测中Trichel脉冲特性研究EI北大核心CSCD

现有的金属板缺陷无损检测技术已趋于成熟,并且可以实现对缺陷的检出、量化甚至三维成像。但是传统无损检测方法的缺陷检测灵敏度受到诸多外在条件以及算法复杂度等的限制,难以实现对微小缺陷的检测。因此,作为负电晕放电检测方法在无损检测领域的首次尝试,该文提出一种基于负电晕放电Trichel脉冲的金属板缺陷非接触式检测技术。该方法利用空间中带电粒子行为对电极结构敏感的特性,将Trichel脉冲电流波形参数作为负电晕放电现象的外在特征,对缺陷是否存在及严重程度进行初步判断。此外,建立电晕检测几何模型与仿真模型,并搭建针–板放电实验平台对仿真结果进行验证。研究结果表明,通过分析负电晕放电所特有的Trichel脉冲波形参数,可以对待测金属板存在缺陷与否进行有效地识别,在缺陷高灵敏度检测及后续的缺陷轮廓重构中具有一定的应用潜力。     

基于改进TFDR法的核电站仪控电缆断裂缺陷检测

由于时频域反射（TFDR）法具有成熟便捷、分辨率较高的特点,故其被广泛应用于各类电缆的故障测距中。为了让核电站仪控电缆绝缘屏蔽层断裂缺陷能被有效地判别和精确定位,本文提出一种改进的时频域反射（T-TFDR）法,包括使用热应力浮动方差曲线作为缺陷判别的依据。随后对50m多芯仪控电缆进行了不同程度的断裂破损模拟,并使用传统TFDR法和T-TFDR法进行检测实验验证。对比两者的检测结果,T-TFDR对弱缺陷断裂的定位峰值提高到0.2,是传统TFDR的2.5倍,且定位误差率均小于2.5%。可得出如下结论：一,TFDR法对断裂缺陷有一定的判别能力,但对弱程度断裂破损的识别力较差;二,T-TFDR法中利用热应力浮动方差曲线的尖峰替代原定位峰,可大大提高对弱断裂缺陷的识别能力;最后,T-TDFR可对原定位距离进行修正,弥补TFDR法对弱断裂破损定位精准度较差的缺点,实现对微弱缺陷的有效识别定位。     

基于时频域反射法的高温超导电缆故障定位研究

针对我国超导电缆公里级示范工程的运维需求,采用基于伪Wigner-Ville分布的时频域反射法,测量不同温度和不同类型模拟缺陷下超导电缆的时频信号变化,分析不同温度下时频分析在超导电缆故障定位中应用的有效性,并通过改变入射波的中心频率和带宽,研究入射波形形态对故障定位的影响。模型样缆采用国产35kV冷绝缘三相统包高温超导电缆,缺陷模拟相设置了绝缘缺失、对地绝缘电阻逐渐减小、短路3种类型的故障,检测温度设置为室温、液氮和回温3种环境。结果表明:室温环境下,基于伪Wigner-Ville分布的时频域反射法对上述3种故障反射的反应灵敏度依次增加,定位误差小于3%,入射波的中心频率或带宽越高,引起的衰减越大,定位需要的时间补偿就越多;液氮环境下,针对绝缘缺失和短路的叠加故障,当温度下降至77K附近时,故障处归一化时频互相关峰值随温度的小幅度下降而逐渐减小,且波速明显升高;温度回升过程中,该方法的定位准确度不受温度变化和电缆状态的影响,误差仍小于3%。回温过程中随着温度的变化,超导电缆故障处和末端归一化时频互相关峰值大小发生明显的同步变化,该现象可评估现场超导电缆系统中液氮泄漏导致的温度上升问题。     

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展EI北大核心CSCD

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。     

方波脉冲电场杀灭微藻的实验研究EI北大核心CSCD

循环冷却水中的微藻繁殖会造成微生物污垢滋生,可采用电磁脉冲进行灭藻。为此,首先提出了一种基于Marx发生器和H桥固态调制器的高压脉冲源拓扑,并研制了一台多参数可调高压脉冲发生器,输出的方波脉冲的脉冲频率为1~1 000 s-1,脉冲电压0~6 k V,脉宽1~5μs,最大瞬时输出电流为12 A。同时,针对电场强度、脉宽、频率和处理时间这4个参量设计了正交实验方案,开展脉冲电场对蛋白核小球藻和铜绿微囊藻的灭藻实验。结果表明,脉冲电场处理对微藻生长具有显著抑制作用,且电场强度为抑制实验微藻生长的最重要因素,提高电场强度可以显著增强对微藻生长的抑制效果。此外,正交设计方案有助于以少量实验频次推测获得最佳的电磁脉冲处理参数,实验证实此脉冲源的最佳电参数组合分别为5 k V、5μs、800 Hz、5 min和5 k V、5μs、800 Hz、10 min,对应的藻细胞密度下降率分别为86.2%和94.1%。     

多物理场下的高压直流电缆局部放电研究展望EI北大核心CSCD

高压直流电缆需要面对空间电荷、潮流波动、温度变化、谐波、应力、绝缘缺陷等复杂运行条件的考验。多物理场下的高压直流电缆局部放电(partial discharge,PD)的研究尚处于起步阶段。复杂条件下的直流电缆局部放电产生机理尚不明确,且直流局部放电表征识别困难,动态特性复杂。该文总结多物理场对高压直流电缆PD的影响,对比空间电荷、电场、应力场、谐波与PD之间的关系,分析多物理场下直流电缆PD特征构建与模式识别的研究进展。进一步,展望多物理场下的高压直流电缆PD发展趋势,包括高压直流电缆“荷–场–热–力”多物理场PD模型、多物理场仿真、多物理参数联合实验、直流电缆PD多物理参数表征新特征构建与优选、直流电缆PD先进模式识别方法等,可为直流PD检测与诊断提供理论参考。     

基于虚拟阻抗和锁相环的孤岛检测技术EI北大核心CSCD

针对被动孤岛检测存在较大检测盲区,而传统的主动检测法会对电网电能质量造成影响,提出了一种结合锁相环和虚拟阻抗的孤岛检测方法。该方法通过锁相环的输出跟随本地负载谐振频率变化的特性,来对孤岛进行检测。正常并网时,锁相环的输出会稳定在线路频率上;而处于孤岛时,锁相环的输出则会跳变到本地负载的谐振频率处。同时,引入了虚拟阻抗技术对此方法进行了完善,应对频率出现匹配的情况。通过Matlab仿真和RT-LAB半实物仿真平台进行了实验验证,验证了理论推导的正确性及所提孤岛检测方法的有效性。     

基于时频域反射法的核电站仪控电缆缺陷检测

为确保核电站中仪控电缆的安全运行,时频域反射法(time-frequency domain reflectometry,TFDR)被广泛用于识别和定位仪控电缆中的缺陷。文中对比魏格纳-维利分布(Wigner-Ville distribution,WVD)、伪魏格纳-维利分布(pseudo Wigner-Ville distribution,PWVD)、平滑伪魏格纳-维利分布(smooth pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)算法的优势,并提出时频域互相关曲线(time-frequency cross-correlation,TFCC)的能量区间放缩法。分别对50 m和148 m的多芯交联聚烯烃仪控电缆进行短路、断路、绝缘屏蔽层破损和局部热老化的缺陷模拟,并基于TFDR,采用3种时频分布算法进行实验处理。随后,基于局部热老化的检测,采用能量区间放缩法,对TFCC定位峰主瓣较宽的问题进行改善。实验结果表明:经过SPWVD处理后,TFCC的主瓣较宽;在正常电缆检测时,PWVD对交叉项有更好的抑制作用;但在单缺陷检测中,SPWVD具有更好的缺陷识别能力;通过采用能量区间放缩法,可分离相近的定位峰,加强对微弱反射信号的判别。     

脉冲电源对电弧放电等离子体温度的控制研究EI北大核心CSCD

等离子体温度是电弧放电过程中的重要参数,控制等离子体温度能够有效的控制等离子体化学反应过程。为此,在研制电感储能和电容储能2种脉冲电源的基础上,测定了在不同放电频率、电容电压和储能电容条件下的脉冲电弧放电等离子体发射光谱,并计算了对应条件下的温度。结果显示:电弧放电等离子体温度可以通过改变电感储能电源中的放电频率和电容储能电路中的电压和电容值控制,其线性关系良好,相关系数分别为0.946、0.974和0.979。     

基于改进稀疏表示的海上风电场交流海底电缆短路故障分类方法EI北大核心CSCD

准确、快速的海底电缆故障分类是海上风电场运维的重要一环。该文提出一种基于改进稀疏表示的海上风电场交流海底电缆短路故障分类方法,该方法综合利用故障发生后半周波电流信号的时域特征作为故障分类依据,采用K次奇异值分解(K singular value decomposition,K-SVD)字典学习算法对各类故障信号的特征信息进行学习,构造出准确匹配各类故障本质特征的过完备字典。在学习字典的基础上,提出一种基于混合交替方向乘子法(mixed alternating direction method of multipliers,M-ADMM)的改进稀疏分解算法将故障信号分解为过完备字典与稀疏向量的乘积,结合基于稀疏表示的分类方法实现对故障重构信号的分类。仿真研究结果表明,该改进稀疏分解算法具有精确的信号重构、降噪效果。所提出的故障分类方法无需人工构造故障信号特征,避免了多工况故障信号特征筛选、时频域变换等繁琐流程。与SVM、CNN、LSTM等智能分类算法的对比结果表明,该方法具有较强自适应性的同时不易受故障时刻、故障位置影响且噪声鲁棒性强,可以准确识别海底电缆场景下低阻短路故障类型。     

基于常规和宽带脉冲电流法的高压XLPE电缆模拟缺陷试验研究

由于结构、施工等原因,电缆附件中出现局部放电的概率较大,为了研究高压电缆附件中缺陷致局部放电的发展过程,搭建了基于110 kV真实XLPE电缆的模拟缺陷试验平台,在电缆终端制作了悬浮和滑闪两种放电模型。研究结果表明:悬浮模型单周期放电次数少、放电模式单一,随着电压的增加,悬浮模型的放电量会出现增长的趋势;滑闪模型单周期放电次数多,放电模式不唯一,随着电压的增加,滑闪模型的放电量增加不明显。     

基于极化/去极化电流法的交联聚乙烯电缆热老化程度判定EI北大核心CSCD

准确诊断交联聚乙烯（XLPE）电缆的老化程度对于评估其绝缘状态有着重要的意义。为了得到不同老化程度的电缆样品,进行了人工加速热老化实验,老化温度为140℃,老化时间分别为10、20、30、40 d。同时,设计了可以去除表面电流干扰的电缆测量结构,以此测得了样品的体极化/去极化电流（PDC）,并用极化强度仿真验证了实验结果。不同的去极化曲线形状可以初步判断出电缆的老化程度,但不够直观。为了定量地描述电缆老化程度,采用了能够反映电介质内部陷阱的参数老化因子A,研究结果表明：随着老化程度增加,电缆的A值总体上呈现了上升的趋势;在140℃老化温度下,老化时间约为20~30 d时电缆进入中重度老化阶段。根据该实验结果建议针对运行时间约为15 a的电缆进行PDC绝缘老化检测。     

基于超低频介损和U-I滞回曲线的XLPE电缆水树老化状态评估EI北大核心CSCD

为准确地评估交联聚乙烯(cross linked polyethylene,XLPE)电缆的水树老化程度,该文提出一种基于超低频介损和U-I滞回曲线的评估方法。对3组XLPE样本分别进行0、96和168h的加速水树老化,老化结束后采用快速超低频介损设备(very-low frequency dielectric loss detector,iFDS)在1mHz~1kHz范围内测试不同水树老化状态的XLPE电缆的介电频谱和不同频率下U-I滞回曲线。结果发现:水树老化后的电缆段在超低频段(1mHz~0.1Hz)的介损值显著增大,并在0.002和0.1Hz附近出现两个明显的松弛损耗峰。老化越严重的试样,U-I滞回曲线形变越严重。水树老化后电缆绝缘中产生了新的松弛极化过程,相较于单一频率0.1Hz下的介损值,超低频介电谱能够提供更丰富的绝缘状态信息。在1mHz下,U-I滞回曲线特性的偏转角变化率与曲线形变率均随超低频介损值的上升而增大,能够更加准确地评估电缆绝缘的水树老化程度。将超低频介损结合U-I滞回曲线可以有效地评估电缆绝缘的水树老化程度。     

催化剂协同脉冲放电等离子体处理甲硫醚气体的实验研究EI北大核心CSCD

为了探讨催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理恶臭气体的效果,采用V2O5/γ-Al2O3催化剂与脉冲放电等离子体共同作用来处理了恶臭气体甲硫醚,并探讨了反应中催化剂与脉冲放电等离子体的协同性及工艺参数对降解反应的影响。实验结果表明:电晕放电具有改变催化剂气-固相吸附平衡、减少吸附容量的作用,处理恶臭气体时可通过添加催化剂吸附-气体浓缩环节来提高降解反应的能量利用率;催化剂与脉冲放电等离子体共同作用比单一脉冲放电等离子具有更高的甲硫醚去除率,同时催化剂的填充通过改变介电性及电场强度使反应获得更大的能量,催化剂颗粒表面发生的强烈放电促进了降解反应的进行;在一定电压范围内,通过提高峰值电压、增加气体停留时间可有效提高甲硫醚去除率;当峰值电压为22 k V、甲硫醚体积分数为315×10-6、体积流量为550 m L/min时,甲硫醚去除率可达84.12%。催化剂协同脉冲放电等离子体能够有效处理恶臭气体甲硫醚。     

基于哈尔小波配点法的虚拟同步化电网动态仿真方法EI北大核心CSCD

虚拟同步化电网中多元设备间惯量差异明显、多尺度特征突出,传统动态仿真方法对多尺度特性的适应性存在不足。该文提出一种基于哈尔小波配点法的仿真方法用于虚拟同步化电网系统的动态仿真。首先揭示虚拟同步化电网系统的多尺度特征,分析传统仿真方法在多尺度系统仿真中的局限性。然后,介绍小波配点法的基本原理,建立基于哈尔小波表征的虚拟同步化电网多尺度模型,通过构造积分步内的插值配点,提出基于小波配点法的仿真求解方法。而后,详细分析该方法的时间复杂度和误差累积特性,为了提升仿真效率,进一步提出多层次自适应与多区间自适应的仿真策略,构建了优化的哈尔小波配点法动态仿真计算流程。最后,基于不同规模虚拟同步化电网算例,将哈尔小波配点法与传统商用仿真算法进行对比分析。结果表明,所提方法准确可靠,具备高阶精度、快速仿真能力,可以实现多尺度虚拟同步化电网的大步长仿真。     

基于MMC的背靠背异步联网系统宽频带频率耦合阻抗模型及小信号稳定性分析EI北大核心CSCD

背靠背变流器的稳定性分析是保障电力电子化新型电力系统安全可靠运行的重要基础。该文建立详细模型,研究了基于模块化多电平变流器三相对称背靠背异步联网系统的小信号稳定性。首先提出一种系统频域稳态分析方法并使用牛顿-拉夫逊迭代快速求解多谐波变量。进而基于多谐波线性化法,建立充分计及频率耦合效应的系统交/直流阻抗模型,对比扫频结果证实其宽频带范围的精确性。最后,应用广义Nyquist判据解释小信号失稳工况,体现了包含两端变流器动态的理论模型的必要性,并讨论了交/直流互联端口判据的联系。