摘要：向环氧树脂基体中加入纳米填料是实现其多功能化的常用手段,其中拥有一维纳米结构的氮化硼纳米管(BNNTs),因具有超高导热系数、宽能级带隙、高长径比、高力学强度而备受关注.然而,表面惰性、易团聚、与环氧树脂之间界面作用弱等缺点极大地制约了BNNTs进一步应用.基于此,本文提出采用表面包覆介孔二氧化硅(mSiO_(2)),并接枝硅烷偶联剂功能分子的方法,优化BNNTs表面特性.结果表明,通过表面结构设计及功能化,可显著改善BNNTs的分散特性,提升其与环氧树脂的界面作用.以此所制备的环氧复合电介质可实现力学韧性和导热系数的同步提升,并兼具较低的介电常数与损耗.此外,mSiO_(2)独特的纳米介孔结构赋予复合电介质大量的深陷阱,有效阻碍了电子的迁移,进而提高复合电介质的电气强度.本文为环氧树脂的多功能化提供了新思路,亦对揭示纳米填料表面特性-复合电介质微观结构-宏观性能之间的关联关系提供了一定实验数据支撑.

摘要：电力电缆在远距离大容量电力传输和海上风电并网中起着极其重要的作用。受直流电场影响,交联聚乙烯(XLPE)电缆存在着空间电荷积聚和电荷能量积累现象,导致绝缘材料被击穿而引发故障。该文建立电荷输运与分子链位移击穿模型,对XLPE介质中载流子输运和能量积累过程进行了仿真,得到XLPE特征击穿场强-试样厚度依赖特性以及击穿概率分布。仿真结果表明,XLPE直流击穿场强受尺度效应影响明显,击穿场强随着试样厚度的增加而减少,且击穿强度概率计算结果服从威布尔分布。建立电荷输运随机变量参数分散性与击穿概率分布的定量关系。随着试样厚度的增加,绝缘材料内部的缺陷分散性增加,电荷输运随机变量参数高斯分布中的方差增加,击穿威布尔分布形状参数减小。陷阱能级是影响击穿威布尔分布形状参数的最关键因素。该研究为电力电缆的优化设计和可靠性评估提供了仿真技术支撑。

摘要：为了获得不同推力器工况对射频自偏压效应离子推力器的自偏压幅值和束流特性的影响,本文通过地面实验研究了栅极射频功率、线圈放电功率、工质种类对自偏压幅值和羽流区等离子体参数的影响,同时对直流栅极工况和射频栅极工况下的束流特性进行了对比。研究结果表明:栅极射频功率的增大会提高自偏压幅值并提升束流强度,但在较高栅极射频功率下,栅极下游区域将发生自持放电并形成等离子体;放电腔内放电模式转换会通过改变等离子体阻抗的方式大幅影响栅极直流自偏压幅值和栅极电压的射频分量,进而影响羽流区等离子体参数;与直流栅极工况相比,射频栅极能同时引出并加速离子和电子,并在栅极下游实现自中和,且在Ar,Kr,Xe三种工质下均具有自中和能力。

摘要：随着经济社会的发展,水与能源之间的联系越来越紧密,面向区域能源互联网的水-能协同优化已经成为未来研究热点之一。鉴于此,文中对水-能耦合系统的基本概念、耦合特性、重点领域、关键技术进行了归纳总结。首先,介绍了给排水系统的环节与结构,并对比了给排水系统与能源系统的异同;其次,探讨了水-能系统的通用耦合关系,并进一步说明了典型应用场景和物理层级下的水-能耦合形态;然后,针对水-能协同优化重点领域即模型构建、规划设计、运行管理、市场互动方面,从数学建模及研究思路角度进行了梳理与阐述;最后,从不确定性处理、多主体管理、灵活性挖掘、弹性提升方面对水-能协同优化关键技术进行了分析与展望。

摘要：电力电子变压器中高频变压器须承受高频非正弦与高温的复杂应力。随着SiC等大功率半导体器件的使用,高频变压器中非正弦方波电压上升与下降沿出现陡脉冲应力,其dv/dt大于10 kV/μs,给高频变压器绝缘可靠性带来巨大挑战。高dv/dt包含大量高频谐波,从而导致绝缘介质损耗明显增加;高频、高dv/dt下绝缘遭受累积性冲击电应力,导致局部电场畸变,引发绝缘局部放电与损伤。该文围绕dv/dt对高频变压器绝缘介质损耗与冲击能量积聚的影响展开研究。采用阶跃响应函数模拟高dv/dt脉冲电压,结合绝缘介质损耗分解与计算,提出了dv/dt与方波电压叠加下绝缘介质损耗的计算方法。结果表明,绝缘介质损耗随dv/dt的增大而增加,绝缘热效应明显增加。根据绝缘在方波交变电场下能量储存和释放特性,分析了高dv/dt下绝缘能量积聚密度pd。采用有限元仿真分析10 kW、10 kHz、1000 V/750 V高频变压器绝缘电场、位移电流与冲击能量密度。结果发现,pd随着dv/dt增加而增大。结合介质损耗计算,研究指出在方波电压高dv/dt处(电压极性反转时),绝缘遭受累积电-热冲击应力,造成绝缘损伤。研究结果为大容量高频变压器绝缘失效与设计提供指导。

摘要：针对风力发电的不确定性以及高渗透率下的大规模风电的远距离输送对系统区域阻尼的带来的负面影响,提出一种能适用于系统运行方式发生较大变化(如风电场风速急剧变化等)的广域控制器设计方法。采用时滞线性参数变化方法对含风电的电力系统进行建模,并将整个参数变化范围进行网格划分,再分别进行控制器设计,然后采用三角隶属函数制定调度准则并进行控制器权值分配,从而构造出满足全部参数变化范围的广域增益调度控制器。对算例的时域仿真表明,所提出的广域控制器设计方法对于系统运行范围发生较大变化的情况仍然具有较理想的效果,与传统的极点配置方法相比具有更强的鲁棒性;与经典的鲁棒控制方法与非线性控制方法相比,具有控制器阶数低、设计方法简单等优点,易于工程实现。所设计的控制器计及了电力系统变时滞的特点,相比传统的Pade近似处理时滞的方法有着更低的保守性。

摘要：目前锂电池被广泛应用于电化学储能系统,但由于电池单体间的差异,单体电池常常存在过放电现象,给电池模组及储能系统的应用带来安全隐患,因此对过放电状态的锂电池进行检测与分析对于其安全应用具有重要意义。本文设计了正常循环和不同程度过放电的电池循环试验,利用弛豫时间分布法、阻抗差异分析法和容量增量法对过放电状态的锂离子电池全寿命周期内的阻抗特性进行分析。结果表明,过放电会加速电池老化,可提高充放电过程温升;相较于正常循环,过放电循环使电池欧姆内阻与电荷转移电阻增大,SEI膜内阻减小,电荷传递电阻无明显变化,锂离子固相扩散电阻随着过放电程度增加,先减小后增大。本文结果为锂电池过放电内部特性研究和过放电检测提供理论依据。

摘要：空气作为一种天然的绝缘气体,在电力设备中(开关柜、环网柜等)被广泛应用。研究表明,当电力设备发生放电故障时,空气绝缘介质会产生以NO_(2)为代表的特征分解产物。放电分解产物的组分及含量能够反映放电故障的严重程度,因此,气体分解产物检测对电力系统安全稳定运行具有重要意义。该文在不同的电压等级、持续时间下,分别模拟了包括电晕放电、火花放电及电弧放电在内的15种空气放电故障,并发现NO_(2)气体的含量在不同故障条件下存在显著差异。对此,设计了一款装载有四种对NO_(2)气体具有高度选择性气敏材料的微型气体传感阵列。经多次实验测试,传感阵列对15种放电故障气体表现出差异性响应信号,构成丰富的样本数据集。分别采用四种机器学习算法(极限树、决策树、K邻近和随机森林)实现基于传感信号的空气放电故障识别,其平均准确率最高可达84.88%、81.82%、76.86%和81.32%。其中,传感阵列对局部放电和电弧放电的识别能力略高于火花放电,可以归因于多次火花放电过程中存在一定的NO_(2)饱和现象。该文提出的基于微型气体传感阵列的检测方法具有操作简单、识别准确率高的显著优势,在空气放电故障诊断领域具有广阔的应用前景。

摘要：常规的永磁同步电机全速域无位置传感器控制通过复合两种位置观测器实现全速域的转子位置估计,然而,在电机频繁宽频域调速工况下,两种位置观测器频繁地切换,易导致估计的位置和转速振荡,并且两种位置估计方法需要单独的设计和调谐,增加了系统整定难度和算法复杂度。为此,该文提出了一种基于共振扩张状态观测器的内置式永磁同步电机统一全速域无位置传感器控制方法。首先,通过共振扩张状态观测器估计基频反电动势和高频反电动势。然后,建立了统一全速域模型,通过统一全速域模型实现全速域的转子位置和转速估计。在零速和低速时,通过向d轴注入高频电压,增加统一全速域模型中转子位置信息的信噪比,从而可以准确估计零速和低速区的转子位置,消除了传统高频注入法中由滤波器和延迟引起的估计误差。当电机在中高速区运行时,统一全速域模型自动蜕变为基频模型法,不需要两种位置观测器切换控制。最后,在2.0 kW内置式永磁同步电机实验平台上验证了算法的有效性。

摘要：基于X-pinch软X射线辐射点源对直径10μm钨丝单丝以及8μm钨丝双丝电爆发展过程进行了背光成像研究,实验平台为清华大学电机系研制的脉冲功率装置PPG-1(500kV/400kA/100ns)。成像光路安排为:作为X射线源的X-pinch和作为目标物的钨丝分别安装在装置的输出主电极阴阳极之间和回流导电杆处,成像胶片采用高分辨率、高灵敏度的X光胶片。利用自行设计的电流传感器和罗氏线圈对目标物实际流过的电流进行监测,从而计算得8μm钨丝丝爆过程中电导随时间变化的曲线。为了观测电爆金属丝质量密度分布的演变过程,设计了μm级厚度的阶梯光楔。通过大量成像实验,获取了丝芯膨胀、晕层等离子体形成及其向外扩张等过程的相关物理图像以及基于原始胶片绘制的质量密度分布图。