关键词： 主变压器   油位   储油柜   报警  

摘要： 主变压器是变电站内的核心设备，一旦出现非计划停运，必将影响相关线路正常供电，从而对生产生活造成重大影响。其中，变压器本体储油柜油位指示异常导致的频繁报警是非计划性停运的主要原因之一。因此，精确查找影响油位指示异常的故障因素并及时处理好故障显得尤为重要。本文以110kV变压器胶囊式储油柜摆杆式油位计指示异常为对象，介绍了油位指示异常的识别方法和变压器本体储油柜实际油位的测量方法，分析了油位指示异常的常见原因，并从理论角度提出问题的解决办法和预防措施，以期能够保障变压器安全运行。

关键词： 高温超导变压器   交流损耗   T-A方程   混合带材绕组   分磁环   超导屏蔽线圈  

摘要： 随着第二代高温超导材料的诞生,通过不断降低超导带材的制造成本以及提高其超导性能,所以超导带材被广泛应用于超导电气设备中,超导变压器就是其中之一。相比于传统变压器,超导变压器具有损耗低、重量轻、无燃烧风险等特点。但是交流损耗是超导变压器设计制造过程中最关键的问题之一,也是超导变压器能否实现商业生产最重要的一个因素。并且超导变压器的交流损耗与短路阻抗是成正相关的,本文的超导牵引变压器要求短路阻抗大于43%,所以拥有更大的交流损耗,所以对超导牵引变压器交流损耗的研究非常重要。本文的工作包括以下内容:(1)线圈作为超导变压器的基本组成单元,本文首先基于超导线圈进行了实验与仿真研究。基于线圈临界电流的仿真结果,线圈的最内匝磁场最大、临界电流最小。提出仿真得到线圈临界电流新的实验判据,得到更接近实际值的线圈临界电流。基于与线圈交流损耗实验测量结果与仿真结果的一致性,表明有限元模型计算线圈交流损耗的正确性。(2)高温超导变压器绕组交流损耗受多方面因素影响,本文基于绕组高度、短路阻抗、超导带材、高阶次谐波等因素进行研究。结果表明,绕组高度大,绕组交流损耗小,绕组高度应适当选择;短路阻抗小,绕组交流损耗小,变压器短路限流能力弱,短路阻抗应适当选择;端部线饼采用临界电流较大的带材,中间线饼采用临界电流较小的带材,可实现超导带材成本和交流损耗的双重降低。基于T-A方程和H方程均质化有限元模型的变压器仿真结果的一致性,验证了所建模型的正确性。(3)基于分磁环对变压器绕组交流损耗的影响,对比了矩形、凹型、弧形三种结构分磁环,并对它们分别进行优化。结果表明,通过对矩形截面分磁环进行优化,将变压器绕组交流损耗从9.80 W降至3.25 W,降损率为66.84%。在矩形分磁环优化后的结构上,将凹型分磁环两端位于绕组两侧,进一步优化凹型分磁环,变压器绕组交流损耗从3.25 W降至2.00 W,进一步降损率为38.46%。提出了一种新的弧形截面分磁环结构,并进行了优化分析。当弧形分磁环结构足够大,且弧形末端位于绕组两侧时,变压器绕组交流损耗也降至2.04 W,效果和凹型分磁环相当。对比了三种分磁环结构大小相当且位置一致时,变压器绕组交流损耗的计算结果,弧形分磁环与凹型分磁环效果相当,并且弧形分磁环的磁场远小于凹型分磁环,可以不用考虑涡流损耗的影响,说明了所设计的弧形分磁环的可行性。(4)提出了一种将超导屏蔽线圈应用于超导变压器来降低其绕组交流损耗的方法,并对屏蔽线圈进行了优化分析。结果表明,使用屏蔽线圈可以将变压器绕组交流损耗降至3.86 W,损耗降低量为60.61%。使用屏蔽线圈可以大大降低中间线饼的交流损耗,而使用分磁环可以大大降低端部线饼交流损耗,所以将二者共同作用于变压器,变压器绕组交流损耗从9.80 W降至0.92 W,降损耗达90.61%,效果极其明显。

关键词： 电力电子变压器   聚酰亚胺绝缘   空间电荷  

摘要： 电力电子变压器是实现分布式能源可靠并网和交直流柔性互联的关键设备，其绝缘材料的可靠性一直是电力行业研究的热点。聚酰亚胺作为电力电子变压器的主要绝缘材料，长期承受高频电热应力作用，其内部易积累空间电荷并导致电场畸变，最终引发放电发展和过早失效等问题。因此，聚酰亚胺的空间电荷特性是描述电力电子变压器绝缘性能的重要指标。数值模拟是分析空间电荷的有效工具。目前，仿真模型主要采用双极性电荷传输（BCT）模型。该模型存在如下问题：（1）适用性较差，无法对电热耦合应力条件下的试验结果进行充分拟合;（2）准确性较差，对空间电荷传输数学模型，需要作进一步探讨。针对上述问题，本文主要完成了以下几个方面的工作：　　(1)基于高频电应力条件下的瞬变特征，分析了直流肖特基电荷注入原理在高频电应力下的适用性，并结合载流子动态平衡方程、跳跃电导模型等和交流电导模型，提出了一种考虑不均匀电导率的载流子动态平衡（NCCDE）模型，相对于常规BCT模型，NCCDE模型所得仿真结果与试验较为吻合，验证了该模型精度。　　(2)为了深入研究各因素对电荷传输的影响，采用NCCDE模型构建二维平板聚酰亚胺模型，模拟了不同电压幅值、方波占空比、电压频率、电压波形、上升时间以及温度等参数下的空间电荷分布。还进一步分析不同应力条件对迁移率、电荷注入等因素的影响，探讨了产生这种现象的原因。　　(3)基于杂质离子模型和漂移迁移率理论，构建了改进的杂质离子模型(MIT)。通过该模型分别讨论了陷阱密度、陷阱深度、相对介电常数等因素对电荷迁移的具体作用;建立电流密度计算方程，探究纳米填料中不同参数对于空间电荷积累抑制机理;最后，本论文还探讨非均匀填充对空间电荷传输特性的影响。

关键词： 电力变压器   故障诊断   集成模型   麻雀搜索算法   D-S证据理论  

摘要： 电力变压器作为电力系统中的枢纽设备，一旦发生故障可能会导致电力中断，严重时将引起电力系统瘫痪，造成巨大经济损失和社会危害。因此，尽早检测出电力变压器的潜在故障，提高变压器故障诊断精度对确保电网的安全可靠运行具有重大意义。为提高变压器故障诊断方法的准确性和实用性，本文采用多源信息融合方式对单源机器学习算法进行融合，提出了一种基于优化集成模型和Dempster-Shafer证据理论的故障诊断方法。本文的主要工作如下:　　针对变压器故障数据匮乏导致的故障诊断精度较低问题，本文采用随机森林、XGBoost及LightGBM算法分别构建变压器故障诊断模型，进行故障的初步诊断。在油中溶解气体数据集上的实验证明了集成模型在样本数据量较少时故障诊断表现良好，可以有效解决小样本多分类精度不高的问题。　　针对模型超参数确定困难及搜索耗时问题，本文使用麻雀搜索算法分别对随机森林、XGBoost及LightGBM模型的关键超参数进行了自适应优化，并使用最优超参数构建了基于优化集成模型的变压器故障诊断方法。通过实验发现，优化后的集成模型故障诊断性能均有较大提升，其中准确率平均提升了7.16％。实验验证了麻雀搜索算法具有寻优能力强、参数优化效果好的优点，可以有效提高集成模型故障诊断的精度和泛化性能。　　为综合不同集成模型优点，进一步提高故障诊断的精度和可靠性，本文利用D-S证据理论进行了模型融合。首先，为了缓解证据冲突问题对诊断结果的影响，本文在D-S证据理论中使用了改进的证据组合规则。然后，利用D-S证据理论将随机森林、XGBoost以及LightGBM模型结果进行了融合，以验证D-S证据理论在模型融合上的有效性。最后，使用D-S证据理论融合了麻雀搜索算法优化后的三种集成模型结果，提出了基于优化集成模型和D-S证据理论的变压器故障诊断方法。与其他模型对比，本文所提出的模型在油中溶解气体数据集上的准确率可以达到95.54％,精度和可靠性更高，验证了该模型在变压器故障诊断上的有效性。实验也证明了利用D-S证据理论融合模型可以克服单源模型的片面性，有效提高模型的诊断性能。

关键词： 功率放大器   变压器   谐波控制   CMOS工艺   氮化镓  

摘要： 无线通信技术的应用，例如蓝牙、WIFI等技术，都离不开射频电路设计的高速发展。功率放大器作为射频电路中的重要组成部分，随着应用的飞速更迭，功率放大器设计也在面临着严峻的考验。主流的功率放大器大多采用化合物工艺，由于其优异的射频性能，被广泛的应用在设计中。而容易集成的硅基工艺使得硅基功率放大器的研究和应用受到广大研究人员和工程师的青睐。综上所示，本论文采用化合物工艺GaN分立晶体管和CMOS工艺分别设计了一个功率放大器。　　本论文先介绍了功率放大器的基本性能指标以及将功率放大器类别划分成线性和开关两类。然后介绍了负载线理论和Loadpull技术来确定功率放大器的负载。介绍了采用电感电容原理进行匹配网络设计和基于变压器等效模型的匹配网络设计，章节最后介绍了功率合成技术用于功率提升。　　本论文基于TSMC65nmCMOS工艺设计了一个2.4GHz的功率合成类功率放大器，并提出了一种新型的基于变压器的高耦合系数八路电压合成器。在工作频率下，其损耗为1.45dB。子功率放大器架构采用的是伪差分的堆叠（Stacked）结构。将三个晶体管堆叠起来以提高工作电压来提高输出功率，并通过在堆叠结构的栅端接入一个接地电容完成大信号工作状态下的分压，避免晶体管在高工作电压下被击穿。并通过八路电压合成器将四个差分堆叠结构的子功率放大器结合起来，更进一步的提高功率放大器的输出功率。仿真结果显示，该功率放大器的增益为15.8dB，1dB功率压缩点为26.54dBm。饱和输出功率为29.65dBm，输出最大功率对应的PAE为31.25%。　　最后，介绍了谐波控制功率放大器的基本理论，基于F/F-1类衍生成的宽带高效率功率放大器。通过对谐波的控制，能够实现达到一个倍频以上的宽带效果。采用GaN工艺的分立晶体管设计了拓展连续F类（ECCF）功率放大器，采用简化的输出匹配网络进行设计，包含了谐波控制网络和基频匹配网络，只用了五根传输线进行设计。该设计ECCF功率放大器工作频段为0.7GHz-3.2GHz，输出功率能够达到39.6dBm-41dBm，漏端效率能够达到55%-68%，增益为9.6-11.1dB。

关键词： 电机车   旋转变压器   闭环控制   变频器  

摘要： 阐述一种利用旋转变压器做反馈的变频器闭环矢量控制系统在地铁盾构施工电机车控制中的应用，分别从旋转变压器的原理、控制器件选型以及调试过程等方面展开论述，并提出有效的抗干扰处理措施。该系统的应用能够有效提升设备运行安全稳定性，具备良好的工程实用价值。

关键词： 移相全桥变换器   双变压器   宽ZVZCS范围   占空比丢失   变压器功率分配   减小原边环流  

摘要： 移相全桥变换器具有结构简单、开关损耗小、可靠性高等优点,因此在微电网系统和可再生能源发电等中大功率场合得到了广泛应用。传统的移相全桥变换器可以通过调节移相角改变输出电压,但随着输入输出电压或负载范围的变宽,移相全桥变换器的原边循环电流大、零电压开关范围窄和副边占空比丢失等问题逐渐变得突出,从而影响系统效率及稳定性。为解决该问题,本文提出一种新型的基于双变压器的宽ZVZCS(Zero-Voltage Zero-Current Switching)混合式移相全桥变换器,并结合移相调制策略,实现了变换器的宽ZVZCS范围转换同时降低了原边循环电流,减轻了占空比丢失对变换器性能造成的影响。本文主要工作如下:(1)针对传统移相全桥变换器原边循环电流大以及轻载零电压开关(Zero-Voltage Switching,ZVS)条件丢失的问题,提出了一种基于双变压器的新型混合式移相全桥变换器,结合移相调制,该变换器可充分利用双变压器漏感参数实现轻载条件下滞后桥臂的ZVS条件,同时通过双变压器结构降低原边循环电流,实现附加桥臂的零电流开关(Zero-Current Switching,ZCS)条件。(2)对新型双变压器混合式移相全桥变换器电压增益、功率传输特性以及占空比丢失等方面的优势进行了详细分析,根据变换器功率传输特性优化了双变压器参数设计。同时保证了变换器次级侧整流电压在占空比丢失期间不为零,降低了占空比丢失对增益的影响,减小了输出电压纹波。(3)设计了一台输入电压为600V、输出200-400V/1k W的新型双变压器混合式移相全桥变换器实验样机。实验结果表明,变换器具有宽ZVZCS特性以及减小原边循环电流的特点。样机峰值效率可达95.8%,验证了变换器的高效转换。图64幅,表6个,参考文献80篇

关键词： 电气化铁路   牵引供电系统   电能质量   Scott变压器   综合补偿系统   控制策略  

摘要： 电气化铁路是国民经济和社会发展的大动脉。其中,牵引供电系统作为电气机车的动力来源,在电气化铁路中具有至关重要的地位和作用。牵引供电系统的性能直接影响着列车的运行效率和安全性,对于保障电气化铁路运营的顺利进行至关重要。牵引供电系统中,以负序、无功和谐波为主的电能质量问题以及电分相的存在,给公用电网和电力机车的安全、稳定、经济运行带来了严峻的挑战。为此,本文提出了一种由Scott牵引变压器斜边供电的电气化铁路牵引供电系统方案(3rdP-RPSS),并从拓扑结构、控制策略、容量规划三方面对其进行了深入研究。最后通过Matlab/Simulink仿真和小功率平台实验,对所提系统方案及策略的可行性和有效性进行了验证。本文先以某重载线路上一Scott牵引变电所的24小时现场实测数据为依据,对电气化铁路的电能质量问题进行实际评估和考察。通过对实测数据的分析和数理统计方法的应用,根据电能质量相关标准,掌握牵引变电所电压波动、功率因数、不平衡度和谐波畸变率等电能质量特征量的实际情况,为后续电能质量问题的治理提供理论依据和数据支撑。针对本文所提的3rdP-RPSS方案,首先从系统结构、工作原理和参数设计等方面进行了分析,然后与现有技术方案进行对比。3rdP-RPSS作为一种同相供电系统方案,与传统电气化铁路供电方式相比,在解决电能质量问题、消除电分相、提高供电能力和有效利用再生制动能量等方面具有显著优势。与现有同相供电系统方案的比较结果表明,现有方案次边两相的补偿需求以有功功率为主,需以较高比例的有源补偿装置确保较高水平的有功功率流通。相比之下,所提出的3rdP-RPSS次边两相的补偿需求以无功功率为主,因此可结合造价低廉的无源补偿装置大幅降低装置成本。最后,对本文所提方案及两种现有同相供电系统方案的运行状况进行了基于实测数据的仿真对比,并在实验室条件下搭建了3rdP-RPSS的实验模型,验证所提系统方案的实用性。3rdP-RPSS的运行控制主要包括参考电流检测和电流跟踪控制两个环节。针对牵引变电所在实际运行中可能出现的三相电压不对称的情况,提出了不对称电压下的参考电流检测算法。首先分析了负序电压对3rdP-RPSS补偿性能的影响。然后通过定义牵引供电系统统一电压矢量,实现对牵引网正负序电压的提取。最后结合牵引供电系统的瞬时功率表达,得出补偿电流参考指令检测算法。经验证,所提出检测算法对其它三相-两相牵引变压器具有普适性。3rdP-RPSS的电流控制充分发挥模型预测控制的优势,结合补偿装置中大容量级联-多重化结构特点,形成了变流器控制的电压外环和电流内环。电流内环通过将模型预测中的成本函数直接赋零直接取全局最优解,从而取消寻优环节,减少寻优耗时。电压外环采用1个PI环在级联侧统一控制直流侧电压,并引入电容优化排序算法保持直流电压的均衡。仿真对比结果表明,相比于基于传统电压排序的模型预测和准比例谐振控制,所提控制策略在保证良好稳态补偿效果的同时,还具有控制难度低和动态性能好等优点。对3rdP-RPSS容量规划问题的研究,旨在降低补偿系统装置容量和成本。研究从系统容量配置和优化两个方面展开。在容量配置方面,首先根据牵引变电所实测统计数据,确定出变压器次边端口所需补偿的最大功率。在此基础上,提出了一种基于成本最小化的补偿容量配置模型,实现了在满足补偿负荷需求的前提下,补偿装置容量成本的最小化。为了进一步压缩补偿容量,提出了一种基于电流对称分解的容量优化策略。该策略通过对负荷电流进行对称分解,实现了对无功和负序电流的部分补偿,从而降低了补偿装置的运行电流和设计容量。该策略能够根据负荷灵活方便地计算补偿电流,从而达到预设的电能质量指标。此外,该策略还可推广到其它三相-两相牵引变压器,具有较高的实用价值。最后通过仿真和实验验证了所提策略的部分补偿效果,结果表明该策略能够准确迅速地输出部分补偿电流,达到指定的电能质量指标。

关键词： VR技术   教学设计   中职   变压器   虚拟教学  

摘要： 职业教育作为教育体系结构的重要组成部分,信息化教育与职业技术教育的有效应用与融合也受到了社会各界的重视,为中职教育的发展提供了一个崭新的平台。由于课本和课程体系改变,教师的教学方式也要随之改变,变压器是中职学校电工类专业学生课程学习的重要内容,具有较高的理论性和实践性。实训作为必不可少教学环节之—,由于学校资金匮乏、实训所用设备昂贵等原因,大部分职业院校难以提供大量先进的设备和场地供学生使用练习,教学质量往往无法得到保障。将VR技术融入到教学中,利用现代化手段进行教学改革和创新可有效解决中职变压器教学中存在的教学方式单一、教学设施短缺、理论与实践脱节、实训课题设置不合理等问题。本研究将VR技术引入中职变压器教学,旨在利用VR技术想象性、交互性和沉浸性的特点解决当前中职变压器教学课堂中存在的问题,弥补传统教育的不足,为教学活动提供丰富的创造力,提高教学效果。本研究首先梳理并分析了国内外虚拟现实技术在教育教学的现状,对相关概念和相关技术进行分析界定,以“建构主义理论”、“具身认知理论”、“情境认知理论”以及“有效教学理论”等作为理论基础展开研究,通过问卷调查了解中职变压器教学发展情况,总结出中职变压器教学存在的问题,对VR技术在中职变压器教学适用性分析。其次,依据《电机变压器》课程特点和中职学生心理发展特征,选取相关教学内容进行教学设计,利用Unity3D以及相关设备,创设变压器虚拟学习场景,在此基础上,完成VR技术下中职变压器教学实践研究,最后通过学生学习过程、学习成绩以及调查问卷多种方式验证VR技术下教学实践效果。实践证明,相对于传统的教学方式,基于VR技术的中职变压器教学实践取得了较好的效果,VR技术将知识型学习变成体验型学习,VR技术突破了传统教育形象的极限,VR技术的具象化表达降低了学生学习和掌握知识的难度,激发学生的学习兴趣和动力。本研究的研究成果为中职院校教学方式改革和技能型人才培养提供一些参考。