基于产学协同与研创融合的电气类专业工程教育改革与实践

传统电气工程教育模式因产学研创体制不完善,导致大学生科研成果转化及创新创业能力不足,人才培养与产业需求脱节,无法培养出协同发展的领军型人才。本文构建了以培养电气领军人才为目标的产学研创一体化体系,通过产学协同和研创融合,改革并实践电气工程教育,有效解决了工程实践能力、创新创业教育和国际化人才培养的不足,具有重要的理论和实际意义。

电力变压器油纸绝缘含水量定量评估的时域介电特征量

水分是影响变压器油纸绝缘性能的一个重要因素。为了评估变压器主绝缘中的含水量,从而对变压器的绝缘状态及剩余寿命进行可靠预测,本文利用时域介电响应技术的极化/去极化电流法(Polarization and Depolarization Current,PDC)对变压器油纸绝缘含水量进行了深入研究。首先,在实验室内制备了不同含水量的油浸渍绝缘纸板样品,然后,利用Matlab程序仿真了样品的实测PDC图谱并获取了扩展Debye模型参数。最后,提出了两个能够量化油浸渍绝缘纸板油纸绝缘含水量的新特征量——极化电量斜率Kp与稳定极化电量Qp-5000。分析结果表明:特征量Kp与Qp-5000对纸板样品的含水量变化非常敏感。该特征量与纸板含水量存在指数函数关系。因此,Kp和Qp-5000可以用于变压器油纸绝缘含水量的定量评估。

扩展Debye模型大时间常数与变压器油纸绝缘老化的定量关系研究

目前,应用极化/去极化电流(PDC)法量化变压器油纸绝缘系统老化状态需深入研究,为了推动该研究工作,通过一系列加速热老化试验以及吸潮试验制备了不同老化状态和水分含量的油纸绝缘样品,测量了样品的PDC图谱;借助扩展Debye电路模型拟合了PDC图谱并获取了模型参数,在深入研究老化对Debye模型参数的影响规律后提出了时域介电特征量扩展Debye模型大时间常数来量化绝缘纸板老化状态。研究结果表明,扩展Debye模型大时间常数与绝缘纸板的聚合度存在较好的指数关系,但与样品的绝缘尺寸无关。

变压器油纸绝缘受潮状态对频域介电谱的影响特性分析

阐述对多种不同受潮程度的变压器油浸绝缘纸样本进行频域介电谱测试,探讨受潮程度对变压器绝缘纸频域介电谱特性的影响规律,分析变压器绝缘纸受潮状态评估的特征参量,为评估提供依据。

一种新型交错并联双向DC/DC变换器

提出一种新型交错并联双向DC/DC变换器,该变换器具有输入电流与输出电流纹波小、开关器件电压应力低、输入输出电压变换比大、各相电感电流自动均流的优点。因此,该新型的交错并联双向DC/DC变换器非常适合应用于一些大变换比的场合(如新能源并网系统及储能系统等)。详细分析该新型交错并联双向DC/DC变换器采用交错控制策略下的工作原理,推导出该新型的交错并联双向DC/DC变换器工作于两种模式下(即Boost模式和Buck模式)的输入输出电压变换比及电感电流纹波表达式,绘制出其主要工作波形。最后,通过一个35 W的原理样机验证理论分析的正确性。

电力变压器油纸绝缘状态评估的频域介电特征参量研究

变压器油纸绝缘的水分与老化状态将直接影响到变压器的电气性能和运行寿命。为了研究水分含量和老化对油纸绝缘频域介电特性的影响规律,从而更准确地评估变压器油纸绝缘的含水量与老化状态,在实验室内制备了不同水分含量与不同老化状态的油纸绝缘样品并测试了其复电容(C*)频域谱,提出了一种利用复电容虚部(C″)评估油纸绝缘含水量与老化状态的新方法并提取了评估纸板水分含量与老化状态的频域介电特征量,初步建立了纸板水分含量及聚合度分别与频域介电特征量的量化关系。最后,通过引入"FDS曲线频率平移"方法消除温度对老化油纸绝缘样品C*频域谱的影响。结果表明:提取的频域介电特征量对纸板含水量以及老化状态变化比较敏感;通过"FDS曲线频率平移"方法得到的C*主曲线可以消除温度对C*频域谱的影响。

变压器油纸绝缘含水量定量评估的频域介电特征参量研究

水分是影响电力变压器油纸绝缘性能的一个重要因素。为了更好地将频域介电谱法(Frequency Domain Spectroscopy,FDS)应用于变压器油纸绝缘含水量的无损定量评估,从而对变压器的绝缘状态及剩余寿命进行可靠预测,本文在实验室内制备了不同水分含量的油纸绝缘样品,并在30℃及50℃下对样品进行频域介电谱测试;为了在有限的测量频段内尽可能获得复相对介电常数(?*r)所携带的绝缘信息,本文在深入研究水分及温度对油纸绝缘?*r影响规律的基础上,提出在特征频段内采用复相对介电常数的实部积分(SRP)和虚部积分(SIP)作为绝缘纸板水分含量评估的特征参量,并给出了特征参量与绝缘纸板水分含量的拟合关系。最后,引入了'FDS曲线频率平移法'以消除温度对油纸绝缘频域介电特性的影响。结果表明:SRP在10?3~10?1Hz的特征频段内随绝缘纸板水分含量的增加而显著增大;而SIP在10?1~101Hz特征频段内也存在类似规律,通过'FDS曲线频率平移法'绘制的?*r主曲线可以消除温度对油纸绝缘频域介电特性的影响,从而提高绝缘纸板水分评估结果的可靠性。

输入串联输出串联高增益Boost变换器

提出一种新颖的输入串联输出串联高增益Boost变换器,对其工作原理和性能特点进行详细分析。该拓扑是由两个完全一致的高增益子拓扑经过输入端串联输出端串联构成的。由于升压储能电容Cf1、Cf2的存在,使得新拓扑不仅具有较高的电压增益,而且当占空比大于或等于0.5时,还实现了电感电流的自动均流。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑的双串联结构使得电感电流纹波、输入电流纹波、开关器件的电压应力得到降低。因此,新拓扑非常适合应用于低压输入、高压输出的场合(如燃料电池并网发电系统)。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

变压器油纸绝缘老化与水分含量评估频域介电特征量

为区分水分以及老化状态对油纸绝缘频域介电响应的影响,更好地推动频域介电谱技术（FDS）应用于现场电力变压器绝缘状态的无损评估,首先在实验室制备了不同含水量、不同热老化状态的油纸绝缘样品,然后在深入分析老化和水分对频域介电响应影响规律的基础上,提出一种利用介质损耗因数tanδ区分油纸绝缘水分和老化状态对频域介电响应影响的方法,并提取了能够量化绝缘纸水分含量及聚合度的频域介电特征量。研究结果表明：提取的油纸绝缘样品的频域介电特征量在10-1~10Hz的频域范围内对水分反映灵敏,而老化仅仅在10-3~10-1Hz的测试频段内对该特征量的影响较大,该特征量在两频段范围内的最大值分别与绝缘纸水分含量、聚合度均存在拟合优度较高的指数函数关系。提取的特征量可进一步应用于变压器油纸绝缘状态的无损评估。

带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器

提出了一种新颖的带开关电容网络的交错并联高增益Boost变换器,对其工作原理和特性进行了详细分析。变换器的拓扑在传统两相交错并联Boost变换器的基础上增加了一个二极管和两个电容,并进行改进,构成了开关电容网络。与传统两相交错并联Boost变换器相比,新拓扑不仅输入电流纹波减小,而且在相同的占空比下实现了更高的电压增益,开关器件的电压应力得以减小。因此,新拓扑非常适合应用于低压输入、高压输出的场合,如燃料电池、光伏发电等系统。最后,通过实验验证了理论分析的正确性。

新型双输入Boost变换器

针对传统的多输入变换器(MIC)具有电路结构复杂、电压增益低或开关器件电压应力高的问题,提出了一种新型双输入Boost变换器拓扑结构,该拓扑由2个完全一致的基本Boost变换器子拓扑构成,每个基本Boost变换器的功率开关管分别并联一个功率二极管,在单输入状态时一个始终导通,另一个始终关断;在双输入状态时,2个功率二极管全部关断。分析了2种输入状态下的工作原理及各个阶段的工作模态,结果表明该变换器适合工作在双输入状态,且在此状态时可以实现2种不同性质的电源输入,具有电压增益高、开关器件电压应力低等优点。研制了一台输出功率为240 W的双输入Boost变换器原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性。

油纸绝缘频域介电谱的修正Cole-Cole模型特征参量提取及水分含量评估方法

为了应用频域介电谱技术实现变压器油纸绝缘水分含量的定量评估,在实验室中制备了不同水分含量的油纸绝缘样品,分析了水分含量对样品介电特性的影响规律,同时引入修正Cole-Cole模型提取了油纸绝缘频域介电特征参量,研究了水分含量对这些特征参量的影响规律。结果表明,水分含量的变化会对油浸绝缘纸板样品的频域介电特性产生较大影响,采用修正Cole-Cole模型提取的频域介电特征参量中,?弛豫时间常数??及直流电导率?dc会随着油浸绝缘纸板水分含量的增加分别明显变小和增大;对参量水分含量m.c.的初步拟合显示,??和?dc与m.c之间分别呈现指数和线性关系,可考虑作为定量评估油纸绝缘水分含量的特征参量。

现场变压器油纸绝缘时频域介电特征量提取及状态评估

油浸式变压器的绝缘状态决定了变压器的运行寿命。为将时频域介电响应技术应用于变压器油纸绝缘状态的无损评估,对一台停运的500kV变压器进行了极化/去极化电流(PDC)与频域介电谱(FDS)测量。通过时域介电谱融合理论及FDS技术提取了反映变压器油纸绝缘状态变化的时域介电特征量与频域介电特征量,并分析了其变化规律。研究结果表明,时频域介电特征量对变压器油纸绝缘的老化情况较为敏感,可定性评估变压器的绝缘状况。

非线性电导聚合物材料研究进展

空间复杂辐射环境料可以保证正常情况(弱带电时)下的高绝缘性能,又能在高场强下以暂态高电导释放介质内部危险电下,高能带电粒子引起的航天器介质深层充放电效应是导致航天器故障的主要因素之一。研究表明,具有非线性I-U特性的复合材料可有效抑制航天器介质深层充放电。为此分析了非线性电导复合材料用于抑制航天器介质深层充放电的可行性,并从导电机理、改性方法、应用现状等方面阐述研究进展,并对非线性电导航天器介质的发展方向进行展望。分析结果表明:复合材料的非线性电导受多种电荷输运机制影响,非线性电导复合材料的制备工艺逐渐完善,并实现了从简单材料制备向仿真计算、空间环境地面模拟试验的突破。下一步的研究重点在于空间环境下的导电机理,材料制备和仿真计算、试验的协同性,仿真模型和多源模拟试验条件的优化。

一种改进型两相交错并联Boost变换器

提出一种改进型两相交错并联Boost变换器。与传统的两相交错并联Boost变换器相比,该电路比传统的两相交错并联Boost变换器多了一个开关电容,保持了传统两相交错并联Boost变换器结构简单的优点。由于开关电容的存在,改进型拓扑不仅提高了电压增益,同时还降低了开关器件的电压应力,有利于电路选择低耐压、高性能的开关器件,从而降低电路的损耗。开关电容的充放电平衡,使得电路工作在占空比0.5≤D<1时无需采取任何均流措施就可以自动均衡各相的电感电流。分析占空比0<D<0.5与0.5≤D<1两种工作状态下的工作原理,研制了一台输出功率为72 W的小功率改进型两相交错并联Boost变换器原理样机,通过实验验证了理论分析的正确性和可行性。

耐电晕聚酰亚胺薄膜研究进展

聚酰亚胺因其耐电晕性能不足严重缩短了复杂工况下的使用寿命,纳米改性技术的应用为耐电晕聚酰亚胺薄膜的研发提供了新的发展方向。该文首先从耐电晕机理出发,综述了电晕下聚酰亚胺的老化进程;然后从材料的介电特性、电导特性、陷阱特性、界面效应及热导率等性能参数分析了提升复合聚酰亚胺耐电晕性能的策略;最后针对当前耐电晕聚酰亚胺薄膜研究存在的问题进行了总结,并对未来发展方向做出了展望,以期实现具有优异耐电晕性能聚酰亚胺薄膜的研发。

基本非隔离输入串联输出串联组合直流变换器的控制策略

分析了基本非隔离输入串联输出串联组合直流变换器输入均压与输出均压之间的关系,研究了一种实现输入均压与输出均压的双环交错控制策略。在保证变换器实现输入均压和输出均压的同时,可以实现输入均压控制与输出电压控制调节相解耦,有利于分别独立设计各个控制器。交错控制技术的引入,使得输出电压纹波得到了减小。最后,通过仿真研究,验证了该控制策略的有效性。

温度改变方式对应用频域介电谱法评估油纸绝缘状态的影响

为研究温度改变方式对建立评估变压器油纸绝缘状态数据库的影响,以更好地应用频域介电谱法(FDS)评估变压器油纸绝缘状态,采用三电极测试系统分别在降温与升温实验中测试不同温度下油纸绝缘的频域介电谱;在分析不同测试温度及不同温度改变方式下油纸绝缘频域介电谱特性的基础上,引入应用频域介电谱法评估变压器油纸绝缘水分含量及油浸绝缘纸电导率的量化关系式,定量研究了测试温度及温度改变方式对变压器油纸绝缘状态评估的影响。结果表明:测试温度及温度改变方式对油纸绝缘频域介电谱特性影响较大;在同一测试温度下,温度改变方式主要影响油纸绝缘频域介电谱的低频段;在应用频域介电谱法建立评估变压器油纸绝缘状态数据库时,必须选择恰当且一致的测试温度及合适的温度改变方式,否则将导致评估数据库失效;研究成果也可为实验室进行变温实验时选择正确的温度改变方式提供参考。

油纸绝缘水分平衡样品的制备及水分评估频域特征量提取

为了推动介质响应技术应用于现场电力变压器油纸绝缘状态评估,需要在实验室可靠地建立不同水分含量且水分平衡的油纸绝缘介质响应数据库。本文提出了一种不同水分含量油纸绝缘水分平衡样品的制备方法,深入分析了油纸水分迁移过程中与平衡后的频域介质响应,然后从中提取了反映纸板水分含量的频域特征参量,并初步给出了油纸绝缘水分平衡后的纸板水分含量与特征参量之间的量化关系,最后通过Karl Fischer滴定法验证了制备方法的可靠性。结果表明：随着绝缘纸板水分含量的增加,复电容的实部C′在10^-3-100 Hz范围内明显增大,介质损耗tan？曲线与复电容虚部C″曲线均向高频方向移动;介质损耗因数tanδ、复电容实部C′、虚部C″在特征频率处（f=10^-3Hz、10^-2Hz、10^-1Hz、100Hz）均与绝缘纸板的水分含量存在明显的函数关系;本文所提出的方法可以较准确地制备出不同水分含量且达到水分平衡的油纸绝缘样品。

一种油浸式电力变压器纸绝缘老化评估新特征量

针对油中糠醛含量随变压器运行时间变化的分散性较大,难以准确评估油浸式变压器纸绝缘老化状态的不足,对甲醇、乙醇等低分子醇作为变压器纸绝缘老化评估新特征量进行了理论分析与实验研究。对绝缘纸的老化机理以及化学键断裂进行分析,从理论上探究甲醇、乙醇等低分子醇的产生原理及主要生成途径。采用气相色谱-质谱联用法对现场2台老旧变压器绝缘油样品中的甲醇、乙醇及糠醛含量进行了测定。实验结果表明,2组样品中均未检测到糠醛,但却检测到数量可观的乙醇。进一步地,对现场2台刚投运变压器的检测结果对比分析,分析结果揭示了乙醇可以作为一种有效表征变压器绝缘纸老化的新特征量,且比糠醛特征量相比更为有效。