研究生课程案例教学及案例库建设探讨——以河北工业大学电器可靠性工程课程为例

电器可靠性工程是河北工业大学国家“双一流”建设学科中工程实践性很强的特色研究生课程。它是电机与电器学科中具有核心地位的研究生专业课程,同时也是使理论和工程实践相结合的一道桥梁。基于课程性质,引入案例教学,既水到渠成,又意义显著。依据该课程特色,构建了电器可靠性工程课程案例库,并以控制用电磁继电器的可靠性提升工程为例,介绍了案例教学在研究生培养过程中的应用实践等相关情况。

“电气工程导论”课程思政教学与实践

“电气工程导论”课程是面向本科新生开设的一门必修课,旨在引导学生走进电气工程专业领域的大门,了解相关学科领域国内外前沿和未来发展趋势。在教学过程中,将典型工程案例融入课程体系中,帮助学生形成专业课程体系的“专业知识树”,培养工程认知与科学素养;以立德树人为育人根本,从课程为单元到课程体系思政育人全覆盖,开展教学改革与实践,培养德智体美劳全面发展的“电气工程+”新工科人才,支撑“一流本科专业”和“双一流学科”建设。

短时高热对共混聚丙烯电缆绝缘微观结构及电气性能的影响

在“双碳”背景的推动下,聚丙烯(polypropylene,PP)/弹性体共混物(以下简称“共混PP”)被视作极具应用潜力的可回收型电缆主绝缘材料。以共混PP电缆绝缘层切片作为研究对象,模拟电缆故障时绝缘层的短时高热现象,研究短时高热对共混PP绝缘微观结构与电气性能的影响。首先,从电缆绝缘层提取试样并对其进行短时高热处理;其次,对比短时高热处理前后绝缘试样的理化性能和电气性能;最后,讨论短时高热处理过程中共混PP电缆绝缘内部微观结构变化,并分析绝缘微观结构的变化对其电气性能的影响机理。研究结果表明:电缆绝缘在经历短时高热处理后,绝缘相连续性变差,弹性体相面积减小,两相间的界面增多;试样内部分子链断裂,结晶度下降2.42%;工频下,试样介电常数上升0.04,介质损耗上升0.00104;试样内部深陷阱数量增多,击穿电场强度下降1.4%。

新时代大学生思想政治教育质量影响因素研究

习近平总书记强调思想政治工作是学校各项工作的生命线。提升思想政治教育质量是做好思想政治工作的根本任务,本文采用问卷调查法,对影响新时代大学生思想政治教育质量的因素进行了分析,并基于SPSS统计方法考察不同因素对新时代大学生思想政治教育质量的影响程度。实证结果表明:影响新时代大学生思想政治教育质量的因素依次是思政教育者、思政教育载体、思政教育环境和思政教育对象,在此基础上提出提升新时代大学生思想政治教育质量的对策建议。

“万众创新”背景下的大学生竞赛培训实践总结——全国大学生生物医学工程创新设计竞赛组织和培训工作纪实

大众创业、万众创新"口号提出以来,在校大学生参与各种竞赛比例大幅提高,教学单位的竞赛培训任务日益加重。本文以全国大学生生物医学工程创新设计竞赛为例,总结了该单位近年来在竞赛培训中发现的问题与应对手段。

基于PLC的播种机械电气自动化技术分析

为了进一步减少农业人力成本,可以利用PLC技术提升农业播种的效率与质量。基于此,通过对PLC技术的运行优势以及传统播种技术的弊端进行概述,阐述出基于PLC技术的播种机械电气自动化技术优势以及系统设计,通过PLC技术将电气自动化与计算机技术和播种深度融合,分析了播种机械的核心组成以及是否存在增量误差。分析结果表明,播种装置研发的多功能性以及与电气自动化融合形成自动化智能播种将会成为未来的发展方向,应加强PLC技术的研发应用,提升我国播种机械的自主程度,真正为农业现代化的智能化、高效化做出贡献。

工程概论与技术创新课程在新工科通识教育中的作用探索与实践

围绕新工科专业的工程思维和推理、工程伦理等核心工程通识能力,并结合河北工业大学“工学并举”的办学特色,对工程概论与技术创新课程在新工科通识教育中的作用进行探索研究,并在全校工科专业进行教学实践。三年的教学实践效果表明,课程对于引导学生树立大工程、复杂工程的观念,培养学生在工程可靠性、工程标准化与技术创新等方面的基本工程素养,树立职业伦理责任和规范等方面取得显著效果,达成新工科工程通识教育的目标。同时,该探索也为新工科通识教育体系的完善提供借鉴和参考。

多簧片结构的磁保持继电器多物理场刚柔耦合仿真模型建立和实验分析

多簧片结构的磁保持继电器衔铁转动引起的触点碰撞、弹跳现象使运动过程复杂,静、动态特性理论分析和仿真模型建立困难。以某型号多簧片结构的磁保持继电器为研究对象,理论分析结构拓扑及工作机理,考虑触点间切入深度,引入狄拉克函数和赫维赛德函数,解决簧片受力分散及触点由于碰撞、弹跳引起的作用力不连续问题;将簧片等效为悬臂梁,基于欧拉-伯努利梁理论建立触簧系统三簧片分段耦合动力学模型。利用Ansys Maxwell引入基于误差的自适应网格划分方法求解电磁机构静态特性;考虑触簧系统簧片运动变形效应,通过ADAMS基于模态理论,构建刚柔耦合动力学仿真模型。基于分段动力学思想,搭建电-磁-机械运动多物理场刚柔耦合仿真模型。利用高速摄像机、电流探头等设计磁保持继电器实验方案,搭建实验平台,测试并分析磁保持继电器触点吸合运动时间、触点压力、弹跳时间、线圈电流,并分析人工装配簧片引起触点压力不同使继电器动作过程存在的不一致性问题,验证该文所提多簧片结构的磁保持继电器特性分段耦合分析方法和多物理场刚柔耦合仿真模型的有效性。

考虑储能SOC自恢复的风电波动平抑混合储能容量配置策略

针对混合储能系统(HESS)平抑风电功率波动过程中HESS有功功率参考误差大、储能荷电状态(SOC)控制困难造成储能配置成本过高的问题,提出考虑SOC自恢复的混合储能系统容量优化配置策略。首先,考虑单一风电平抑滤波算法平滑性与跟踪性不能兼顾的问题,提出限幅与滑动平均加权滤波算法,动态调整算法权重和限幅参数,降低并网功率滞后时间,提升HESS有功功率参考准确性;然后,引入HESS累积放电量为分解对象,研究基于频率划分的HESS有功功率分配方法,避免功率参考二次修正、实现储能SOC自恢复控制;最后,以储能配置成本最低为目标,建立HESS全生命周期优化配置模型。基于风电场实测数据设计仿真验证方案,结果表明,该文策略可提高储能风电波动补偿裕度,降低储能配置成本。

基于虚拟领导节点改进的孤岛微电网完全分布式二次调频策略

传统分布式二次调频策略在虚拟领导节点频率信息出现故障时会导致微电网系统频率无法恢复,针对该问题提出并设计一种完全分布式二次调频策略。首先分析传统分布式二次调频策略虚拟领导节点故障对二次调频过程产生的影响;然后,结合一致性算法对传统分布式二次调频控制器加以改进,通过将调频补偿量与频率偏差的对消作为“频率引导项”加入各分布式控制器中,使得各分布式发电单元完全对等,以保证虚拟领导节点去除后频率的正常恢复,实现完全分布式控制;最后,通过仿真验证所提方法在保证频率恢复方面的有效性与优越性。

基于VMD-改进最优加权法的短期负荷变权组合预测策略

为提升短期电力负荷预测精度,提出了一种变权组合预测策略。首先,为了降低负荷数据的不平稳度,使用变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)将负荷数据分解成了高频、低频、残差3种特征模态分量。其次,充分计及负荷数据的时序特点,参考指数加权法原理设计自适应误差重要性量化函数,并结合组合模型在时间窗口内的历史负荷数据的均方预测误差设计改进最优加权法的目标函数和约束条件,以完成子模型的准确变权。最后,针对波动较强的高频分量选定极端梯度提升(XGBoost)和卷积神经网络-长短期记忆(CNN-LSTM)模型并使用改进最优加权法进行组合预测、低频分量使用多元线性回归(MLR)模型预测、残差分量使用LSTM模型预测,叠加各模态分量的预测结果,实现了短期负荷数据的准确预测。实验结果表明,使用策略组合模型的平均绝对百分比误差为4.18%。与使用传统组合策略的组合模型相比,平均绝对百分比预测误差平均降低了0.87%。

具有时变增益的分布式有限时间二次调频策略

微电网中分布式电源的增加以及敏感负荷的投入,导致仅靠具有渐进收敛特性的传统分布式二次调频策略难以保证系统的动态性能,而常用的有限时间调频策略的收敛上界在不同程度上受到系统初始状态、系统参数等因素的制约。针对这一问题,基于分布式控制原理提出并设计了一种具有时变增益的分布式有限时间调频策略。首先,介绍了传统分布式二次调频策略的工作机理,并利用李雅普诺夫稳定性理论分析了常用有限时间调频策略的局限性。然后,在传统分布式调频策略的基础上,根据其渐进收敛特性将其常数增益改进为具有周期加速收敛特性的时变函数,提出并设计了一种以时变函数为增益的分布式有限时间调频策略,解决了收敛时间受系统初始状态、系统参数制约的问题。最后,通过理论及仿真验证了所提方法在加速频率收敛、提高系统灵活性方面的有效性及优越性。

基于CWT-RES34的风电机组叶片裂纹状态评估

为有效进行风电机组叶片运行时的裂纹状态评估,提出一种基于连续小波变换(Continue Wavelet Transform,CWT)和残差神经网络(Residual Networks,ResNet)结合的叶片裂纹状态评估方法。首先对叶片加速度振动信号做CWT后生成二维彩色时频图像,然后将图像分别作为训练集和测试集,使用34层ResNet进行训练和诊断,最后选取天津某风电场提供的1.5 MW风力发电机作为研究对象,根据其样本数据将叶片故障程度按照裂纹长度和宽度分为健康、轻微、中等、严重、危险5种状态,评估平均准确率高达98.23%,方法的有效性和可行性得到验证。

基于SSO多扰动输入机理分析的DFIG-GSC功率振荡抑制策略研究

电网次同步振荡(SSO)已成为桎梏新能源发展的主要问题之一,针对SSO下双馈感应发电机(DFIG)中网侧变流器(GSC)的功率振荡问题展开研究。首先,建立SSO对GSC的多扰动输入数学模型,探究不同扰动输入的性质以及其对GSC系统的影响,明确了针对物理量扰动以及信号扰动分别采用补偿与滤除两种不同的抑制方法。其次,针对锁相环(PLL)输出误差经过坐标变换产生耦合振荡的问题,建立PLL输出误差角度的频域数学模型,并通过设计一种改进PLL消除其输出误差对GSC的信号扰动影响。同时,设计一种准谐振控制器的自适应算法,并提出基于自适应准谐振控制器的DFIG-GSC功率振荡抑制策略,消除SSO对GSC的物理扰动影响;最后,通过搭建具有SSO模拟环境的DFIG实验平台,验证本文所提控制策略的有效性。

固态断路器多IGBT串联混合均压电路设计

固态断路器需多IGBT串联切断短路故障电流,针对多IGBT存在电压分配不均、局部电压过高、损耗大等问题,提出一种混合式均压控制电路拓扑结构。分析固态断路器多IGBT均压影响因素,研究均压拓扑性能。优化缓冲电路结构,改进充放电型缓冲电路,减小损耗;引入双阈值钳位控制电路,改善IGBT过电压;提出被动均压与辅助反馈主动均压结合的混合均压控制策略,加快响应速度,实现均压动态自适应调节。制作样机,进行固态断路器设计拓扑和控制的仿真及实验验证,结果表明:混合式均压控制电路可减小IGBT电路超调量,具备更强的抑制过电压能力,提升响应速度。

学科基础课程提升新工科人才学习质量路径探索

提高大学生学习质量是推进新工科人才培养建设的重点问题。依托河北工业大学电气工程专业国家“双一流”建设学科平台,依据新工科人才培养目标,通过学科基础课程线上线下混合式教学,对刚刚进入专业领域学习的学生,多路径引导他们自主学习、深度参与学习,可获得有意义的学习体验、有效提升学习质量,为面向未来布局的新工科人才培养建设助力,满足社会对新工科人才培养质量更高的要求。

一种三相线电压级联单位功率因数整流器负载不均衡特性分析及电压均衡控制策略

该文对一种由三个三相单开关整流器线电压级联构成的三相单位功率因数整流器的负载不均衡特性和输出电压均衡控制策略进行分析和研究,首先详细阐述此类整流器在三个直流侧负载不均衡时,交流输入端电流能自动保持均衡的独特特性及相应工作机理;然后研究系统整体分层控制策略。在传统的基于电压外环PI控制、电流内环PR控制的上层控制基础上,针对各整流模块参数不一致及负载功率不一致引起的各模块输出电压不均衡问题,通过加入偏差因子调制波补偿的底层控制,实现了对每个模块输出功率的独立调节,进而实现了各整流模块输出电压的均衡控制。仿真和实验结果验证了所研究拓扑结构的优越性和控制策略的可行性。

聚磁式交替极永磁游标电机分析与设计

为了在减少传统聚磁永磁游标电机永磁体用量时,仍能保持较大的转矩密度,提出一种新型聚磁式交替极永磁游标电机。与传统聚磁式永磁游标电机相比,新型拓扑结构电机通过交替极转子设计在减少永磁体用量时仍能保持较好的转矩输出特性。该文首先介绍了聚磁式交替极游标永磁电机的结构特点及工作原理。其次,以输出转矩最大为目标,利用有限元法对所提新结构电机关键参数进行优化分析。最后对比分析了新型聚磁式交替极永磁游标电机与传统聚磁式永磁游标电机的电磁性能,包括气隙磁密、反电势及转矩性能,结果表明在相同的体积下,所提新拓扑电机具有更高的转矩密度及更少的永磁体用量。因此,它在低速大转矩直驱应用场合具有广阔的应用前景。

特约主编寄语

我国正在加快建设新型电力系统、大力发展新能源汽车、推动“光储直柔”技术应用等,为低压直流电器的可持续快速发展提供了重大机遇,国家已部署多个重点研发计划项目围绕低压直流系统故障检测与高效分断关键技术及新产品研发开展全链条攻关。

一种采用记忆神经网络和曲线形状修正的负荷预测方法

针对分布式电源和新型负荷容量累积造成负荷影响因素多元化和不确定性特性增强的问题,文中提出一种采用记忆神经网络和曲线形状修正的负荷预测方法。在负荷峰值预测中,采用最大信息系数计算负荷峰值与影响因素的非线性相关性,实现对输入特征的筛选;综合考虑负荷峰值序列的长短期自相关性和输入特征与负荷峰值的不同程度相关性,结合Attention机制和双向长短时记忆(bidirectional long short-term memory,BiLSTM)神经网络建立负荷峰值预测模型。在负荷标幺曲线预测中,通过误差倒数法组合相似日和相邻日,建立负荷标幺曲线预测模型;针对预测偏差的非平稳特征,利用自适应噪声的完全集成经验模态分解和BiLSTM网络建立误差预测模型,对曲线形状进行修正。应用中国北方某城市的区域电网负荷数据为算例,验证了所提模型的有效性。