面向电气工程实际的多物理场数值仿真开放实验教学

在电气工程专业本科生电磁场实验教学中,开展面向电气工程实际的多物理场数值仿真开放实验教学,对培养学生的工程观念、综合应用多学科专业知识解决实际电气工程问题的能力具有重要的意义。以电力系统中广泛应用的电力设备——干式空心电抗器为研究对象,阐述了开设干式空心电抗器电、磁、热以及力场等多物理场数值仿真开放实验的目的、内容及实施过程。这些开放实验取得了良好的教学效果。

西北有高楼,奋翅起高飞——记西安交通大学

西安交通大学,位于十三朝古都长安。忆起第一次踏入脚下这片土地时,内心安然里带着一丝激动。西交大,一直是我梦想中的模样,巍然而立,岁月静好。这是心之所向的地方,愿为之素履以往。早知西交大是国家“七五”“八五”首批重点建设高校,是国家“双一流”建设高校、“985工程”“211工程”首批重点建设的大学之一。初见她时,阳光透过梧桐树叶在她古老的面容下留下斑驳的剪影,耳边回荡着三三两两结伴而行的学生经过我身侧留下的热烈讨论声。在校园里抱着一本书,闭上眼静立,耳边拂过的清风,身边人经过的嬉笑,感受在历史中积淀下的古朴静谧。没有太多点缀,无需语言渲染,就能真切地感受到这就是百年西交大。

西安交通大学高压电力系统及电器设备科研近况

西安交通大学在不断深入学习八届八中全会文件的基础上掀起了教学、科研、生产劳动全面的跃进和思想工作双丰收的1960年元旦献礼运动。在这次献礼运动中有关高压电力系统及高压电器设备的各专业教研组鼓足干劲。

电气工程专业数字电路与微处理器合并课程教学探索及国外教材研究

“数字电子技术”与“微处理器”类课程的教学内容发展和更新换代快,同时在学时压缩和双一流建设的背景下,逐步有高校对这些课程进行整合。探索和建立整合课程的教学内容及教学方法十分重要。本文研究了国外同类课程教材并对教材内容进行分类,论述了国内“微处理器”类课程教学存在的问题,简单介绍我院整合课程以实验为核心的教学及教材建设,总结了国外一部经典教材的特色内容。希望这些对国内类似课程的教学有一定的指导作用。

基于电气转矩法的VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性评估

文章采用电气转矩法分析了VSC-HVDC系统的直流电压振荡稳定性。首先,基于电压源型换流器的平均值模型,分别研究了基于功率控制的换流器及基于电压控制的换流器的动态响应特征以得到适用于电气转矩法的并网换流器模型。基于提出的评估模型,建立了双端VSC-HVDC系统的Phillips-Heffron模型并推导出系统的阻尼系数和同步系数。经典电气转矩法指出:电力系统稳定性与系统阻尼系数高度相关。因此,基于电气转矩法推导出的稳定条件揭示了系统直流电压振荡失稳机理,量化了直流网络动态及换流器控制动态对直流电压振荡稳定性的影响。当由基于电压控制的换流器及直流网络提供的正阻尼无法抵消由基于功率控制的换流器产生的负阻尼时,系统直流电压振荡稳定性将无法得到保证。此外,合理设置电压控制器的比例增益能够使系统获得足够的稳定裕度。最后,通过仿真验证了电气转矩法在分析VSC-HVDC系统直流电压振荡稳定性问题时的可行性及所得稳定条件的正确性。

关于我国电气工程专业学位认证的国际化

本文主要介绍了我国大学电气工程的专业认证的现状,就如何能将专业认证国际化作出了分析。

压电材料与器件在电气工程领域的应用

随着能源革命的不断深入和能源互联网的持续建设,对电网自动化、智能化、信息化的需求日益迫切,亟需先进的电力设备传感量测方法为电网多场景应用提供信息支撑,以保证智能电网在复杂工况下的安全可靠运行。压电材料作为感知电力设备放电、振动等信号的关键材料,在电力设备振动监测、放电检测、探伤、温度测量、电压传感等领域得到广泛应用。该文总结了典型压电传感材料的发展概况,归纳了压电振动传感器、声传感器、电压传感器在电气工程中的实际应用。在此基础上,指出当前压电传感器仍存在精确度较低、稳定性差、环境适应性弱和误判率高等显著问题,需要从高性能材料快速开发、传感器拓扑设计、智能化补偿等方面发展新一代智能化压电传感器件。

基于模糊单神经元PI的煤矿电气设备电源频率自动化控制系统

为确保煤矿电气设备电源频率不偏离标准频率,保障煤矿电气设备安全稳定运行,设计基于模糊单神经元PI的煤矿电气设备电源频率自动化控制系统。数据采集层通过电源频率信号输出检测仪,采集电源频率数据,并使用改进小波阈值法,去噪频率数据,然后由数据传输层发送其至控制中心,控制中心在接收该数据的同时,由理想电源频率求解模块,通过多元回归模型预测电源理想频率,而后模糊神经元PI控制模块以实际、理想电源频率为输入,经频率偏差求解、模糊化等操作,获得控制信号,控制电源频率无线接近理想值。实验结果表明,该系统可实现煤矿电气设备电源频率自动化控制,控制设备电源频率无线接近理想值,电源频率控制效果显著。

乙烯共聚调控晶态结构对聚丙烯电缆绝缘料电气性能的影响

为了揭示乙烯共聚对聚丙烯电缆绝缘电气性能的影响机制,通过2阶段抗冲共聚工艺合成了3种不同乙烯-丙烯共聚物(ethylene-propylene copolymer,EPR)含量的抗冲共聚聚丙烯(impact polypropylene copolymer,IPC),研究了其晶型、球晶形貌、相态分布、陷阱分布特性,以及机械、电气性能的变化。结果表明,通过共聚法引入15%的EPR时,结晶度相较等规聚丙烯下降约6.8%,断裂伸长率显著提升,拉伸模量降低37.4%,电荷注入阈值场强与击穿强度分别提升17.7%和8.0%。引入30%的EPR时,结晶度相较等规聚丙烯下降可达30.6%,同时断裂伸长率及击穿强度均显著降低。乙烯共聚对宏观性能的影响被证明可能与EPR“附生”在球晶上的特殊结构密切相关。研究表明适当的乙烯共聚可实现聚丙烯电缆绝缘机械、电气性能的协同优化,研究结果可为聚丙烯绝缘综合性能调控提供参考。

苏通综合管廊工程特高压GIL绝缘关键技术

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)已广泛应用在极端环境和紧凑条件下的电力输送,GIL绝缘可靠性关系到系统运行安全稳定,是其规模化应用的基础和关键。特高压苏–通穿江输电采用GIL管廊输电方式,其距离长、电压高,绝缘结构典型,材料特性复杂,运行工况特殊,研发之初无可以借鉴的经验。针对特高压苏–通GIL综合管廊工程,研究掌握了GIL绝缘子用环氧复合材料电、热、力性能及其随温度的变化规律,结合固化动力学–热–力耦合仿真分析了材料工艺流程,开发了释缓界面应力、屏蔽界面缺陷的半导电界面材料,提出了材料关键性能控制指标;基于多物理场耦合仿真与复杂曲面优化设计方法,优化设计了特高压GIL盆式绝缘子结构,发明了哑铃型三支柱绝缘子,提出了苏–通GIL综合管廊基础单元绝缘子和载流结构配置方案;总结详述了GIL真型绝缘子的放电特性。通过研究解决了特高压交流GIL输电中的关键绝缘问题,掌握了特高压交流GIL的核心技术,为先进GIL输电装备自主研发提供了重要依据,为保障华东特高压交流环网可靠运行提供了有力技术支撑。

大学计算机课程引入人工智能内容的教学探索

分析大学计算机课程中引入人工智能内容存在的挑战,从教学目标、教学内容、教学模式、实践环节以及考核方式多个方面介绍教学全过程改革和实践过程,并通过调查问卷说明教学效果,为新工科建设中大学计算机课程的进一步改革和新工科人才培养提供有益的借鉴。

面向“电气测量技术”实验教学的实践性探索

以应用为目标的“电气测量技术”课程,是多门课程的知识综合与贯通,具有实践操作性强等特点。该课程在实践教学环节中从制作罗氏线圈、设计调理电路,到进行大电流检测和数据采集与处理的全过程,均由学生自主完成,实现学生实践能力的培养过程;实验中根据波形噪声与幅值误差,完成参数调试与罗氏线圈的模型分析,实现学生分析能力的提高。实践表明,该实践活动能使学生掌握一个完整电气测量系统;提高学生的实践能力、分析和解决问题的能力,满足辅助理论教学的目标。

考虑电-气-交通耦合的城市综合能源系统规划

交通是重要的能源消费部门。随着电动汽车、天然气汽车等清洁能源车辆的快速发展,交通系统与电力系统、天然气系统等能源供给网络的耦合逐步增强。面向日渐融合的能源网和交通网,该文考虑电动汽车、天然气汽车与城市综合能源系统的耦合,提出并建立城市综合能源系统优化规划模型,协调充电站、加气站等能源设施与城市电网、天然气管网的扩建。首先基于交通流量和路网结构,对电动汽车、天然气汽车的能量补给需求进行了分析与建模,并建立了能量补给设施的建设约束。其次,以全系统投资和运行费用最低为目标,考虑电网、天然气网运行约束,构建了优化规划模型,设计了相应的求解算法。最后,以西安市交通网为基础构造算例验证了模型和方法的有效性。结果表明,统筹考虑交通系统和能源系统特性,进行协调规划是必要的,并且能够在显著降低城市综合能源系统规划成本的同时提高运行效率;忽略协同作用会导致电力和天然气网络的线路拥堵。

基于宽频等值电路的配电变压器局部放电电气定位研究

当配电变压器中发生局部放电时,脉冲电流信号会沿着绕组传播,检测低压绕组中性点接地处脉冲电流即可实现配电变压器局部放电检测。以往的配电变压器局部放电检测及评价方法无法判断放电位置与放电类型,难以准确评估配电变压器绝缘状态。建立了配电变压器宽频等值电路模型,研究了不同位置、不同类型局部放电脉冲电流信号在配电变压器绕组中的传播规律,提出了小波-经验模态联合去噪算法过滤现场检测中的噪声信号。通过计算脉冲电流信号的能量值以及三相波形相似系数实现了配电变压器局部放电的电气定位,以对多组不同噪声水平的信号进行验证,均可实现准确定位,验证了去噪算法和定位方法的有效性。

±800 kV混合直流输电工程用DC 80 kV SF_(6)/N_(2)等离子体喷射触发间隙研制

白鹤滩—江苏±800 kV混合直流输电工程在交流侧故障穿越过程中,为了限制柔直母线上过电压吸收冗余能量需要加装可控自恢复消能装置。为了实现可控自恢复消能装置的1 ms快速投入,需要研制DC 80 kV SF_(6)/N_(2)等离子体喷射触发间隙。根据工程需求,分析了工程应用条件,明确触发间隙关键技术要求。针对高性能触发的要求,提出了高压脉冲型等离子体双级接续触发方法,设计了同轴层压式产品化触发腔,搭建触发特性试验平台,开展触发性能试验研究,并提出通过监测触发过程中储能电容电压变化在线监测触发性能的方法,研究结果表明,最低可触发电压为50 kV,触发时延在0.3 ms以内,空载触发寿命为1800次。针对大直流通流及快速绝缘恢复的要求,依据横磁电极旋弧原理,完成自旋弧主电极设计,开展电场及旋弧仿真,设计搭建了通流及绝缘恢复试验回路开展试验研究,拍摄电弧运动。结果表明,电弧能够沿主电极边缘高速旋转,实现30kA/50ms通流后0.1s恢复耐受1.5倍额定电压、通流寿命50次。基于上述关键问题的解决,完成了双冗余等离子体喷射触发间隙本体及高电位测控的成套装置结构设计,研制了样机并通过了第三方性能试验验证,绝缘、触发和通流关键技术指标全面满足白江工程要求并将工程应用。

基于宽频等值电路的变压器局部放电电气定位研究

当变压器中发生局部放电时,脉冲电流信号会沿着绕组传播,检测绕组两端脉冲电流信号即可实现对变压器局部放电的检测。为此,建立变压器宽频等值电路模型,在可能发生局部放电的高压绕组处,于不同线饼与地之间施加局部放电脉冲,模拟高压绕组不同位置对地放电,在高压套管末屏及中性点处采集脉冲电流信号,研究不同位置局部放电脉冲电流信号在变压器绕组中的传播规律。通过计算可知,脉冲电流信号在两个不同频段能量占比的比值与脉冲电流传播的距离比呈线性关系,最大误差为9.80个线饼。该方法实现了变压器局部放电的电气定位,现场实验结果验证了该定位方法的有效性。

基于改进卷积神经网络的电气绝缘子放电无损检测

为了提高电力设备的放电检测,该文根据绝缘子闪络试验得到放电特征数据库,设计了一种基于改进卷积神经网络(CNN)的电气绝缘子放电无损检测方法。改进CNN框架经多次非线性转换后增强卷积核提取特征的效果,降低了参数量,识别准确率获得明显提升。研究结果表明,正确率随训练次数的增加而升高,当训练率太大或太小时都会增加获得最高正确率的难度。在训练率为0.001时,可以使模型发生快速收敛,此时准确率达到98.3%。当训练率为0.001时,改进CNN比AlexNet算法达到最高准确率,获得了比BP算法更强收敛性能。该研究对准确定位电气绝缘子放电性能具有很好的实际指导意义。

电力工程中的电气自动化技术应用

随着电力系统的高水平建设要求不断提高,为了满足人们对用电量的需求,必须全力确保电力系统的安全稳定运行。目前,电力工程建设在现代科技的支撑下,电气自动化水平也得到了大大提高。文章概述了电气自动化技术,分析了电力工程中应用自动化技术的优势,并对在电力工程中相关自动化技术进行了应用研究。

地下空间支撑下的城市轨道交通和能源系统融合发展研究

城市因人口、经济活动高度集中而产生极大的能源消耗量,也是各类风险高度集聚的重点区域;能源和交通作为城市碳减排的重点领域、城市“生命线”工程的重要组成部分,进行融合发展对于城市绿色低碳、安全韧性建设具有重要价值。本文梳理了城市轨道交通与能源领域的低碳韧性发展现状,涵盖城市轨道交通低碳发展、城市轨道交通与能源系统韧性评估及提升、储能系统安全防控及风险评估三方面;提出了地下空间支撑下的城市轨道交通多能源融合系统构想,阐述了常态时期、极端条件下相应系统的运行模式;从环境、经济、社会角度分析了城市轨道交通多能源融合系统的潜在效益,展望了构想系统的未来研究方向与可能的解决思路。研究建议,完善城市轨道交通多能源融合系统政策机制,推进多部门协同治理;构建城市轨道交通多能源融合系统科技创新体系,助力实现城市轨道交通低碳、安全、高效运行;推动城市电网和轨道交通协同管理体系建设,增强城市“生命线”工程韧性治理能力。

电力系统新能源等效消纳能力及其工程应用

构建以新能源为主体的新型电力系统,新能源消纳问题是规划人员要面对的挑战之一。在电力系统规划阶段,通常需要评估电力系统新能源的调峰需求,以便规划调峰电源,控制新能源弃电率在合理水平。在评估电力系统新能源调峰需求时,一般较难定量分析,往往通过采用生产模拟计算电力系统弃电率的方法侧面反映。本文结合生产模拟与新能源特性,提出等效消纳能力概念,可快速便捷评估系统调峰需求、计算系统弃电率、安排调峰电源等。并在实际工程中对西北电网多省实例验证方法的可行性。