《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

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电工理论

作者：贲彤，单智超，陈龙，张献

摘要：为了实现感应式无线电能传输（IPT）系统的多端口抗偏移输出，该文提出一种基于重构LCC-LCC补偿拓扑的IPT系统及参数设计方法。首先，通过建立系统等效电路模型，推导出两种实现纯阻性输入的方案，提出恒压和恒流双端口输出的参数设计方法。其次，根据磁耦合结构参数，引入两类调制因子，建立一种基于磁耦合结构参数与补偿结构参数自适应的调制策略。第一类调制因子利用互感偏移变化相对稳定的特性，构建互感偏移比与补偿结构参数的映射关系，可有效抑制由线圈偏移引起的等效互感波动；第二类调制因子通过调控等效互感参数，实现对输出增益的控制。实验结果表明，在零相位输入、负载变化300%、偏移量50%条件下，系统输出电流和输出电压的最大波动均保持在9%以内。

作者：周玮，李志强，郑靖玮，张强，麦瑞坤

摘要：旋转动力轴是船舶、风机等装备的核心部件，现有针对其配套监测设备的供电主要依赖电滑环，存在磨损严重等问题。而电容式无线电能传输（CPT）具有耦合极板成本低、质量轻、涡流效应小等显著优势，为旋转设备供电提供了创新解决方案。但是在大轴径设备供电场景中，接收端采用单一长金属极板会存在严重的电磁辐射和功率损耗问题。旋转分段式耦合机构虽能缓解上述问题，但是会导致系统效率随旋转角度和负载波动显著下降。该文针对分段式CPT系统旋转和负载变化导致效率降低问题，基于计及金属轴影响的一对多耦合机构建模方法，建立了系统的损耗模型。提出一种双级DC-DC变换器协同控制策略，通过前级Buck变换器调节等效负载、后级Boost变换器实现负载恒压，构建一对多时变耦合的最大效率点跟踪控制闭环系统。搭建原理样机，验证了理论的准确性和控制方法的有效性，实验结果表明，系统在旋转（0°～90°）及负载（30～100 W）变化条件下，始终能够保持最优传输效率。

作者：廖志娟，易佳林，田浩，卢冠宇，夏晨阳

摘要：该文提出一种新型基于色散介质参数优化的磁耦合无线电能传输（MC-WPT）能效提升方法，通过优化色散介质改善磁场的分布，提升MC-WPT系统的传输性能。首先建立色散介质本构参数、电磁储能时间平均密度、耗散、磁场作用强度以及阻尼系数的一般数学模型。进而采用归一化方法，深入分析色散介质的频率特性以及阻尼特性，明确了介质本构参数实部和虚部对介质电磁储能以及介质耗散的作用机制。在此基础上，给出超材料色散介质板的频率调控方法以及阻尼调控方法，提出一种综合考虑近场耦合效应、避免谐振频率偏移、降低螺旋导体内阻的超材料设计方法，有效地克服了传统设计中仅关注磁导率实部和依赖单元表征整体性能的局限性。最后通过仿真与实验结果表明，所提方法在实现磁场高效汇聚的同时显著降低损耗，具有较高的可实现性与工程适用性。

电机及其系统

作者：林旺煊，陈怡浩，石嘉恒，丁镇涛，李诤言 等

摘要：现有磁浮交通使用直线电机存在成本高、控制系统复杂等问题，而Halbach永磁轮（PMEDW）结构简单、工程造价低，能将磁阻力转化为推进力，有望代替直线电机成为一种新型驱动方式。为实现PMEDW推进力调节稳定性及系统快速响应，该文提出一种永磁轮电机的改进自抗扰控制（RAM）策略。首先，对永磁轮电机一体化结构进行优化，加入6 mm硅钢材料，电机磁链幅值提升94.97%；然后，通过实验获取PMEDW在不同转速下的电磁力特性；构建改进永磁轮电机控制系统，相比传统比例-积分（PI）控制，RAM控制响应时间减小约0.5 s，超调量减小约22.4%；最后，建立Simulink与Maxwell的联合仿真模型。结果表明，RAM控制策略能够有效提高永磁轮电机的运行稳定性，为新型永磁轮驱动技术在磁悬浮交通中的应用提供有力支撑。

作者：蒯松岩，魏伟，吴文杨，李豫鲁，胡堃

摘要：为了降低多个电流传感器导致的驱动系统成本和体积升高，同时提高电流控制性能，该文提出一种基于单电流传感器的开关磁阻电机模型预测控制方法。该方法在电机单相导通区域，借助单个母线电流传感器直接获取导通相电流；而在两相导通区域，使用双矢量合成的方法，在单个控制周期中构造出多个开关状态组合。再通过母线电流传感器多次采样分离重构出各相相电流，同时双矢量合成方式也有效降低了电流脉动。最后通过实验验证单电流传感器相电流重构及电流跟踪效果。实验结果表明，所提方法具有较好的控制效果，且在稳态、负载转矩以及转速突变的情况下，所提单电流传感器相电流重构方法能够很好地分离重构出各相相电流。

作者：李叶松，卢玉清

摘要：针对高精度永磁同步直线电机（PMLSM）的磁阻力、摩擦力等推力波动问题，该文设计了一种基于扰动模型前馈（DMF）与线性扩张状态观测器（LESO）相结合的推力波动复合补偿策略。首先，从PMLSM的物理结构及磁场分布特点，分析了电机动子在运动过程中的受力情况和推力波动的位置、频率特性。发现在高速高动态响应下推力波动存在较高的频率分量，会导致系统伺服误差变大，因此提出扰动建模与LESO相结合的推力波动复合补偿策略。其次，使用神经网络对磁阻力进行位置域建模，使用分段线性模型对摩擦力进行速度域建模，使用LESO对建模后残余的扰动进一步估计并补偿，以提高系统在全速域下的推力波动抑制能力。最后，通过PMLSM样机平台的位置、速度伺服试验分析了所提策略对磁阻力各频率分量补偿的有效性，验证了所提策略对推力波动的抑制能力以及对电机动子质量参数变化的适应性。结果表明，该文所提控制策略在稳态、动态下均具有良好的推力波动补偿效果，能够提高PMLSM系统伺服控制精度，并对电机动子质量变化具有良好的鲁棒性。

作者：黄涛，张峻涛，韩镇锚，田兵

摘要：由于优异的容错性能，双三相永磁同步电机（DTP-PMSM）在多电飞机和电动汽车等领域得到了广泛关注。针对缺相容错运行，可通过构建降阶解耦变换矩阵和降阶解耦模型实现磁场定向控制，但面对任一缺相故障，该方法较为复杂且无法与正常工况实现柔性衔接。为此，该文提出一种自然解耦缺相容错控制优化方法，即沿用正常模式矢量控制技术，结合容错电流、容错电压和中性点电压配置，实现最多任意三相开路容错控制。具体地，针对自然解耦变换线性无关基底的容错电流配置，结合剩余相电流等幅值与定子铜耗最小约束进行求解；针对线性相关基底的容错电压配置，提出了一种依据谐波/零序空间电流模型的优化设置方法；针对不平衡供电模式，提出一种中性点电压计算与补偿方法。从上述三个层面结合可控自由度限制，对共中性点双三相电机的缺相容错控制进行性能优化。最后对单相、两相和三相开路进行容错控制实验，验证了所提方法的有效性和可行性。

电力电子

作者：彭承奥，王智强，唐乐文

摘要：针对碳化硅功率器件在瞬态过电流工况下的热失效问题，首次提出一种相变液浸没SiC MOSFET芯片的封装结构。传统功率器件采用自上而下的层叠式散热路径，难以适配碳化硅器件瞬态热冲击特性，其非对称热源分布导致局部温升速率过快，引发电热耦合正反馈循环。该文通过高绝缘相变液体替代传统硅胶封装层，构建兼具电气绝缘与动态热管理的双功能封装结构，利用相变潜热（大于135 kJ/kg）建立热缓冲机制。基于Cauer热网络模型，提出等效导热系数法（核态沸腾区误差小于5.6%）与等效热容法（高温区误差小于4.0%）双维度相变建模策略，突破传统仿真相变界面追踪的技术瓶颈。实验结果表明，等效导热系数法在核态沸腾阶段（Dt＜70℃）预测精度较高，而等效热容法在高温区误差更小。在2.5倍过电流（500 ms）工况下，相变液浸没式封装SiC MOSFET器件结温较商用器件降低27.36℃，温升抑制率达24.78%；3倍过电流时结温降幅达40.15℃，验证了相变材料对瞬态热冲击的显著衰减作用。在不同过电流倍数的50次循环测试中，首末测试结温温升差异始终小于1℃，结合3倍安全裕度的相变液封装设计，有效维持气液动态平衡，证实了器件在极端工况下的循环可靠性。该研究为功率器件短时强过电流热失效防护提供了创新的技术路径，具有重要的工程应用价值。

作者：何东，王振忠，蒋磊，兰征，曾进辉

摘要：基于常通型碳化硅（SiC）结型场效应晶体管（JFET）的固态断路器（SSCB）短路故障隔离情况下，主电路与SiC JFET器件寄生参数耦合作用产生的寄生振荡会影响SSCB稳定性，甚至威胁其安全运行。该文对基于常通型SiC JFET器件级联的中压直流SSCB振荡稳定性进行详细理论分析，并提出一种稳定性提升方法。首先，分析SiC SSCB短路故障关断时级联SiC JFET器件漏源极、栅源极电压振荡现象及关键参数耦合对其动态行为的影响。其次，构建SiC SSCB小信号模型，推导闭环传递函数并分析寄生参数交互作用下的失稳机理。再次，为改善短路故障隔离时SiC SSCB的电压振荡幅值，提出改进级联SiC JFET器件栅源极总容抗方法以减小寄生参数对电压振荡的影响。最后，利用搭建的1.5 kV/63 A SiC SSCB实验样机及实验平台，验证了所提方法的有效性，为提升SiC SSCB的运行可靠性和级联SiC JFET器件动静态电压均衡提供了有力支撑。

作者：田艳军，宋少鹏，徐小奇，李振

摘要：功率器件是储能变流器实现电能变化的核心器件，其特性出现疲劳老化会使储能变流器的损耗增加，运行温度上升，引发故障停机或设备损坏，甚至诱发电池单元的安全问题。IGBT集电极-发射极饱和压降Vce是反映IGBT健康状态的重要指标，IGBT饱和压降监测可有效观测IGBT的运行健康状态。基于数据驱动建模的监测算法对数据质量与规模依赖性较大，数据质量不达标会引起数据模型出现显著偏差。针对上述问题，该文首先提出结合数据优化预处理的非线性最小二乘曲线拟合算法，用以实现对IGBT饱和压降Vce的精确辨识。建立了储能变流器的离散化数学模型，并且考虑IGBT死区效应的影响，使模型精度更高。同时为了减少采样噪声对辨识准确性的影响，对采集数据进行预处理，构建卡尔曼滤波观测器以减少数据偏差与噪声干扰。最后，通过Matlab/Simulink软件仿真和实验验证了所提IGBT饱和压降监测方法的正确性和有效性。

作者：曹书豪，许建中，周宇权，陈浩，冯谟可

摘要：大规模光伏电站的电磁暂态精细化仿真是观测其详细内部特性的重要手段，支撑内部故障溯源、场站与系统间振荡等研究。现有对光伏电站的仿真未深入考虑建模方式、并行仿真方法与硬件间的交互关系，难以兼顾规模、精度和效率，为此该文提出一种深度融合等值建模和图形处理单元（GPU）技术的电磁暂态细粒度并行仿真方法。首先，根据GPU软硬件的架构特点，设计模块化光伏系统并行计算程序基本逻辑。其次，考虑换流器闭锁模式，利用开关函数模型实现光伏单元交、直流侧解耦划分，基于割集矩阵实现交流侧端口等效，将光伏单元整合为集群等效模型参与系统解算。最后，利用GPU单指令多数据特点，在各光伏单元独立解算任务的粗粒度并行基础上，叠加元件内部更新过程的细粒度并行，将海量模块化光伏单元同阶矩阵进行高效批处理，进而实现大规模光伏电站的元件级细粒度并行仿真。对比GPU仿真平台与PSCAD/EMTDC的仿真结果，验证了所提并行方法的仿真精度和加速比。

作者：陈建良，张益翔，马恩，辛振

摘要：针对两电平三相交错并联逆变器高频运行时开关损耗大的问题，该文提出一种在任意功率因数下实现所有开关器件全范围软开关的自适应断续脉宽调制（DPWM）策略。此策略具有可变调制切换角和动态调整开关频率的特点，通过优化选择，确保临界开关频率曲线的连续性，提高逆变器运行的稳定性，降低开关器件的导通损耗。与传统固定调制切换角DPWM的软开关策略相比，采用该策略逆变器的导通损耗最大可降低43%。在不增加高频电流传感器的条件下，该策略仅通过在线计算即可得出实现零电压开通所需的调制切换角和临界开关频率，具有快速的动态响应性能。最后，通过搭建一台基于SiC MOSFET的20 kV·A光伏并网逆变器实验样机，验证了所提出策略的可行性，峰值效率高达99.3%。

作者：姜卫东，刘圣宇，姜浩然，王金平，严效磊

摘要：SWISS整流器是一种三相降压型单位功率因数整流器，适用于新能源汽车充电桩以及航空电源等场景。为了解决工程应用中SWISS整流器的控制过程较为复杂的问题，该文提出一种易于工程实现的考虑相位补偿和降低输入电流谐波的控制方法，只需要单个比例积分（PI）控制器用于电压外环，单个控制周期内的输入平均电流直接跟踪三相输入电流指令，避免了SWISS整流器直流输出电感电流波动对控制环路产生的干扰。另外，该控制方法还考虑了滤波电容造成的网侧功率因数降低的问题。基于4 kW的实验样机展开的不同功率等级的稳态实验和动态实验结果表明，该文所提的控制方法比传统的双PI控制（CDPIC）方法具有更高的网侧功率因数和更低的输入电流谐波，从而证明了所提控制方法的有效性和实用性。

作者：张振，王毅，刘伯文，杨顺，高玉华

摘要：结合器件串联与模块级联思想的混合型模块化多电平换流器（Hybrid MMC）降低了阀体的体积和质量，但桥臂片段化正弦波形及电流通路的切换导致其能量平衡问题非常复杂，成为制约其工程推广的关键因素。该文以轻型化性能较好的桥臂复用型模块化多电平换流器（AM-MMC）为研究对象，在深入分析其数学模型并揭示其能量平衡机理的基础上，提出一种基于环流优化的能量平衡控制策略。该策略利用环流参与能量平衡控制，其优化目标是在保证能量平衡的前提下尽可能地降低环流对系统性能的影响。通过将环流作为新的控制自由度实现桥臂能量平衡，有效地避免桥臂电压控制和谐波电流注入等方法中调压范围受限及硬件电路增加等问题。最后，基于Matlab/Simulink搭建了85 MV·A/±35 kV 33电平AM-MMC高压直流输电仿真系统，并基于实时数字控制器RTU-BOX204构建了3.2 kV·A/±150 V的七电平实验样机，对所提策略的稳态及动态性能进行了验证分析，充分证明了其有效性和优越性。

作者：刘战，李全艮，周桦，付佳伟，林志芳

摘要：模块化多电平电池储能系统（MMC-BESS）是一种具有高可靠性的变换器系统。针对该系统的传统模型预测控制（MPC）方法存在权重因子整定复杂和计算量大的问题，该文提出一种无权重变舍入电平控制（WI-VRLC）方法。该方法采用输出电流和环流两个独立的代价函数实现了分层控制，既保证了出色的环流性能，又降低了电流总谐波畸变率（THD）。在输出电流MPC层中，上桥臂和下桥臂电压参考值通过变舍入方法得到三组桥臂子模块投入组合，之后利用代价函数选出该阶段的最优桥臂组合。在环流MPC层中，环流参考电压采用变舍入方法得到两个用于环流控制的子模块投入数，之后利用代价函数选出最优投入子模块数。该方法在每个采样周期的计算复杂度均为5且与子模块数量无关。基于该方法，在荷电状态（SOC）均衡方面改进了定环流法的切换条件，实现了SOC差异非均匀分布条件下的SOC快速均衡。仿真和实验结果验证了所提方法的有效性。

作者：王程锦，何晋伟，张嘉正，张宸宇，洪芦诚

摘要：为了应对低压配电网多场景、多容量电压暂降补偿的需求，该文提出一种不含储能的模块化动态电压恢复器（DVR）并联系统及控制方法。首先，通过领航模块快速检测电压暂降并下发状态切换指令至各跟随模块，使各模块以准同步方式实现旁路晶闸管强迫关断。其次，在领航模块中部署电压调节器生成电流参考，通过以太网通信下发电流参考和前馈电压信号至各跟随模块，实现模块化DVR并联系统对电压暂降的有效补偿。为了克服通信延迟等对系统稳定性的影响，该文定量分析不同并联模块数、通信延迟、控制器参数下系统稳定裕度的变化规律。最后，通过RT-Lab硬件在环仿真平台验证了所提系统及控制方法在多组工况和参数下的有效性和稳定性。

作者：马辉，李昊轩，陈伟涛，向昆，范李平

摘要：该文提出一种基于有限时间观测器的改进超螺旋滑模控制策略，旨在提升三相混合变换器的动态响应速度与抗干扰能力。首先，在电压外环设计了改进超螺旋滑模控制器，通过引入自适应增益机制，在保持响应速度的同时降低系统抖振。其次，设计有限时间扩展状态观测器，对系统集总扰动进行精确估计与实时补偿，实现预设时间内观测误差的收敛，有效提升控制系统的动态性能。在电流内环设计中，针对混合变换器中无源模块引发的周期性电流突变问题，使用PI-重复控制，实现了总输入电流的正弦化跟踪及低频谐波消除。最后，通过设计PI控制、传统超螺旋滑模控制以及该文所提控制方法的对比实验，验证了所提控制策略的有效性。

作者：黄文聪，蒋煊焱，饶天彪，常雨芳，严怀成

摘要：针对单级式双有源桥（DAB）微逆变器在轻载工况下全开关器件软开关困难与软开关复位电流增加无功回流的问题，该文提出一种基于模式切换的混合调制控制策略。该策略通过变频控制与扩展移相控制相结合，扩展DAB微逆变器的零电压软开关（ZVS）范围的同时优化回流功率。首先，分析DAB微逆变器两种扩展移相调制模式的ZVS特性，通过设计励磁电感扩展了模式切换点处的ZVS范围，提出了ZVS范围内回流功率最小的移相轨迹。然后，设计了变频控制律，该控制律根据轻载和重载条件动态调整开关频率，扩展了轻载时的ZVS范围，降低了重载时的关断损耗。此外，设计了扰动补偿以实现输出电流的精准控制。最后，搭建400 W实验平台，通过实验验证了所提算法性能的优越性。

作者：李国华，张文兴，邬泽华

摘要：针对不同的变换器之间进行信息交互较为困难的问题，该文提出一种基于双DC-DC变换器实时双向能量信息协同传输方法。通过对变换器的功率控制环中叠加所需要传输的二进制数据信息序列，将其耦合到驱动变换器开关管的脉冲宽度调制（PWM）信号中，利用变换器输出侧的电压纹波和输入侧电流纹波作为天然信息载体，构建双纹波传输数据信息通道；提出一种纹波峰值检测（RPD）的解调方法，通过实时追踪纹波峰值变化特征，有效增强了数据信息解调的准确性；进一步地，为了促进信息传输的多元化，完成了实时双向传输相同和不同信息的实验验证。首先，解释PWM门极驱动信号与纹波频率之间的关联性；其次，阐述电压与电流纹波作为通信载体进行实时双向传输数据的可行性；然后，给出基于二进制频移键控（2FSK）的载波调制以及新的解调方法；最后，搭建实验平台进行验证，结果表明，所提方法的实时双向传输速率可以达到10 kbit/s，且发送与解调得到的信息之间延迟40 s，验证了该方法的有效性和可靠性。

作者：郑佳杰，郑乐，林家见，徐辉，刘崇茹

摘要：在含高比例逆变器资源（IBR）的新型电力系统中，构网型逆变器（GFM）和跟网型逆变器（GFL）共存。各种IBR之间不同时间尺度的控制器经过电网的闭环反馈作用相互影响，这使得IBR的同步动态（SD）特性变得越发复杂，对IBR的频率支撑强度分析提出了挑战。该文提出一种基于扩展阻抗模态分析（EMAI）的IBR频率支撑强度的量化评估方法。首先，证明了阻抗参与因子（IPF）和导纳参与因子（APF）的统一性，从而将能够分析IBR内部电磁动态（ED）和SD的EMAI方法的适用范围扩展到了含GFM和GFL的混合电源电力系统。其次，根据EMAI计算IBR中SD的主导模式扰动程度的最小允许放大倍数定义了频率支撑裕度（FSM），确定了IBR的频率支撑强度。在此基础上，通过FSM分析不同因素对IBR频率支撑强度的影响，为频率支撑强度的提升奠定了基础。最后，通过对单GFM/GFL无穷大系统和改造的IEEE 14母线系统进行仿真，结果验证了所提方法的有效性。根据信息的可获取性，所提方法可灵活地选择数据驱动或模型驱动的方式实现简便的计算，具有较好的工程应用价值。

作者：邹沩尔，胡亮灯，刘自程，龙齐杰，雷铄

摘要：针对船舶推进对隐身性能的严苛要求，该文聚焦于中高压三电平十二相H桥变频器在窄脉冲抑制（NPS）与中点电位平衡（NPB）控制中的强耦合难题，提出一种协同控制策略，通过优化NPS阈值并协同调整NPB调节方向重构调制波，在有效实现NPS的同时精确维持NPB，并揭示了NPS优化前后对多相开绕组电机的振动影响机理。基于双重傅里叶分析，详细推导了传统窄脉冲固定值剔除下三电平H桥变频器的低频谐波数学模型，通过电流矢量和分析，明确23次和25次谐波是诱发十二相电机低频电磁振动的主要因素。相较于传统固定阈值方法，所提策略有效降低了输出电流中的低次谐波以及23次和25次谐波含量。最后，基于25 kW三电平十二相H桥变频多相电机仿真模型和实验平台进行验证，结果表明，所提方法在确保NPS效果的同时，使电机24倍基频振动加速度级降低21.5 dB，中点电压波动幅值减小48%。该研究提出的NPS与NPB协同控制策略可推广用于其他三电平H桥型电力电子装备。

作者：汪凤翔，汤小雪，于新红，柯栋梁，张祯滨

摘要：在弱电网环境下，电网等效阻抗增加将导致LCL型并网逆变器的谐振峰偏移，进而影响系统的稳定性与功率传输容量。为解决这一问题，该文提出一种基于电容电压估算法的谐振阻尼优化预测控制策略。根据线性等效原理设计电容电压估算法替代传统电容电压传感器，节省硬件成本。在此基础上，设计负一阶高通滤波器动态重构逆变器超局部模型，优化谐振频率下的主动阻尼特性，增强对电网阻抗波动的适应性。进一步设计两步预测电流控制策略，提升系统动态响应性能。实验结果表明，所提策略具有较高的鲁棒性和较快的动态响应，能够适应弱电网环境下电网等效阻抗变化，在极弱电网环境下能实现稳定运行并显著提升功率传输容量。

作者：俞文俊，林俊杰，蔡世龙，陆超，李笑倩

摘要：针对传统牵引供电系统中列车再生能量利用率低、柔直变流器的无功调节能力利用不足、交流网电压波动显著等问题，该文提出一种城市轨道交通柔直变流器参与电网无功补偿的多时间尺度协同优化技术。首先，在日前时间尺度，以网损、电压偏方差及离散型调压设备动作成本最小化为优化目标，采用改进粒子群算法进行求解，以获得最优的无功优化策略；其次，在日内时间尺度，构建柔直变流器模型及无功补偿能力求解方法，充分利用其四象限可调无功补偿特性，以网损和电压偏方差最小化为目标函数，采用二阶锥规划方法进行求解，从而实现更精细的无功优化；最后，通过多变流器协同优化策略，实现变流器间无功功率协同互济，解决设备长期高载问题。采用北京地铁13 A线接入的北京昌平区域电网算例仿真验证了该方法可有效提高电网的经济性与安全性。

高电压与放电

作者：董华军，李东恒，李金金，丁庚鑫，程永磊

摘要：真空开关关键结构在循环冲击载荷下发生损伤破坏是导致设备机械性能退化乃至失效的重要因素之一。针对真空开关机械结构疲劳破坏难题，该文提出了一种冲击荷载与机械结构时变效应耦合的损伤过程数值模拟方法。以12 kV真空开关为研究对象，构建了弹簧操动机构动态特性计算模型，并结合显示动力学软件模拟了真空开关传动结构工作期间的冲击现象，得到了传动结构的危险应力区域。基于FRANC3D与Ansys软件数据联动过程构建了融合即时状态更新机制的真空开关传动结构裂纹扩展模型，深入研究了连板结构疲劳破坏机理，在此基础上提出了连板结构抗损设计方案。计算结果表明：增加连板高度虽可以提高结构整体疲劳寿命，但不能有效阻止疲劳裂纹的快速扩展进程；在裂纹扩展方向上设置加强筋板可改善裂纹尖端应力强度因子的分布状态，进而延缓裂纹扩展过程。该文研究可在理论层面为真空开关结构抗损设计提供参考与支持。

作者：冯明路，李昊旻，刘志远，耿英三，王建华

摘要：真空沿面闪络是制约真空灭弧室向更高电压等级和小型化发展的主要瓶颈。该文提出在真空灭弧室瓷壳端部三交界区域保护屏蔽罩收口侧（简称屏蔽罩端部）构建氧化铝涂层以抑制初始电子发射，进而实现真空灭弧室沿面闪络电压的大幅提升。通过大气等离子体喷涂在屏蔽罩端部构建了数十m级厚度的氧化铝涂层，研究了氧化铝涂层对电场强度分布、正极性冲击电压下真空灭弧室沿面绝缘特性以及闪络后屏蔽罩的表面形貌的影响。结果表明，氧化铝涂层可显著改善屏蔽罩表面的电场分布，将屏蔽罩表面的最大电场强度降低了89.4%。屏蔽罩表面功函数从4.51 eV提升至5.39 eV，提升了19.5%。在正极性雷电冲击电压下，当屏蔽罩端部涂层厚度为40 mm时，真空灭弧室相较于无涂层时的最大耐受电压提升12.8%，闪络电压U50提升17.3%。屏蔽罩表面氧化铝涂层抑制了爆炸性电子发射产生的电流脉冲，并作为物理屏障阻挡了爆炸性电子发射进入真空。该研究为真空灭弧室沿面绝缘提升及小型化提供了理论依据。

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