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2022年 第55卷 第2期    刊出日期：2022-02-28

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专稿

基于系统成本的新能源等效上网电价计算方法及应用

张运洲, 陈宁, 黄碧斌, 王彩霞, 李江涛

2022, 55(2):  1-8.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202112074

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新能源发电并网利用必须依靠火电、抽蓄等调节性、支撑性电源以及电网的支持，必然增加常规电源、电网等主体的投资运行成本，即新能源的系统成本。针对目前常用的新能源经济性评价指标并没有考虑系统成本，不利于有效疏导各主体付出的成本和提升各主体促进新能源消纳的内在积极性的问题，提出了新能源等效上网电价概念以及基于对比差额法的系统成本计算方法，对典型省份开展了测算分析，提出了基于等效上网电价的系统成本疏导思路。结果显示：“十四五”期间典型省份新能源等效上网电价仍高于燃煤发电基准价，难以实现平价利用。以等效上网电价为基础建立系统成本疏导机制，可激发各主体服务新能源消纳的内在动力，有助于推进新能源高质量发展。

国家“十三五”智能电网重大专项专栏：（十一）新型储能与能源转化关键技术

基于遗传蚁群的光储电站运行效益提升策略研究

曹雅琦, 赵波, 王丽婕, 李相俊, 高彬桓

2022, 55(2):  9-18.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101001

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以并网光储电站为研究对象，以充分发挥储能系统灵活调节作用并提高系统运行经济性为出发点，在考虑度电成本的基础上，提出一种实时调整储能系统运行状态的控制策略，建立以净收益最大、向大电网取电量最少为目标的优化模型，采用基于精英策略的带有惩罚函数的遗传-蚁群算法对优化模型进行求解，从投资人角度对并网光储系统进行投资收益分析。最后通过对江苏省某地区实际数据仿真分析，给出该地区“光伏+储能”优化控制策略及其经济效益分析结果，验证了该模型及算法的可行性。

储能电站安全参与电网一次调频的优化控制策略

张嘉诚, 夏向阳, 邓子豪, 陈贵全

2022, 55(2):  19-27.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102028

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为安全实现储能系统对电网准确快速调频，对于系统频率偏移引起的有功率需求，提出一种考虑荷电状态（state of charge，SOC）、健康状态（state of health，SOH）的储能辅助调频自适应优化控制策略，该策略依据储能单元实时状态决定多组储能单元参与电网一次调频的最优投切情况，在频率变化初期多组储能单元考虑健康状态共同出力，减小频率恶化程度；在频率恢复期，考虑各储能单元自身荷电状态、健康状态，在保证储能调频效果的同时，使各储能单元均处于健康工作状态，提高了储能系统的安全性和经济性。最后搭建了区域电网一次调频模型，通过阶跃和连续扰动验证了策略的有效性。

先进压缩空气储能系统的余热回收和利用

文贤馗, 李翔, 邓彤天, 钟晶亮, 王锁斌, 刘石

2022, 55(2):  28-34.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011118

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压缩空气储能是现阶段快速发展的一种储能技术，能够实现能量的储存和释放。在系统运行过程中，为了避免热量损耗，提出一种回收利用系统排气和换热工质余热的方法，在原余热回收系统基础上添加低膨胀比膨胀机，系统排气通过换热器吸收工质余热，进入膨胀机做功，增加膨胀机组输出功率并提升系统效率。利用Aspen Plus软件建立稳态工况下四级先进压缩空气储能系统模型，进行模拟仿真，通过改变膨胀机排气压力和稳压阀出口压力，探究二者对系统效率和输出功率的影响。仿真结果表明，该方法增加了压缩空气储能系统的总输出功率，提高了系统效率。

用户侧分布式储能鲁棒博弈优化调度方法

林振锋, 郑常宝, 芮涛, 胡存刚

2022, 55(2):  35-43,114.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012085

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针对开放电力市场环境中多主体电能交易机制下系统的经济调度问题，提出了一种基于合作博弈理论的用户侧分布式储能鲁棒博弈优化调度方法。该方法旨在协调配电网与用户之间的能量交互，通过寻找博弈模型的均衡点来制定最优的用户侧储能调度策略，提高系统的新能源消纳水平和经济效益。其次，为减少系统中源荷功率不确定性对实际调度运行过程中系统经济性的影响，采用鲁棒优化理论对不确定性因素进行处理。最后，通过实例分析验证了所提优化调度方法对提高系统光伏消纳水平、降低市场主体运行成本的有效性。

基于粗糙集的电池储能电站海量数据处理方法

陈娟, 惠东, 范茂松, 胡娟, 褚永金

2022, 55(2):  44-50,208.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202102047

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锂离子电池的储能电站在运行过程中上传的数据量庞大，数据采样率高，增大了实时在线评估工作的难度。如何提取并压缩有效数据，同时保证压缩后的数据具有保真性，成为数据挖掘预处理所面对的主要问题。针对上述问题，选取储能电站特定工况下一个电池簇的数据，利用粗糙集方法，对数据的属性进行约简，根据正态分布的$ 2\sigma $原则对属性值进行二元逻辑划分，将单体电池划分为频繁检测对象和普通检测对象，压缩了在线处理的数据量。最后，对同一电池簇20天内不同工况数据进行验证，证明了该处理方法的有效性。

新型电力系统信息安全：理论、技术与应用

基于多组件并行架构的电力CPS实时联合仿真平台

万克厅, 陆玲霞, 于淼, 齐冬莲

2022, 55(2):  51-61.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202108089

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融合传统电力系统与先进信息技术形成的电力信息物理系统（CPS），其物理侧电力系统与信息侧通信网络的耦合程度不断加深，网络故障与恶意攻击等通信问题导致的电力系统故障愈发严重，传统仿真手段不再适用于模拟和分析此类场景。分析了电力CPS仿真技术的研究现状，在主流实时仿真工具的基础上设计了嵌入式控制组件与渗透测试组件，基于多组件并行架构设计了具备多种实时仿真模式的电力CPS实时联合仿真平台，详细阐述了其整体架构与组件运行机理。最后设计了涵盖多种仿真场景的测试算例，仿真结果验证了该平台的有效性与准确性。该平台能够满足电力CPS主要运行场景的实时仿真需求且支持多端通信和渗透测试的功能。

新型电力系统中跨域连锁故障的演化机理与主动防御探索

刘依晗, 王宇飞

2022, 55(2):  62-72,81.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202110081

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新型电力系统实现了新能源电源与多元负荷的广域互联以及信息流与能量流的动态交互，但亦面临愈加严峻的安全威胁。攻击者可发动网络攻击，在多个电力节点引发一系列时空协同的电力故障，形成跨越信息域与电力域的连锁故障，破坏新型电力系统稳定运行。在此背景下，对跨域连锁故障的演化机理与主动防御机制展开研究。首先，根据新型电力系统的架构与运行特性分析其面临的耦合安全风险；进而，基于事件驱动分析攻击者引发跨域连锁故障的攻击全过程并建立跨域连锁故障的数学模型；最后，分析防御者视角的跨域连锁故障主动防御过程，提出考虑新型电力系统特性的跨域连锁故障主动防御模式并建立最优主动防御方案决策模型，为跨域连锁故障主动防御提供技术方案。

考虑信息失效影响的配电网信息物理系统安全性评估方法

李晓, 许剑冰, 李满礼, 倪明, 童和钦

2022, 55(2):  73-81.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109039

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由自然故障或网络攻击导致的信息失效事件会影响配电网的故障处理过程，导致配电网停电区域的扩大与停电时间的延长。为量化评估信息失效故障给配电网信息物理系统（cyber physical system, CPS）安全性造成的影响，首先建立配电网CPS安全性评估框架，明确安全性评估的内容和流程。其次，以最小化失负荷功率为目标函数构造配电网故障恢复数学模型，得到故障下的最优开关动作策略。随后考虑故障定位、隔离、恢复过程中出现的信息失效故障，分析其对故障处理业务的影响，计算信息物理组合故障下的安全性评价指标，最终得到对配电网CPS安全性影响最大的关键组合故障集与关键的电力及信息设备。基于某地62节点配电网算例的仿真结果，验证了所提方法的有效性和合理性。

基于随机森林算法和稳态波形的非介入式工业负荷辨识

王健, 易姝慧, 刘俊杰, 刘俭

2022, 55(2):  82-89.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202109026

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非介入式工业负荷的准确辨识可以获取工厂内各负荷的运行情况，有利于需求侧智能用电管理。工业负荷由于采集暂态数据建模困难、需要高精度测量设备等特点，造成辨识方法复杂难以实现。针对这种情况，提出一种利用随机森林算法和稳态波形的非介入式工业负荷辨识方法。首先，通过事件监测工业负荷功率状态变化并提取稳态波形，根据工业负荷性能不同而引起的电流波形的差异性，构建单个负荷电流稳态波形的特征数据。然后，利用稳态波形高维度数据作为样本数据，采用随机森林算法中bootstrap（自助）抽样方法和CART算法生成多组决策树。最后，通过投票法对多组决策树进投票辨识得到工业负荷类型。仿真采用某工厂的实际运行负荷数据作为样本数据，通过组合负荷方法仿真比较验证所提辨识算法的有效性和快速性。仿真结果表明：所提的辨识算法准确率达到99%以上、辨识时间3.36 s，远超过贝叶斯辨识算法的准确率63.8%、时间6.15 s，可以有效实现非介入式工业负荷辨识。

电网设备性能分析

基于反卷积波束形成算法的干式变压器异响故障识别技术

包海龙, 邵宇鹰, 王枭, 彭鹏, 袁国刚, 庄贝妮

2022, 55(2):  90-97.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202004162

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针对常规波束形成算法定位精度不高的问题，将基于反卷积变换的波束形成算法应用于干式变压器异响故障识别，分析了反卷积变换的波束形成算法基本原理及其用于干式变压器异响故障识别的可行性；研究了一种采用异响精准定位联合声纹图谱特征识别的干式变压器异响故障识别方法；提出了“高频特征峰能量比”的概念，用于量化机械异响严重程度；最后通过实验测试和现场验证的方法，证明方法的有效性和准确性。

滤波电容器心子中介质薄膜表面残余电荷对其振动影响的分析

王帅, 李琳, 崔建业, 赵寿生, 张鹏宁, 王亚琦, 何强

2022, 55(2):  98-107,151.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202004193

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高压直流输电换流站滤波电容器噪声问题日益凸显，亟须深入探索其内部振动规律，为提出更有效的减振降噪措施奠定基础。本文为了研究电容器心子内部介质薄膜表面残余电荷密度的大小，及其对电容器心子振动带来的影响，以静电探头和电荷反演为手段实测了电容器心子内部介质薄膜表面残余电荷量，计算分析了电荷随机分布下极板受力的概率统计规律。然后通过电场-机械力-振动耦合仿真了电容器心子表面振动加速度，并与实验结果对比验证了仿真结果的有效性。研究发现：电容器心子内部介质薄膜表面残余电荷密度主要分布在?10^?4~10^?4C/m²，当施加单频激励时，电容器心子受力以及振动频谱不仅包含了传统分析中认为存在的二倍频成分，也存在由残余电荷引起的与外施激励同频的分量，该分量加剧了电容器内部极板受力的不平衡。

特高压交流线路金具常见电晕位置及串型优化

牛海军, 张雪松, 全姗姗, 刘胜春, 司佳钧

2022, 55(2):  108-114.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105030

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基于浙北—福州1 000 kV特高压交流线路现场测试结果，研究了特高压交流线路金具的常见电晕问题。借鉴中国1 000 kV特高压交流输电线路金具设计、制造、建设及运行经验，根据1 000 kV特高压交流线路技术参数开展了悬垂串、耐张串和跳线串均压屏蔽环金具结构的优化设计工作，通过悬垂串的真型电晕及噪声测试进一步验证了金具的优化效果。

±1 100 kV吉泉线雷击致灾因子权重分析及高风险杆塔筛选

任华, 李健, 弥潇, 谷山强, 王剑, 吴敏, 曹伟, 张瑞

2022, 55(2):  115-124.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107064

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目前已知输电线路雷击致灾因子主要包括雷电参数、地形地貌、绝缘配置、接地电阻等，但针对某条特定的线路，无法获得各因子对雷击风险的权重占比。以±1 100 kV吉泉线为研究对象，深入挖掘该线路的雷击致灾因子，利用雷电灾害风险评估层次分析法，通过计算隶属度、构建判断矩阵对各致灾因子的权重占比进行分析。研究结果表明，该线路的沿线走廊地闪密度、雷电流幅值、边导线保护角的权重分别为0.420、0.247、0.147，是雷击风险权重较大的致灾因子。根据权重较高的致灾因子，采用分析集合的方法，筛选出了雷击闪络风险较高杆塔，为该线路防雷治理提供了重要依据。此方法比起逐基杆塔差异化防雷评估，可快速筛选出雷击闪络风险等级较高杆塔，显著降低工作烦冗度，适用于里程较长线路及批量线路雷害风险评估。

基于DCAE-KSSELM的变压器故障诊断方法

郝玲玲, 朱永利, 王永正

2022, 55(2):  125-130.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202111003

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为了充分利用变压器发生故障时产生的大量无标签样本，提高故障诊断精度，提出基于深度收缩自编码器(DCAE)与核半监督极限学习机(KSSELM)相结合的故障诊断方法。首先使用无标签样本对DCAE网络逐层训练，初始化网络参数，然后用有标签样本数据对网络参数进行微调，最后将有标签样本与无标签样本一起作为深度收缩自编码器与核半监督极限学习机(DCAE-KSSELM)混合网络的输入并完成故障诊断。实验结果表明，所提模型稳定性好，故障诊断精度高，鲁棒性强。

新能源消纳

基于改进蜻蜓算法的光伏全局最大功率追踪

薛飞, 马鑫, 田蓓, 吴慧

2022, 55(2):  131-137.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202010137

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光伏阵列的P-U特性曲线在局部遮蔽条件下呈现多峰现象，针对传统最大功率点跟踪方法易陷入局部极值、群智能算法跟随速度慢的问题，提出一种基于蜻蜓算法和扰动观察法的改进最大功率点跟踪算法。该算法通过优化算法角色，引入Lévy飞行模式加快算法的收敛速度并提高全局搜索能力；结合扰动观察法，提出种群密度的概念，制定最优局部搜索策略提高种群搜索效率与搜索精度。最后，通过仿真对比扰动观察法、粒子群算法和原始蜻蜓算法的追踪结果，验证了所提算法的有效性。

日前电能市场与深度调峰市场联合出清模型

张明理, 张娜, 武志锴, 高靖, 徐熙林, 李健, 吕泉

2022, 55(2):  138-144.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202101059

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以采用全电量集中竞价模式的日前电能交易和东北深度调峰交易融合运行、联合出清为背景，建立一种日前电能量市场和深度调峰服务市场联合出清模型。模型以系统电能量费用、启动费用、调峰费用与新能源限电惩罚费用之和最小为目标函数，以系统电力平衡与备用、火电机组和新能源2类发电单元运行边界为约束条件，实现新能源优先消纳基础上的2市场整体最优；模型通过日前电能量市场预出清与2市场联合再出清的分步计算方法，在可接受的时间内，实现2市场的联合出清。

促进新能源消纳的混合发电系统

杨昆, 孙磊, 房超运, 张怡

2022, 55(2):  145-151.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202105111

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太阳能发电功率逐日增加，以往单一的光伏发电系统并网运行的可调度性和可控性不足，提出了一种新的混合发电系统以提高调度的灵敏性。此系统包括风电场、光伏电厂、光热电站和电加热器。电加热器主要是将多余的风能、光能转化为热能并储存在太阳能发电厂的储热罐中，利用储热光热电站良好的可调度性和可控性，提高系统的旋转备用和爬坡能力，削减风光出力随机性与不确定性，从而提高新能源的消纳量。以系统净收益最大为目标建立模型，在技术约束下最大限度地提高系统利润并研究了不同气候条件下混合发电系统对新能源消纳的影响。

新能源低电压穿越无功电流对暂态电压安全约束的影响

刘辉, 王阔

2022, 55(2):  152-158.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202111041

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新能源汇集系统常呈现弱电网特征，在故障过程中电压波动较大，新能源机组由于低电压和暂态过电压脱网的问题凸显。首先建立新能源汇集系统中新能源机端的电压电流关系，考虑低电压和暂态过电压安全约束，通过理论推导，给出新能源在低/高电压过程中输出无功电流应满足的约束条件。然后将新能源汇集系统按照短路比分类，针对不同短路比（short circuit ratio, SCR）的系统，给出了差异化的新能源低/高电压过程无功电流响应指标要求。

电力电子装置与仿真

基于SoC系统的模块化多电平换流器全电磁暂态实时仿真

游广增, 宋钊, 贵子航, 李玲芳, 朱欣春, 舒德兀

2022, 55(2):  159-165,189.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202011104

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随着基于模块化多电平换流器（MMC）拓扑的柔性直流工程技术广泛使用，相应的电磁暂态（EMT）实时仿真技术变得尤为关键。为了实现基于MMC的柔性直流输电系统的实时仿真，提出一种适用于现场可编程逻辑门阵列（field programmable gate arrays，FPGA）的MMC实时片上系统（SoC）仿真模型及其计算方法。在此实时仿真模型的基础上，将MMC桥臂等效为一个戴维南电路，当MMC电平数变化时，仿真节点数不变，极大加快仿真过程。该方法不仅可以抑制故障下的数值振荡问题，而且可以实现多个子模块串联下的实时仿真。与PSCAD仿真结果的对比验证表明，所提实时仿真模型及计算方法能准确、高效地刻画子模块级和系统级的动态特性。

基于母线电压分层的直流微网系统协调控制

林其友, 蒋文良, 李媛媛, 汪冬冬, 牟思南

2022, 55(2):  166-171,180.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202012071

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在直流微网系统中，各分布式单元通常以分散的方式接入直流母线，而分布式电源和负荷易受到外界环境影响，从而影响直流微网母线电压稳定性。因此设计一种基于母线电压分层的直流微网系统协调控制策略，构建以光伏发电为主的直流微网系统结构，将母线电压划分为5个层级，针对不同层级对应的运行模式，研究分布式单元运行方式及其控制策略，最后通过仿真实验验证了所提控制策略在因环境因素变化导致光伏发电波动和负荷波动的情况下对抑制系统母线电压波动的有效性。

适用于无直流侧电压传感器单相级联H桥型光伏逆变器的直接功率模型预测控制方法

张茜, 毛义鹏, 余乐, 杨皓

2022, 55(2):  172-180.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202005068

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针对大功率光伏发电系统复杂度较大的情况，文中介绍了一种适用于无直流侧电压传感器单相级联H桥型光伏逆变器的直接功率模型预测控制方法。该方法采用顺序计算的思路，将各H桥视为独立的逆变器并逐个完成各H桥的控制。同时，在针对单个H桥的最优调制函数进行计算时，利用逆变器输出电压的变化量对应H桥直流侧电容电压进行重构，并将电容电压控制量嵌入到最优调制函数中以实现电容电压平衡控制。最后，基于Matlab/Simulink仿真环境建立了系统模型，对该方法的性能进行了验证。

新型材料在电力系统中的应用

0.10 mm与0.23 mm取向硅钢在不同运行工况下磁特性的测量与对比分析

刘洋, 巩学海, 陈新, 韩钰, 杨富尧, 马光, 高洁

2022, 55(2):  181-189.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202006198

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在电力电子装备的复杂运行工况下，不同类型取向硅钢表现出的磁特性不同。为了使设计人员在面对不同电力电子装备运行工况时，能够快速准确地对不同类型取向硅钢进行选型，基于中频爱泼斯坦方圈测量装置实现了不同运行工况下0.10 mm超薄取向硅钢与0.23 mm普通厚度取向硅钢磁特性的测量，揭示了两种不同类型取向硅钢的磁特性变化规律。通过不同频率正弦磁化、PWM脉冲磁化及特殊的脉冲磁化工况下两种取向硅钢磁特性的对比，给出了不同运行工况下两种类型取向硅钢的选型建议，为电力电子装备的设计提供了数据支撑。

基于改进鲸鱼算法的电流互感器J-A模型磁滞参数识别

李宜伦, 张异殊, 宋光

2022, 55(2):  190-199.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202004178

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基于J-A磁滞模型模拟电流互感器铁芯磁滞特性的关键是模型参数的精准快速识别。针对现有J-A模型参数提取时输入输出均不易测量和提取方法收敛速度慢、精度低等问题，提出了一种基于改进鲸鱼算法的ψ-i J-A磁滞模型的参数提取方法。该模型以磁链和电流为基础，而不是以磁通密度和磁场为基础。采用加入自适应权重值调整和搜索策略的改进鲸鱼算法对参数进行提取。用所提方法和粒子群算法、鲸鱼算法分别识别P型电流互感器和PR型电流互感器的磁滞曲线，对比可得改进鲸鱼算法精度更高、迭代次数更少，验证了所提方法的高效性。

FeCuNbSiB纳米晶合金软磁性能的热处理工艺调控研究

董帮少, 周少雄, 支起铮, 邢彦兴, 杨富尧, 乔光尧, 韩钰

2022, 55(2):  200-208.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202007232

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为满足大容量高频变压器对大尺寸纳米晶铁芯低损耗需求，探索了50 mm高纳米晶铁芯的热处理工艺，研究了2种典型纳米晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_15.5B₇和Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉（简称B₇和B₉）的热处理温度（330~600℃）对铁芯静态和动态磁性能的影响规律。结果表明：B₇和B₉合金在420℃退火已开始纳米晶化，要远早于通常认为的500℃。2种合金分别在550、580℃退火具有最低的铁芯损耗；而分别在500、550℃退火具有最优的静态磁性能，即最高的磁导率和最低的矫顽力。经施加横向磁场退火后，B₇合金的损耗进一步降低，$P_{\rm{cm}} $（0.5T/20k）达到7.3W/kg，为目前报道的最低铁芯损耗。根据系列数据建立了铁芯损耗分形公式为$ {\mathit{P}}_{\rm{cm}}=0.5{\mathit{f}}^{1.42}{{\mathit{B}}_{{\rm{m}}}}^{2.27} $，预测的准确性得到了实验结果的验证。

改性氧化镁/环氧树脂复合材料的介电及亲疏水性能

庞先海, 贾伯岩, 陈志杰, 顾朝敏, 赵莉华, 任俊文

2022, 55(2):  209-216.  DOI: 10.11930/j.issn.1004-9649.202107105

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为改进开关设备中环氧树脂的电气及疏水性能，对纳米氧化镁（nMgO）分别进行硅烷偶联剂（KH560）及含氟硅烷偶联剂（全氟癸基三乙氧基硅烷）改性，利用FT-IR、XPS对其进行表征。并用溶液共混法分别制备不同质量分数（5%、10%、15%、20%）的环氧复合材料。通过对其介电常数、介电损耗、电导率、接触角的测试表征，结果表明：氟元素的引入可降低复合材料的表面能，且随着掺杂含量的提升，环氧复合材料的疏水性得到明显提升，在质量分数为20%时达到114°。其电气性能均满足电气设备使用要求，其中介电损耗低于环氧树脂的水平，电阻率高于环氧树脂。