2020电工技术前沿问题学术论坛主题报告

年8月26—28日，由中国电工技术学会和西安交通大学联合主办的“第九届电工技术前沿问题学术论坛暨第十三届中国电工装备创新与发展论坛”（FAFEE）在西安盛大举行，其主题为“智能融合电气创新引领发展”。

为与读者分享本届大会的成果，本文特采撷了主题大会报告的主要观点，希望读者能从中有所裨益。

9.脉冲强磁场技术及其应用

李亮，华中科技大学电气工程学院教授

据了解，发挥材料潜能、提高磁体的结构强度是世界性难题，华中科技大学“脉冲强磁场国家重大科技基础设施”项目首创了脉冲磁体动力学模型，建立了失效判断准则，实现了寿命的准确预测，为结构强度设计提供了一定的理论依据；开发了非连续层间加固技术，使得最大应力降低30%，磁体极限场强提高了14%；开发了国际领先的脉冲磁体专用设计平台，攻克了高场磁体结构强度优化设计难题。

面对困扰国际同行的重大难题——极限工况下波形精确调控是，该团队研发了感应电压对消的磁场波形调控技术，彻底解决了强耦合引起磁场跌落的世界性难题；基于多模块电容型电源供电的方案，实现了20~45T/50Hz的多种不同波形的高重频磁场。

针对毫秒级时间、毫米级空间内测量微弱样品信号的巨大挑战，创建了多维强干扰环境下噪声抑制方法，实现了毫欧级小电阻样品上微伏级信号的精准测量；基于磁场时空分布特性调控的信号增强技术，实现了样品微弱信号的精密测量。

10.轨道交通弓网受流技术的研究进展

吴广宁，西南交通大学电气工程学院教授

据介绍，轨道交通弓网受流技术的主要研究综合机械、电气、材料等因素，探寻高速弓网电接触特征及损伤机理，优化系统状态检测及动态匹配技术，研制高性能电接触材料，提升弓网服役性能，保障高速列车安全稳定运行。

现有刚性弓网系统主要应用于地铁线路，出现了振动冲击频繁等问题。川藏铁路电压等级、运营速度均大幅提高，环境严苛，刚性弓网系统机械/电气损伤问题将更加严重，在国内外尚无相关经验的情况下，实现川藏铁路高速刚性弓网稳定受流将是未来发展的重要需求；随着列车运行速度提升，牵引力不断下降，运行阻力指数的增长，弓网受流质量、效率的逐渐降低，弓网受流“瓶颈”效应逐渐体现，探寻弓网受流的运行速度极限将是未来发展的重要方向。

11.高压断路器介质恢复特性研究

林莘，中国电工技术学会理事、沈阳工业大学电气工程学院教授

据介绍，快速开断断路器、自能式断路器、容性负载开关及新型环保气体断路器等高压断路器的成功开断，与介质恢复特性息息相关。断路器开断工况越来越复杂，熄弧后触头间的恢复电压就会越来越高，高压开关设备弧后介质发生重击穿导致开断失败的问题已日益突出。因此，需要将断路器开断过程研究扩展到电弧熄灭，直至弧介质绝缘强度完全恢复为止的相关研究，以及开展断路器弧后介质恢复特性的研究。

高压交流断路器成功的介质恢复包括热恢复（能量恢复）和电恢复（介质强度恢复）两个过程。该团队在非平衡态等离子体物性参数、双温度非平衡态等离子体电弧数学模型、介质重击穿机理、高压断路器开断全过程数值计算方法等基础理论、实验研究方面取得了相应成果，为新技术、新产品的开发及应用奠定了一定的理论基础。

12.电机气隙磁场调制理论及应用方法

程明，东南大学首席教授，《电工技术学报》编委、《中国电工技术学会电机与系统学报》年执行主编、IEEEFellow

电机气隙磁场调制理论及应用方法，在于指导电机的结构创新，以减少盲目性。以磁通切换电机为例：其性能只决定于励磁磁动势、调制算子和电枢绕组，而并不关心三个部分的具体位置和具体形式。从标准磁通切换电机推导新结构电机，即永磁体阵列绕电机圆心顺时针旋转半个齿间距(π/12弧度)；每个U型铁心一分为二，每个相邻的“半U型”铁心合并生成T型铁心；径向永磁体阵列长度缩短至轭部高度。

研究团队提出了电机三要素模型，建立了电机气隙磁场调制理论，统一了电机原理与分析计算；气隙磁场调制理论既能够解释传统电机的工作原理和转矩生成机理，又能够分析新型电机拓扑(多谐波、多端口)结构；气隙磁场调制理论既能够定性分析不同电机内磁场调制行为，又能够定量解析电机的电磁转矩等特性；气隙磁场调制理论能够指导电机拓扑结构的改进和创新。电机气隙磁场调制理论为电机的分析计算与结构创新，提供了一个全新的视角和手段。

13.特高压换流变多物理场建模与仿真

廖瑞金，中国电工技术学会理事、重庆大学副校长

提出了基于双极性载流子输运模型和Maxwell-Wagner理论融合的多层“液-固“油纸绝缘混合体系的空间/界面电荷动态积聚行为的仿真方法，解决了传统方法未考虑油纸绝缘“液-固”界面电荷动态积聚和迁移的问题；构建了耦合空间电荷效应的非线性电-热模型，首次揭示了大尺度下空间电荷分布对电场畸变的影响规律，以支撑绝缘结构设计；构建了计及非线性材料参数的电磁-热-流耦合模型，解决了非线性耦合场模型构建问题；提出了含高次谐波特高压设备非线性耦合场的复指数频域计算方法，实现了大规模、多谐波、强非线性耦合场的高效求解方法。

团队还开发了具有自主知识产权的特高压设备绝缘设计多物理场分析软件，覆盖电磁、热、流和结构计算功能，支持非线性、各向同性和各向异性情形电场、换流变场路方法、铁芯、结构件磁场计算，填补了国产化多物理场专业分析软件领域的空白。未来，团队将致力于构建基于云-边的电力仿真工业互联网平台。

14.高端智造工业机器人关键技术及发展趋势

徐殿国，中国电工技术学会副理事长、哈尔滨工业大学副校长、IEEEFellow

在工业机器人产业链上游关键零部件领域，以前我国对减速器并没有给予足够的重视，新时代下工业机器人都要求具备高速、高精度控制、高响应等性能，而减速机构已成为其发展的“瓶颈”。减速机构与装备制造业密切相关，我国正加速布局减速机的核心零部件、原材料的选择处理加工、装配环节及严格的检测系统等关键领域，以期让相关技术得到进一步地改善与提高。

当前，伺服电机在减震速度、功率密度、精度、可靠性、稳定性等性能逐渐在凸显，控制器也是如此，伺服电机与控制器作为相辅相成的核心零部件，现需要将这两者进行有机地整合。这就需要解决伺服电机、伺服驱动、控制器相关的关键技术及问题。

在性能提升方面，需要实现智能免调试技术（转矩控制、惯量辨识、参数整定等）的突破，以实现人机协作、机器间的协作，这是未来一大发展趋势。同时，实现在线实时地辨识和获取摩擦系数以实现摩擦补偿，等等。

据介绍，伺服电机和驱动器关键技术发展，涉及效率提升、性能提升及安全问题。其中驱控一体是关键，是工业机器人架构平台变革的基础。而保障其一致性和可靠性，及检测标准和检测工艺，才能实现高端制造的引领与发展。

此外，产学结合、制造业的推广、人才的培养和研发资金投入是打造工业机器人产业生态链不可或缺的环节，无论是来自企业界、投资界，还是学术界的都需在其中找到自己的定位。

15.智慧直流共享平台关键技术与设备

程铁汉，平高集团科信部计划处处长，高级工程师，先后担任平高集团技术中心副所长、平高清大副总经理

通过中压直流平台关键技术研究与运行分析、低压动模试验平台关键技术研究与运行分析、源网荷储的直流用电系统运行分析、平台的智慧共享，平高集团将智慧直流平台建设成为开放性的共享实验室，聚焦智慧直流技术发展和试验检测（低压直流电网的研究和工程提供动模试验，模拟城市中压直流配电网、园区直流电网、直流微网、光伏发电直流系统等各种拓扑的直流电网，并开展低压直流一、二次设备试验检测等），打造基于能源互联网新模式的科研和检测基地。

智慧直流共享平台将面向全社会开放，接口开放、模式开放、服务开放，平高集团还将积极探索开展设备检测、租赁、合作开发等多种共享模式。同时，在用户直流展示，直流动态模拟平台，RT-LAB仿真、中低压控制保护平台，直流成套试验平台领域开展国内外直流供电系统技术需求分析；进行直流AC/DC、DC/DC变换器的优化设计方法研究；开展低压直流配电物联网监测研究；进行源网荷协同的直流配电网优化配置与运行控制技术研究；中低压直流配电系统故障分析及保护配置技术研究等。

16.高压电器试验数据统计分析

阎对丰，高级工程师，西安高压电器研究院有限责任公司，大容量检测室值班长、大数据仿真专责

通过试验数据统计分析，得到电流零前电弧电导临界值，西高院将其用来预测断路器在后续试验中的开断性能。高压断路器Ts试验数据统计分析：在额定操作顺序下进行额定短路电流的开合试验。当不能同时满足施加关合电压和恢复电压时，可以将试验方式Ts分解为Ts(a)和Ts(b)。相较于开断试验，由于预击穿电弧的烧蚀，高温状态下的动静触头在接触后，在压紧力和电动力的作用下，触头的机械磨损使得触头前端发生严重的形变。

投切滤波器组用断路器试验数据统计分析：针对滤波器小组用断路器，西高院提出了滤波器组电流开合极限（BCM）试验，以验证断路器的滤波器组电流开合能力的极限及重击穿概率。选相合闸可以控制产品在电容器上的电压较低时发生预击穿，缩短预击穿时间、减小关合涌流幅值，最理想的情况是在电压零点触头接触，不存在预击穿现象。但由于受合闸过程中触头间隙绝缘下降率与电压下降率的综合作用，在某些工况下无法实现在零点合闸。

西高院还进行了其他相关研究，如不同的湿度及污秽条件下被试断路器的直流电压分布研究；开展直流线路故障电弧去游离试验，探究去游离过程的影响因素及其作用规律。