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无人机接触高压输电线路时电火花放电建模及实验室等效测试
Modeling Electric Spark Discharges on Drones in Contact with High-Voltage Power Lines and Lab Equivalent Tests
Viet Duong Hoang · Hanchi Zhang · Tim McRae · Claus Leth Bak 等5人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年9月
无人机已广泛应用于高压输电线路的巡检与维护，但其与高压导线间的电位差易引发电火花放电。本文建立了电弧现象的数学模型，可预测任意电压等级和间距下的火花电流幅值与重复频率。通过最高100 kV交流电压的实验室实验验证，模型在峰值电流预测上的误差范围为3.6%至23%。基于仿真结果评估了碳纤维无人机的电磁干扰，并提出了最小化屏蔽方案以降低噪声。所有模型均开源共享，并提出了至少降低两倍电压的等效实验室测试方法，以复现实际架空线路的电弧条件。
解读: 该电火花放电建模技术对阳光电源智能运维体系具有重要参考价值。研究中的电弧数学模型和等效测试方法可应用于iSolarCloud云平台的预测性维护模块，用于光伏电站和储能电站的高压设备巡检风险评估。特别是针对SG系列光伏逆变器和ST储能变流器所连接的高压输电线路，该模型可预测无人机巡检时的电磁干扰水平，...
高压电力电子应用中的电气绝缘频域建模研究综述
Frequency-Domain Modeling of Electrical Insulation and Application to High-Voltage Power Electronics: A Review
Xize Dai · Jian Hao · Ruijin Liao · Claus Leth Bak · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年6月
现代电力应用，如高压直流输电、电气化交通和工业系统，越来越依赖宽带隙半导体，这推动了对能够承受高电场和开关电压波形的电气绝缘系统的需求。绝缘系统的可靠设计对于确保高压电力电子设备的高功率密度和运行稳定性至关重要。在多频电压条件下，绝缘材料内部与频率相关的极化动态特性会显著影响宏观介电性能和绝缘性能。本文全面综述了暴露于不同上升时间开关电压波形下的电气绝缘的频域建模方法。文章研究了用于表征与频率相关的极化动态行为的半经验方程和等效电路模型的进展，分析了这些模型的优点、局限性以及对各种应用的适用性。...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇关于电气绝缘频域建模的综述论文具有重要的战略参考价值。随着公司在大功率光伏逆变器、储能变流器及高压直流输电系统等产品线的持续升级，宽禁带半导体（如SiC、GaN）的应用已成为提升功率密度和效率的关键路径。然而，这些器件的高频开关特性带来了更严苛的绝缘系统挑战，论文所述的...
直接键合铜基板底部铜层对功率模块局部放电性能的影响
Impacts of the Bottom Copper Layer of Direct-Bond Copper Substrates on the Partial Discharge Performance in Power Modules
Yuan Gao · Kai Yin · Claus Leth Bak · Asger Bjørn Jørgensen 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年12月
本文研究了直接键合铜（DBC）基板底部铜层对功率模块局部放电（PD）性能的影响。建立了不同布局的DBC样品有限元仿真模型，并对其电场分布进行了对比分析。结果表明，通过使底部铜层浮空、施加一半的高压，或者部分或完全去除底部铜层，可以显著降低DBC基板三相点处的最大电场。制作了多个DBC样品，并对其局部放电性能进行了实验测试。完全去除底部铜层可使局部放电起始电压（PDIV）提高79%以上。实验结果与仿真分析吻合良好，验证了研究结果。制作了一个采用完全去除底层铜概念的模拟功率模块，并按照IEC 602...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于DBC基板底层铜层优化以提升局部放电性能的研究具有重要的战略价值。在光伏逆变器和储能变流器向中高压、大功率方向发展的趋势下，功率模块的绝缘可靠性已成为制约产品性能提升的关键瓶颈。 该研究通过有限元仿真与实验验证相结合，系统分析了底层铜层不同布局方案对电场分布的影响...