快速发展的人工智能（AI）技术，在图像、语言、决策和诊断等领域取得了重要进展，为复杂问题的有效解决提供了一种新方法。随着电工装备智能化程度的不断增加，强弱电耦合特性使得电磁场问题呈现的多尺度、多物理场耦合和非线性问题逐渐突出，对其进行高精度数值计算建模和优化计算的难度逐渐增加。因此，该文在AI背景下，结合课题组近期研究成果，介绍深度学习对数据驱动建模、物理驱动的偏微分方程（PDE）求解、知识嵌入建模等典型交叉问题的求解方法，特别是数据和知识联合驱动的复杂电磁场综合问题智能建模现状，阐述电磁综合性能精确建模分析与优化所面临的关键问题与可能的解决方案，并给出了未来发展趋势和面临的挑战。

磁力提升型控制棒驱动机构（CRDM）是反应堆中控制核反应速率的关键电磁执行装置。其动态过程因电流响应、磁路饱和和运动状态间的交叉耦合而复杂，预测难度较大。为实现高精度的快速多物理场耦合计算，该文提出一种动态等效磁网络（DEMN）模型。该模型的关键在于使用正交网格线对CRDM各区域进行网格划分，从而统一磁阻计算公式，实现DEMN的快速建模。动态变化时，仅需调整运动区域的网格大小或位置，避免了冗余建模，减少了网格差异导致的计算误差。结合电路模型和动力学方程，提出一种同时考虑电流瞬态变化和磁路饱和的CRDM多物理场耦合计算方法。最后将计算结果与3D有限元分析（FEA）结果、实验结果进行比较，验证了所提DEMN模型的快速性和准确性，以及多场耦合计算方法的正确性。

在电磁发射系统中，重复发射时超高速摩擦的工况导致低熔点的电枢熔化，其中一部分液膜沉积在导轨上增加了界面，降低了电磁轨道使用寿命，因此有必要分析铝沉积层对枢轨界面滑动电接触的影响机理。该文进行了不同发射次数下小口径电磁发射实验，对枢轨摩擦副材料的载流摩擦磨损行为展开了研究，分析了电枢表面磨损与轨道上方沉积层的组织形貌与分布规律，同时基于枢轨间液膜弹流润滑模型，建立了界面液膜熔融沉积模型，分析了沉积层对液膜运行行为和枢轨界面电接触状态的影响，计算了不同发射次数下沉积层厚度及沉积效率，并结合实验进行了验证。结果表明，当发射次数达到较多次时，轨道表面铝合金氧化层达到了一定的厚度，使得轨道本体的摩擦磨损程度减轻，但机械磨损和电气磨损的共同存在会使枢轨接触面环境更为恶劣，沉积层的存在使得液化层内部存在逆压区域，导致黏滞力增大并发生反向，对电接触状态呈负面的影响。

无线电能传输是以电磁理论为核心的多学科强交叉的新兴研究领域，为描述无线电能传输系统耦合空间内电磁能量变换过程，并针对目前电磁能流研究由于采用复杂高阶数学手段导致其难以通过实验验证、缺乏合理的模型和分析手段描述空间能流分布特性问题，该文通过分析基础电气元件电磁能流的共性特点，基于坡印廷定理搭建了正弦激励下无线电能传输电磁能流模型，采用降阶数学模型定性探索无线电能传输空间能量耦合本质，从能量流动机理的角度划清了与其他电磁变换技术的界限。讨论了无线电能传输系统中电感耦合与电容耦合的共存现象，表明增强近区电磁场耦合是提升系统整体性能的关键，通过电磁能流的观点统一表述了电磁近场区域内无线电能传输的工作模式。最终搭建实验平台对其电感耦合方式与电容耦合方式进行了原理验证。

频率调谐方法可以有效解决因耦合机构参数漂移导致的无线电能传输系统频率失谐问题，有利于提高系统的传输效率及运行稳定性。传统的双边频率调谐控制方法不统一，并且控制参数优化复杂。为此，该文提出一种适用于高阶补偿无线电能传输系统的通用调谐解耦控制策略。首先，基于电路理论构建高阶补偿无线电能传输系统的分析模型，揭示双边谐振条件及其特征。其次，基于扰动观察法构建一种通用的双边调谐解耦控制策略，可实现原边和副边谐振参数的自适应调整。最后，搭建180 W LCC/LCC系统实验样机，验证了所提频率调谐解耦控制策略的有效性，在耦合机构偏移等工况下能够有效维持系统双边的谐振状态，提高了系统的传输效率和稳定性。

可再生能源的快速发展对电力系统中直流断路器的开断能力提出了重大挑战，基于产气材料的气吹灭弧技术可以极大地提高直流断路器的开断能力，然而目前并不清楚产气材料的宏观热解规律和微观热解机理。首先基于反应力场分子动力学分析了不同热解温度和不同热解速率下典型产气材料聚酰胺66（PA66）的微观热解机理，发现PA66的初始断键发生在与酰胺基团相邻的C—C键，H₂和H₂O是PA66的主要热解气体，对其产生过程进行了分析。然后进行了四种不同升温速率下的热解实验，并基于Flynn-Wall-Ozawa等转化率模型获取PA66的活化能均值为194.85 kJ/mol，与分子动力学模拟得到的活化能195.015 kJ/mol较为接近，同时采用热裂解-气谱/质谱实验分析了PA66的热解气体分布，在一定程度上验证了热解动力学计算方法的有效性。该研究为产气材料的宏观热解行为和微观热解机理提供了理论解释，同时为直流断路器用产气材料的性能评价提供了一定的方法基础。

传统的损耗分离模型未考虑机械应力对损耗特性的影响，当取向硅钢片受到沿轧制方向的拉应力或压应力时，传统损耗分离模型存在较大误差。该文对机械应力下取向硅钢片的损耗特性进行了实验研究，获得了工频正弦激励及低频激励下不同拉、压应力对取向硅钢片损耗构成的影响规律，并从磁化机理进行了分析。基于传统的损耗分离模型、应力下取向硅钢片的损耗特性，根据取向硅钢片的剩余损耗参数、磁滞能量损耗的应力相关性，给出一种考虑应力作用下剩余损耗和磁滞能量损耗的修正方法，得到计及机械应力作用下改进的取向硅钢片的损耗分离模型。应用该文改进后的损耗分离模型对不同激励、不同型号的取向硅钢片的损耗构成进行了计算分析和实验验证，结果表明，改进后损耗分离模型的计算结果与实验结果吻合，验证了所提方法的有效性和计算精度。

在无损检测（NDT）领域，对于模拟工具能够预测磁性特征、增进理解并避免苛刻和不确定的实验预期的需求日益增长。由于高灵敏度和无损的特点，磁巴克豪森噪声（MBN）的测量与模拟已成为无损检测中的重要手段。现有的机械应力下的MBN模型虽然可以模拟MBN信号以及MBN特征值，但它们都无法全面而精确地模拟不同软磁材料在应力下的MBN信号。为此，该文首先基于改进的S-J-A磁滞模型，考虑磁各向异性、模型参数与应力之间的关系，模拟了软磁材料的不可逆磁滞回线；其次，将软磁材料的不可逆磁滞回线与MBN包络线相联系，得到磁巴克豪森噪声（MBN）的包络曲线的数学模型；然后，用包络曲线调制1~50 kHz的白噪声，模拟得到MBN信号；最后，以取向电工钢片（30QG120）、无取向硅钢（35WW230）和非晶合金（1K101）三种不同的软磁材料为研究对象，利用提出的MBN模型在不同的机械应力条件下进行MBN的模拟。通过将实验数据和现有模型进行对比，验证了所提出模型的精确性和可靠性。

在机械臂关节伺服系统中，电机通常需要带载直接起动而不能进行初始位置校准。基于开关型霍尔位置传感器的表贴式永磁同步伺服电动机能够读取电机电角度所在扇区来实现直接起动，但在起动时存在位置不准确的问题，无法获得最大的起动转矩。对此，该文提出一种基于霍尔位置传感器的表贴式永磁同步电机最速起动方法，无需额外的信号注入以及初始位置校准程序，在电机起动的首个扇区内使用所提出的角度曲线进行磁场定向控制算法中的转子位置估计，同时结合最大转矩电流比控制，能够在统计学意义上提高起动转矩，有效缩短扇区内全初始角度的起动时间期望，优化霍尔位置传感器定位不准确时的起动过程。此外，该文给出了该角度最速起动曲线的设计方法及数值解，并给出该方法在起动时间期望上的最小值证明。在实际伺服电动机参数下的仿真与实验表明：所提方法能够有效实施在现有的关节伺服系统中，与现有的方波起动方法及扇区中值起动方法相比，有效减小了全扇区角度起动时间的平均值，实现了统计学意义上电机的最速起动。

最大转矩电流比（MTPA）控制可充分利用磁阻转矩，提高永磁同步电机的运行效率，但无论是公式法还是高频信号注入法，均需要安装至少两个相电流传感器以获得电机的电流信息。为提高永磁同步电机驱动系统在电流传感器故障条件下的容错控制能力，同时降低系统制造成本，该文提出了一种无需电流传感器的MTPA控制策略。该策略仅使用一个速度控制器，通过公式法计算电机的dq轴控制电压指令。为提高运行效率，降低逆变器非线性影响，采用平均值补偿法对电压源型逆变器（VSI）进行非线性补偿，提高了MTPA控制精度和控制性能。实验结果表明，所提方法的控制性能与有电流传感器的MTPA方法接近，稳态时工作电流矢量幅值误差不超过1%，而未考虑VSI非线性补偿的传统方法最大误差超过30%，平均误差大于15%。实验验证了该文所提方法的动态性能，并对电机参数变化具备一定的鲁棒性。

因大气隙、端部效应、大功率低开关频率驱动等特点，城轨交通用直线感应电机系统运行效率偏低。现有效率优化控制策略通过损耗建模、磁链调节等过程成功提升了电机效率，但仍存在参数鲁棒性差、系统效率提升受限等问题有待解决。为此，该文针对三电平变频驱动的直线感应电机系统提出了一种适用于低开关频率的强鲁棒效率优化控制策略。首先，建立了直线感应电机初级磁链-损耗模型，分析了损耗模型参数敏感性及其局限性，进一步结合梯度下降法提出了混合式最优初级磁链搜索方法，消除了参数变化对最优磁链选择的影响；然后，推导了含初级磁链控制、开关频率约束、中点电压平衡等多个目标的价值函数，提出了基于非线性扩展状态观测器的无模型预测磁链控制，实现了低开关频率下对最优磁链的灵活调节；最后，大量实验结果表明，所提方法避免了参数变化、建模误差等在最优磁链选择和控制过程中造成的影响，有效提升了驱动系统的运行效率及鲁棒性。

双三相永磁同步电机的缺相容错控制策略大多基于正弦电流模式展开研究，然而由于正弦电流模式这一附加约束，缩减了电流参考求解空间的大小，限制了电机容错性能的提升，因此该文针对这一问题做出改进。首先，向容错后的相电流中额外注入3次谐波，对最小铜耗与最大转矩控制策略的电流参考重新优化，改善了两种控制策略的容错效果。其次，综合考虑电机的定子铜耗与转矩输出能力，引入分配系数，将最小铜耗与最大转矩控制策略组合，提出了一种基于谐波注入的全转矩范围最小铜耗控制策略，得到了全转矩范围内电流参考的统一表达式，针对不同的负载工况，在线调节分配系数实现了容错切换轨迹的优化，在不牺牲输出负载范围的同时，有效降低了定子铜耗。最后，通过实验验证了该容错控制策略的有效性。

高频电流互感器（HCT）型隔离取能电源具有优异的低寄生电容和强隔离能力，在高压碳化硅（SiC）器件及装备应用中具有良好的应用前景。然而，该装置的复杂结构带来了绝缘特性不明和高效耐压提升方法不清等问题。因此，该文首先构建HCT型隔离电源的三维等效仿真模型，系统探究了磁心尺寸、绕组匝数、隔离距离等7个关键结构参数对取能电源高压电场分布的影响特性，提出多因素耦合下的优化设计方法。然后搭建HCT型隔离取能电源高压实验平台，通过实验探究了关键结构因素对局部放电量形成和发展的关联规律，明晰了不同结构尺寸下的HCT型电源耐压强度，最终为HCT型隔离取能电源的绝缘优化设计奠定了理论基础。

传统并网变流器（GCC）控制参数设计通常在额定工况下展开，为了确保系统在非额定工况下安全运行，往往需要牺牲锁相环带宽换取稳定裕度，难以实现变流器稳定性和快速性之间的折中。此外，稳定裕度与系统输出极限的关系难以确定，二者间的定量关系依赖仿真或者实验。为此，该文提出一种基于电流稳定运行域的锁相环参数设计方法。首先，考虑控制环路之间的相互耦合，推导了复矢量开环传递函数G_s(s)，用于分析GCC不同系统参数下的稳定运行范围。其次，通过数值分析，得到了电流环与锁相环（PLL）的控制参数域，并分析了环路间耦合对锁相环控制参数取值的影响。然后，得到了不同PLL开环截止频率下GCC的电流稳定边界，并根据所需稳定运行余量选取控制参数，在保证稳定性的同时提升PLL动态性。最后，通过仿真与实验结果验证了理论分析的正确性和所提设计方法的有效性。

LLC变换器因其出色的软开关性能与低输出阻抗被广泛地应用于电池储能变换器的功率级。在低压大电流工况下，LLC二次侧多采用矩阵变压器降低电流应力。在实际电路中，矩阵变压器体积占整个主功率部分25%左右，严重制约了装置功率密度的提高。且传统分立绕线式矩阵变压器寄生参数不可控，导致LLC输出电压跌落及开关尖峰，降低了装置可靠性。该文提出一种考虑损耗与寄生参数的LLC四元平面矩阵变压器集成优化设计方法。首先，基于四元集成磁心磁通分布特性提出分布式磁心损耗计算方法，建立变压器精确损耗模型。其次，通过建立变压器寄生电感和寄生电容求解模型，确定变压器结构参数与寄生参数的映射关系，实现了变压器损耗、寄生电感、寄生电容流程化解耦设计，在保证变压器高效运行前提下寄生参数可控。最后，通过有限元仿真验证并搭建了两台250 W/3.3 V/48 V储能变换器实验样机。所提方法样机在84 A输出电流下，LLC效率为95%，集成矩阵变压器一、二次侧漏感降低为原先的30%，寄生电容被有效抑制，运行性能得到进一步提升。

为进一步提高双Buck-Boost-CLLC三端口变换器系统的效率与功率密度，该文研究其磁性元件集成和优化设计的方法，提出将拓扑中的两个Buck-Boost反向耦合电感与CLLC谐振变换器谐振腔中的两个谐振电感及变压器全集成在同一个磁性元件中。详细分析该全集成磁心结构的等效磁路模型，表明该结构可实现一定的磁通抵消而减少磁心损耗。同时对全集成磁件结构参数进行了优化设计，以有效提高变换器的效率和功率密度。最后通过搭建一台500 W的实验样机系统进行实验，结果验证了所提出的全集成磁件结构的有效性和可行性。

针对单级式双有源桥AC-DC变换器调制非线性和电流应力较大的问题，该文提出一种基于线性化的变换器最小电流应力控制策略。首先，分析扩展移相（EPS）调制策略的开关特性，对于输入电流与移相比呈非线性的特点，提出一种线性化变频移相控制策略。其次，通过微分极值法实现变换器电流应力的最小化，该控制策略不仅可以降低变换器的控制复杂度，还可以在有效降低变换器电流应力的同时保证开关管具有较宽零电压开通（ZVS）范围，并且移相比和开关频率以解析形式获得，计算简单、易于实现。最后，通过仿真和实验对该文所提控制策略进行验证，证明了该控制策略的可行性。

四开关Buck-Boost（FSBB）变换器凭借其优异的宽范围电压调节能力和输入输出电压极性相同的特点被广泛应用于电子设备中。基于四模态控制策略的FSBB变换器在输入电压和输出电压接近时会工作在过渡模式（扩展降压模式或扩展升压模式）。此时变换器的所有开关器件都将处于工作状态，变换器的开关损耗增加，变换器的转换效率降低。针对上述问题，该文提出一种低纹波-变频控制策略，当FSBB变换器工作在过渡模式时，控制两个桥臂之间的移相时间使电感电流的纹波降至最低，然后降低开关频率，提高变换器的效率。首先，分析FSBB变换器多模态控制的工作特点，指出单模态控制电感电流纹波较大、双模态控制占空比受限和三模态控制电流有效值较大的缺点，进而确定四模态控制的工作模式；其次，分析四模态控制策略下电感电流纹波与桥臂移相时间的关系，得到最小电感电流纹波的工作条件；再次，建立FSBB变换器的损耗模型，并提出低纹波-降频控制策略，降低FSBB变换器过渡模式时的开关频率，提高变换器效率；最后，搭建一个300 W的实验样机，实验结果表明，所提出的低纹波-变频控制策略的电感电流纹波在相同开关频率下仅为传统控制策略的35.6%。另外，通过实验样机实现了98.52%的峰值转换效率和98.4%的满载转换效率。相比较于传统定频控制策略，峰值效率提高了2.46%，满载效率提高了2.35%。

高峰均比低频脉冲功率负载严重影响机载电源系统安全稳定运行。该文提出基于纹波电压补偿原理的脉冲功率主动平抑电路及其控制方法。利用脉冲平抑电路主动补偿储能电容电压波动，实现了母线电压和储能电容电压解耦，消除了直流母线侧电流脉动。由于脉冲平抑电路只需要补偿电容电压波动，其功率容量和损耗远小于脉冲负载平均功率，大大减小了主动平抑电路的体积、质量和损耗。该文详细分析脉冲平抑电路的工作原理、参数设计方法与控制策略，并通过实验对比验证了所提方法的正确性和有效性。

随着新能源渗透率的提高，具有电压和频率支撑能力的构网型逆变器正得到广泛关注。现有研究主要聚焦于构网型逆变器的次/超同步振荡问题，但类似于跟网型逆变器，控制延时作用于电压电流控制环路，也会给系统带来中高频谐振风险。该文揭示电压电流双环控制构网型逆变器的中高频谐振机理，并分别从内部稳定性和外部稳定性两个维度，提出清晰直观的控制参数设计指导方法和虚拟阻抗构建的优化控制策略。所提出的参数优化设计方法避免了反复试凑，并可保证系统的内部稳定性和低稳态误差。通过严谨推导并分析并网电流前馈函数与输出阻抗的矢量映射关系，提出简单有效的并网电流前馈策略，提升了逆变器对电网阻抗的鲁棒性。最后，在一台10 kW的逆变器原理样机上，验证了上述理论分析的正确性和所提策略的有效性。

大力发展风电是构建新型电力系统和保障国家能源安全的重要举措，风电机群高性能服役是实现国家“双碳”战略目标的重要保障。随着单机容量和装机规模持续增大，风况、海况等复杂环境使大规模风电机群服役性能-安全运行能力-发电效益之间的协同优化难度增加，机组安全准确预警与服役质量调控面临严峻挑战。为此，该文主要针对风电机群服役质量动态调控需求，首先，从关键部件层面论述齿轮箱、变桨系统、变流器、发电机和叶片的故障诊断方法，以及齿轮箱和变流器的可靠性分析方法，在此基础上，对各种方法的优缺点进行梳理与比较；然后，就健康度、环境因素对单机服役质量的影响展开分析，从高品质发电、维保优化和尾流控制对机群服役质量影响展开论述；最后，对未来风电机群服役质量调控的发展趋势及潜在的研究热点进行探讨与预测，旨在为提升风电机群的服役性能和促进风电产业的健康可持续发展提供理论借鉴。

面对新能源电力系统运行场景的复杂多变性，基于深度学习的电力系统暂态稳定评估模型难以维持原有的评估性能。为此，该文提出一种面向运行场景变化的判别式域适应暂态稳定评估框架。首先，在对齐源域和目标域边缘概率分布的同时，利用贝叶斯定理进一步对齐条件概率分布，以实现最大限度的域适应。其次，在域适应中，综合考虑均值差异和方差差异，构建一种新的迁移正则项来度量域间分布差异，以进一步提高模型的域适应能力。最后，设计了一种可调参数的判别式Softmax函数，旨在通过调整参数来促使类内样本特征更加紧凑，同时迫使类间样本特征相互远离，从而获得更具判别性的暂态稳定性特征，以提高评估模型对电网的适用性。在新英格兰10机39节点系统和中国西南某省电网上的算例，验证了所提方法在新场景样本匮乏的情况下的有效性和泛化性。

现场变负荷运行条件下的油浸式变压器动态载荷（DTR）和热寿命损失与设备的瞬态温升密切相关。该文提出了一种耦合电网络的格子玻耳兹曼（LBM）物理在环仿真模型，实现对电网络约束下的DTR实时评估。采用D2Q9模型对流体流动和热格子玻耳兹曼方程（LBEs）进行求解捕获变压器内部瞬态的油流和温升过程；在Simulink环境中采用等价电流源模型构建多级负载的电网络约束，并将建立的变压器LBM模型作为元件进行数值封装完成物理在环的仿真模型构建。与有限体积法（FVM）相比，所建立的模型热点温升的稳态和瞬态求解结果的误差分别为2.60%和6.44%，热点温升变化趋势与变压器负载导则吻合，验证了所提方法的有效性。基于该模型对恒定25℃、夏季和冬季典型环境温度变化下的油浸式变压器负载能力进行了评估，结果显示在相对绝缘寿命损失小于1的前提下，环境温度恒定25℃、夏季典型变化温度和冬季典型变化温度下最大的负载系数分别为1.20、1.10和1.60。所提出的基于LBM的仿真模型对油浸式变压器温升的实时监测、负载能力评估和动态增容提供了一种有效方法。

低压供配电系统直接与用户相连，庞大且复杂的结构导致其维护检修欠缺，是电气火灾的重灾区。低压交流串联故障电弧具有负阻特性，传统继电保护难以检测，其可在短时间内产生高温，引发火灾速度极快。因此，该文搭建交流故障电弧致火风险实验平台，分析交流故障电弧物理特性；构建磁流体动力学故障电弧仿真模型，研究电弧起始阶段和稳定阶段下的温度发展过程和影响因素，并结合现有标准分析了规定动作时间范围内的故障电弧潜在危害。通过实验验证了仿真模型在电弧最高温度、周围温度和电极温度上的可靠性，并直观展示了小电流故障电弧的危害性。该文研究表明，交流故障电弧温度随电流瞬时值呈周期性发展，电流等级和弧隙距离是主要的影响因素，其中电流等级起决定作用。32 A电流等级以下电弧最高温度随电流值近似呈线性增长，32 A以上增速明显放缓。1 A及2 A小电流等级下故障电弧也具备引燃能力，适当的安全距离和严格的切除时间是限制故障电弧致火风险的有效手段。