 2024 07.17 新南威尔士大学之旅  7月17日清晨，支队整装待发，前往新南威尔士大学（The University of New South Wales, UNSW）电气工程学院，与两位电气工程学院的教授John Fletcher和Georgios Konstantinou的课题组开展了深入交流学习活动。 目前，John Fletcher教授在新南威尔士大学的数字电网未来研究院院长，并在新南威尔士州政府脱碳创新中心的电气化和能源系统网络中担任领导角色。他的研究领域包括电力电子、电机控制、分布式和可再生能源集成，以及电动汽车、轨道牵引和脉冲功率应用。Georgios Konstantinou教授曾获得澳大利亚研究理事会（Australian Research Council, ARC）的Early Career Research Fellow。他的研究领域包括电力电子系统的实时仿真、多电平变换器、高压直流输电中的电力电子、可再生能源和储能系统。  ✦ ✧ Part 1 ✦ 上午，我们来到John Fletcher教授的实验室进行参观交流，教授热烈欢迎了我们支队的到来，并且提到和清华大学电机系有悠久的合作历史，很期待与我们有继续的深度协作往来。随后，课题组的博士后周行和Clay Chu向我们详细介绍了他们的一系列研究成果。  周行博士向我们介绍了他为海水淡化所做的一系列工作，包括他对于四象限的开关电容变换器所做的研究。海水淡化技术是一种通过膜电容去离子系统去除盐分将海水转化为淡水的过程，以解决淡水资源短缺的问题。目前，海水淡化技术存在一系列挑战，如高能耗、运营成本、环境影响等问题。在海水淡化技术中，膜电容去离子电极的电能需求为小电压大电流（电压小于1伏，电流达百安级别），需要对该工况进行接口变换器针对性的设计。周博士针对上述问题，提出了基于四象限开关电容变换器的解决方案，可以实现高变比和平滑稳定的多工况运行模式。 报告过程中，有同学注意到PPT里面展示的净水装置有金风科技的字样，交流过程中提及到了与国内的合作。周博士回答到，这个装置在新疆有实地应用，是一个示范样机，用于盐碱地的盐碱水净化，澳洲也有跟新疆类似的应用。此外，有同学对报告中变换器的多相均流问题提出了疑问。周博士答为该拓扑具备自然的均流功能。  Clay介绍了他关于高速电机的相关研究。由于电动机在全世界工业界及民用界都有着广泛的应用，已经成为了最重要的负载之一。如何提升电动机的效率和功率密度成为大家关注的问题。Clay说到：“1% increase makes a big difference!”即只要世界上的电动机效率提升1%就可以产生巨大的影响，让绿色生活更进一步。接着，他分享了课题组对突破高速电机极限的目标和尝试，并向实践队成员介绍了功率变换的IP架构。  两位博士后介绍结束后，带领我们来到实验室内部进行参观。主要向我们介绍了他们的硬件工作内容，包括实验平台的搭建、调试的过程以及科研的经验分享。支队成员与两位博士后展开了热情的交流和讨论。   交流结束后，支队成员向John Fletcher教授赠送了清华大学伴手礼，并进行了合影留念。   ✦ ✧ Part 2 ✦ 中午，Georgios Konstantinou教授邀请我们及团队内成员共进午餐。午餐结束后，实践支队进行了的学术报告，由我们的四位博士生王乐衡、陈禹志、杜宇韬和徐航向John Fletcher和Georgios Konstantinou两位教授的课题组汇报了我们的研究成果。 王乐衡介绍了一种带有死区延迟的CLLC变换器同步整流策略。在传统的调频控制下，变换器在死区时因器件寄生电容会出现高频震荡，在器件开通时无法保证寄生电容放电完全，从而会导致硬开通现象。因此，提出了一种在死区内延迟开关开通的方法，该方法可以有效实现同步整流下的软开关，从而提高变换器效率，减少电磁干扰现象。为了精确计算延迟时间，采用了相平面轨迹法以简化分析，通过几何计算可以得到初步结果，并通过蒙特卡洛分析等方法提高了时间设计的可靠性。  陈禹志做了关于高可靠、高集成、高效率碳化硅器件应用技术的汇报。碳化硅作为第三代宽禁带半导体器件，具有高效率、高开关频率等优势，应用碳化硅器件成为未来能源变换系统的发展趋势，但是存在器件失效率高、中高压应用受限、系统集成困难等诸多挑战。陈禹志介绍了清华大学郑泽东老师团队在SiC功率器件的失效机理、可靠性、故障保护、封装等方面的研究工作，并介绍了芯片元胞优化设计方面的相关成果。  杜宇韬带来了关于高性能、高可靠性模块化轮毂电机驱动系统的最新研究。与传统内燃机汽车和集中驱动电动车相比，基于轮毂电机的四轮驱动电动车具有灵活布置、高效、车身轻量化、底盘简化等优势。尽管面临空间小、散热难、高簧下质量和高扭矩脉动等挑战，通过采用模块化控制系统、设计SiC模块以及谐波抑制算法，这一技术正在不断进步，为电动车的平稳运行和高可靠性提供保障。未来，随着该技术的进一步成熟，将为汽车工业带来更多变革。  徐航的报告讲述了电机控制领域的相关问题。他先简要介绍了电机控制的研究方向，目前的研究成果和领域，让大家都控制理论的研究路径有所了解。后续通过两个实际应用场景中的电机控制方案进行报告。对传动机构中的非线性因素，例如摩擦，间隙和弹性等影响进行分析建模，进而对其进行控制。报告还介绍了断路器中的电机控制相关问题。从动力学和运动学方程，曲线路径规划，电机设计，电机策略等多个方向进行分析，介绍断路器的路径规划方案，通过多项式拟合来优化运动过程，分析实验结论，验证所提策略对整体控制的提升效果。  下午，我们来到了Georgios Konstantinou教授的实验室，在RTDS实时数字仿真系统中了解他们团队的工作。首先，教授向大家介绍了实验室概况——实验室分为实时仿真实验室和硬件实验室，其中硬件实验室主要研究多电平变换器的运行和控制。接着，Georgios Konstantinou教授课题组4位博士生孙平阳、沈知玮、朱晔和姜山向支队分别开展了中压直流系统建模、电网数字孪生、构网变换器稳定性相关的报告，大家也开始了专业相关的踊跃讨论。    1. 如何处理神经网络训练时的多个拟合loss与物理loss之间平衡？ 通过在验证集上面进行调优最终确定。 2. 处理电力系统的拓扑变化时为何不选用图神经网络而是卷积网络？ 在处理输入的时使用了二维矩阵的形式，并且引入了线路参数矩阵，起到了类似邻接矩阵的作用，与GNN相似。 3. 构网变换器电流限制控制应对的故障场景有哪些？ 电网的频率波动、幅值波动所导致的变换器过电流等。 4. 电力系统数字孪生跟电力系统仿真软件的本质区别是什么？ 仿真工具也是数字孪生系统里很重要的一环，但是数字孪生系统里会有比仿真工具更丰富的功能，比如一些实时预测功能等。 交流结束后，支队成员向教授赠送了清华大学礼品，大家一起合影留念。   ✦ ✧ Part 3 ✦ 插播一些新南威尔士生活片段~ Stress less week 在第八周的时候，学生们有一个“解压周”的活动。或许是临近期末考试，或许是论文作业压力较大，大家会一起来到草坪上，晒着阳光，做一些娱乐活动。其中有画画、听音乐、一些益智小游戏，参与者很多，大家脸上都洋溢着快乐的笑容。（颇有情人坡的味道）    图书馆 新南威尔士的图书馆装修类似清华的三教、四教的感觉，像一个小小的学生活动中心。里面有供同学讨论的集体区域，也有独立的学习桌。图书馆大部分区域设计充分考虑采光，温馨明亮。同学们也十分认真，享受着南半球冬日温暖的阳光。   Electrical Engineering college 惊现猫咖？ 什么电气工程学院还有猫咖教室？错！是 Computer Aid Teaching System Room，即计算机辅助教学系统。新南威尔士大学充分利用计算机资源，开发了自己的计算机辅助教学系统来帮助老师和同学更好的交流。不用羡慕，咱们有慕课和雨课堂！   文案丨全体支队成员 排版丨师雨菲 傅冲 孙雅 审核丨潘石  |
