馬西奎 陳振茂 陳 鋒 董天宇

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第七屆電磁場問題與應(yīng)用國際會議（ICEF'2016）綜述

馬西奎 陳振茂 陳 鋒 董天宇

（1. 電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室（西安交通大學(xué)） 西安 710049 2. 機械結(jié)構(gòu)強度與振動國家重點實驗室（西安交通大學(xué)） 西安 710049）

在介紹2016年第七屆電磁場與應(yīng)用國際會議概況和主要學(xué)術(shù)專題的基礎(chǔ)上，分析了應(yīng)用電磁學(xué)理論與應(yīng)用領(lǐng)域的現(xiàn)狀和取得的主要成果，提出了對未來發(fā)展的建議與思考。

電磁場理論與應(yīng)用 計算電磁學(xué) 學(xué)術(shù)交流

0 引言

第七屆電磁場問題和應(yīng)用國際會議（The Seventh International Conference on Electromagnetic Field Problems and Applications，ICEF'2016）于2016年9月18～20日在西安國際學(xué)術(shù)會議中心（曲江賓館）隆重舉行。會議由中國電工技術(shù)學(xué)會（CES）發(fā)起和主辦，中國電機工程學(xué)會（CSEE）和國際計算電磁學(xué)會（International COMPUMAG Society，ICS）協(xié)辦。自1988年在北京舉辦第一屆，至2012年電磁場問題和應(yīng)用國際會議已經(jīng)分別在杭州、武漢、天津、重慶和大連舉辦了6屆。2016年大會的承辦方為西安交通大學(xué)，具體由西安交通大學(xué)電力設(shè)備電氣絕緣國家重點實驗室和西安交通大學(xué)機械結(jié)構(gòu)強度與振動國家重點實驗室聯(lián)合承辦。

本屆大會共收到來自14個國家的323篇學(xué)術(shù)論文投稿，經(jīng)過嚴格評審，共錄用論文284篇，加之大會特邀報告5篇，最后共有289篇論文入編大會論文集。本次會議共計有214名正式代表注冊參加了大會，他們來自14個國家（中國、美國、加拿大、英國、法國、意大利、澳大利亞、土耳其、俄羅斯、斯洛伐克、波蘭、日本、韓國、泰國），其中境外代表31人，境內(nèi)代表183人。

大會將向國際期刊"The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering" (COMPEL)和"The Inter- national Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics"，推薦大會論文集中的15%論文。

開幕式由大會共同主席陳振茂教授主持，西安交通大學(xué)席光副校長代表學(xué)校對前來參會的專家學(xué)者表示歡迎并預(yù)祝本次大會圓滿成功，大會主席馬西奎教授致開幕詞。美國賓夕法尼亞州立大學(xué)Raj Mittra教授，英國南安普敦大學(xué)Jan K. Sykulski教授，波蘭科學(xué)院電氣工程主席、波蘭波茲南技術(shù)大學(xué)Andrzej Demenko教授，日本東北大學(xué)Toshiyuki Takagi教授，西安交通大學(xué)董天宇博士作了精彩的大會報告，其余論文以口頭報告和海報張貼討論形式進行了廣泛和深入的交流。

1 會議議題和熱點

ICEF會議是中國舉辦的電磁場計算及其應(yīng)用領(lǐng)域中的高級別國際會議。本次會議征文設(shè)置22個議題，分別是：①靜態(tài)/準靜態(tài)場；②波傳播、散射和衍射；③計算和數(shù)值技術(shù)；④優(yōu)化方法及其在電力設(shè)備設(shè)計中的應(yīng)用；⑤耦合問題；⑥材料模型和模擬；⑦應(yīng)用電磁學(xué)中的逆問題；⑧非線性電磁學(xué)；⑨軟件技術(shù)；⑩電機和驅(qū)動；電磁器件及應(yīng)用；電磁兼容與電磁計量；無損電磁檢測及應(yīng)用；等離子體中的電磁學(xué)；納米電磁學(xué)及應(yīng)用；光子、電磁超材料和電磁超表面；生物電磁學(xué)及應(yīng)用；應(yīng)用超導(dǎo)技術(shù)；無線電能傳輸和接收；Benchmarking（TEAM Problems）；電磁學(xué)教育、方法和工具；其他。

作為世界電磁場及其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者交流最新研究成果、發(fā)展趨勢及應(yīng)用進展的大型學(xué)術(shù)平臺，ICEF會議在該研究領(lǐng)域中具有一定的學(xué)術(shù)影響力。這次會議議題受到了廣大學(xué)者和業(yè)界人士的積極響應(yīng)，國內(nèi)外本領(lǐng)域知名專家學(xué)者參會人數(shù)較多是本屆大會的一個特點，他們中有國際計算電磁學(xué)會（International COMPUMAG Society, ICS）秘書長Jan K. Sykulski教授，國際著名電磁波專家美國賓夕法尼亞州立大學(xué)Raj Mittra教授，國際應(yīng)用電磁與力學(xué)期刊主編、日本東北大學(xué)流體科學(xué)研究所副所長，波蘭科學(xué)院電氣工程主席、波蘭波茲南技術(shù)大學(xué)Andrzej Demenko教授等均參加大會并作大會報告或主持學(xué)術(shù)報告。

本次大會的主要議題為電磁場問題及其應(yīng)用，議題基本上涵蓋了當(dāng)前電磁場理論及其分析的所有應(yīng)用領(lǐng)域。論文主題的分布情況見表1?？梢钥闯?，在靜態(tài)/準靜態(tài)場、計算和數(shù)值技術(shù)、耦合問題、電機和驅(qū)動、電磁器件及應(yīng)用和無損電磁檢測及應(yīng)用這六個傳統(tǒng)議題的論文較多，研究工作比較活躍。但是，在非線性電磁學(xué)、等離子體中的電磁學(xué)、納米電磁學(xué)及應(yīng)用、光子和電磁超材料與超表面這四個新興議題的論文較少。

表1 論文主題分布

Tab.1 Distribution of the papers

1.1 靜態(tài)/準靜態(tài)場、計算和數(shù)值技術(shù)、耦合問題

Andrzej Demenko教授系統(tǒng)地分析了有限元法、有限差分法和有限積分法之間的等價性及其之間的聯(lián)系，指出了可以簡單地利用積分方法得到通常利用變分方法得到的有限元方程。他應(yīng)用電路和磁路模型解釋了有限元、有限差分和有限積分方程的含意。西安交通大學(xué)董天宇博士系統(tǒng)地介紹了他們課題組20余年來對電磁波時程精細積分法的科學(xué)研究成果。這是一種“面向常微”求解瞬態(tài)電磁場問題的半解析數(shù)值方法，它放棄了通常對時間坐標(biāo)的差分離散，而是利用精細算法能夠在計算機字長范圍內(nèi)精確計算矩陣指數(shù)的特點，可在計算機上得到對于時間的常微分方程組事實上的精確解。這種方法不僅可以將時程積分的計算精度大幅度提高，并且穩(wěn)定性好，其穩(wěn)定性判據(jù)是時域有限差分法穩(wěn)定性判據(jù)的2倍（一般取=20），要遠遠比時域有限差分方法的CFL條件寬松得多。特別是，它解決了時間差分方法難于處理的長時間過渡問題以及計算誤差隨計算時間增長而急劇增加的問題。在電磁波時程精細積分法的應(yīng)用中，就允許時間步長的選擇來說只需考慮精度的要求而幾乎不用受穩(wěn)定性評估的約束，可以采用很大的時間步長來進行計算，大的時間步長可以縮短計算的時間和提高計算效率。還有，時程精細積分方法的數(shù)值色散特性完全不受時間步長取值的影響。電磁波時程精細積分方法創(chuàng)立的一個重要意義是改觀了目前大多數(shù)現(xiàn)存時域方法中以求解差分方程為基本手段的現(xiàn)狀，不僅由差分方程的求解上升到常微分方程的求解這一更高檔次的計算平臺，而且更接近于原求解問題的理論模型。電磁波時程精細積分法在各個領(lǐng)域中已經(jīng)有了很多成功的應(yīng)用，具有良好的發(fā)展前景。

1.2 電機和驅(qū)動

該議題論文較多。熱點問題主要有永磁無刷電機、開關(guān)磁阻電機、永磁同步電機、無速度傳感器交流傳動系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)以及高速電機及其控制。論文涉及到永磁電機的性能分析和優(yōu)化設(shè)計、無位置傳感器電機控制的各種方法、數(shù)字化PID調(diào)節(jié)和自動校正、減少電機的電磁振動和電磁噪聲、永磁無刷電機轉(zhuǎn)子位置辨識及其信號處理、開關(guān)磁阻電機鐵耗模型、基于多項式的非線性磁通鏈模型、內(nèi)置式永磁同步電機轉(zhuǎn)矩的解析預(yù)測、高速節(jié)能非結(jié)晶定子磁心永磁電機的優(yōu)化設(shè)計、非結(jié)晶永磁同步電機的電磁振動分析、分數(shù)槽永磁電機氣隙磁通密度的諧波分析和整定、定子端部結(jié)構(gòu)對大型汽輪發(fā)電機定子線棒端部漏磁場分布的影響、耦合永磁同步電機中的共存吸引子、基于Boost變換器的U形鐵心混合激勵開關(guān)磁阻電機驅(qū)動、氣隙長度對單邊軸向磁通無刷直流電機性能的影響、無刷雙饋電機的轉(zhuǎn)矩速度特性分析、基于自適應(yīng)可變步長最小二乘算法的磁浮轉(zhuǎn)子的不平衡振動控制、負載條件下籠型感應(yīng)電機轉(zhuǎn)子損耗的精細分析、不同繞組聯(lián)結(jié)方式下無刷直流電機不可逆去磁化的比較研究等。此外，還有特種電機如直線電機、無軸承電機、雙凸極電機等仍是人們關(guān)注的重點，尤其是電力電子控制與特種電機集成于一體是一個發(fā)展趨勢。

1.3 電磁器件及應(yīng)用

該議題涉及論文最多。熱點問題主要有電力變壓器繞組的強度、大型電力變壓器的等效試壓、高阻抗變壓器的設(shè)計、大型變壓器金屬構(gòu)件的渦流、交流接觸器、磁控可飽和電抗器、高壓分流電抗器、HVDC換流變壓器、飽和鐵心故障限流器。論文涉及到多重短路條件下電力變壓器繞組的強度分析和計算、大型電力變壓器多層屏蔽結(jié)構(gòu)分析、變壓器鐵心溫升的模型試壓和數(shù)值分析、基于場路耦合方法的高阻抗變壓器設(shè)計、大型變壓器金屬構(gòu)件的渦流分析和降低、牽引變壓器磁屏蔽結(jié)構(gòu)的三維漏磁場分析和改善、基于兩相磁材料的新型節(jié)能接觸器設(shè)計研究、800kV EHV磁控可飽和電抗器的諧波分析和鎮(zhèn)定、不同激勵條件下HV分流電抗器的磁場和特性參數(shù)的數(shù)值分析與計算、不同諧波分量對HVDC換流變壓器雜散損耗的影響分析與計算、溫度和直流偏置對換流變壓器鐵心損耗和磁場分布的影響分析、一種新型飽和鐵心故障限流器及其非線性磁路模型、基于納米復(fù)合材料的單相變壓器中的直流偏置消除、可控飽和電抗器集成技術(shù)、利用負磁導(dǎo)率的平面變壓器的磁場分布計算、考慮頻變特性的變壓器繞組的MTL模型、考慮疊層鐵心結(jié)構(gòu)的磁飽和電抗器的損耗和噪聲分析、大型可飽和電抗器鐵心振動的模擬和試壓研究、不同疊層磁屏蔽板對電力變壓器殼性能的影響分析、電力變壓器繞組的徑向短路強度和穩(wěn)定性分析。

1.4 無損電磁檢測及應(yīng)用

該議題是電磁場理論在電氣工程之外的一個拓展應(yīng)用領(lǐng)域，它對電氣工程的發(fā)展會帶來積極的影響。該議題論文也比較多。日本東北大學(xué)Toshiyuki Takagi教授在大會報告中重點介紹了電磁超聲檢測及其在高溫部件壁厚減薄監(jiān)測評價中的應(yīng)用。所開發(fā)的基于電磁鐵偏置磁場和電磁共振型測厚方法的檢測系統(tǒng)對于高溫管道減薄具有很好的檢測性能和精度，在核電管道流動加速腐蝕（FAC）減薄缺陷的定量評價和定量監(jiān)測中得到了很好的應(yīng)用。近20篇相關(guān)論文還涉及到閉口裂紋電磁超聲信號分析，人工模擬應(yīng)力腐蝕裂紋信號特征分析、基于脈沖渦流、掃頻渦流檢測的結(jié)構(gòu)老化評價方法，無損檢測信號處理新方法，無損檢測缺陷檢出概率分析方法，鐵磁材料壁厚電磁無損評價方法，磁記憶檢測機理研究，微波無損檢測在金屬和介電材料評價中的有效性評價，以及電磁無損檢測方法在碳纖維增強復(fù)合材料（CFRP）及泡沫金屬等新材料的材質(zhì)和缺陷評價中的應(yīng)用等。論文基本覆蓋了電磁無損檢測方向的主要研究熱點，包含了理論分析模型和算法、新檢測方法和系統(tǒng)以及典型應(yīng)用，說明相關(guān)論文能夠反映這一方向國際前沿研究方向和內(nèi)容。

2 成果與不足

會議國內(nèi)入選論文有256篇，占總?cè)脒x論文的90%。從論文內(nèi)容上看，我國在電磁場問題及應(yīng)用某些領(lǐng)域內(nèi)（如靜態(tài)/準靜態(tài)場、計算和數(shù)值技術(shù)；優(yōu)化方法及其在電力設(shè)備設(shè)計中的應(yīng)用、電機和驅(qū)動、電磁器件及應(yīng)用、無損電磁檢測及應(yīng)用、無線電能傳輸和接收）學(xué)術(shù)水平還是比較高的，但在波傳播、散射和衍射、材料模型和模擬、非線性電磁學(xué)、軟件技術(shù)、等離子體中的電磁學(xué)、納米電磁學(xué)及應(yīng)用、光子、電磁超材料和超表面前沿方向領(lǐng)域與國際水平仍有很大的差距。與會國內(nèi)專家學(xué)者認為：必需積極參與國際范圍競爭，活躍國際化交流，這是全面提高我國在該領(lǐng)域研究水平的一條必經(jīng)之路。特別值得注意的是，要尋找有效的切入點，爭取在某些點上有原創(chuàng)性的突破，形成有自主知識產(chǎn)權(quán)的前沿應(yīng)用技術(shù)，從而在國際電磁場問題及其應(yīng)用研究前沿之中占據(jù)應(yīng)有的地位。

本次大會的成功舉辦得到了參會人員的高度評價。本次會議為相關(guān)學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的人士提供一個交流平臺，對推動研究成果的共享，促進研究思想的溝通，也為將來世界各地專家學(xué)者建立實質(zhì)性的合作打下堅實的基礎(chǔ)，為促進我國電氣工程學(xué)科的發(fā)展和人才培養(yǎng)起到了積極的作用。但會議同時也存在一些問題和不足，主要有以下幾個方面：

（1）國內(nèi)工業(yè)界參會人員較少。因此，希望將來與國內(nèi)外工業(yè)界積極溝通，特意設(shè)置工業(yè)展覽和技術(shù)研討分會場。

（2）仍有個別國內(nèi)作者無故缺席，以致造成宣讀報告的缺席，影響不好。

（3）一些國內(nèi)作者不重視張貼報告的準備工作，展出的膠片不合規(guī)范，字跡太小，版面單調(diào)，效果不佳。

（4）相比較國內(nèi)代表人數(shù)，國外代表較少。因此，希望將來能與2個以上國家合辦，使ICEF會議走出國門，擴大我國電磁場問題及應(yīng)用研究領(lǐng)域?qū)＜业挠绊懥Α?/p>

如果我們各位同行都能積極地想辦法，這些問題的解決是指日可待的?？傊?，這次會議的成功舉辦使得我國在電磁場問題及應(yīng)用研究領(lǐng)域中的國際學(xué)術(shù)地位得到了進一步加強。代表們之間通過廣泛的學(xué)術(shù)交流，不僅很好地總結(jié)了成果，也開闊和開拓了研究的眼界和思路。可以預(yù)計在不遠的將來，我國電磁場問題及應(yīng)用研究領(lǐng)域會變得更加活躍，其發(fā)展將會處于國際前沿。

Overviews on the 7th International Conference on Electromagnetic Problems and Applications (ICEF'2016)

（1. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China 2. State Key Lab for Strength and Vibration of Mechanical Structures Xi’an Jiaotong University Xi’an 710049 China）

With the introduction and survey on the 7th International Conference on Elec- tromagnetic Problems and Applications and its special topics, we describe the present status and major achievements in the areas of theories and application of applied electromagnetic fields, and provide several advices and thoughts for future trends.

Electromagnetic theories and applications, computational electromagnetic, academic communication

TM15

2016-10-12 改稿日期 2016-11-01