馬西奎 陳振茂 陳 鋒 董天宇

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第七屆電磁場(chǎng)問(wèn)題與應(yīng)用國(guó)際會(huì)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西安交通大學(xué)） 西安 710049 2. 機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（西安交通大學(xué)） 西安 710049）

在介紹2016年第七屆電磁場(chǎng)與應(yīng)用國(guó)際會(huì)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(duì)未來(lái)發(fā)展的建議與思考。

電磁場(chǎng)理論與應(yīng)用 計(jì)算電磁學(xué) 學(xué)術(shù)交流

0 引言

第七屆電磁場(chǎng)問(wèn)題和應(yīng)用國(guó)際會(huì)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(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議中心（曲江賓館）隆重舉行。會(huì)議由中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)（CES）發(fā)起和主辦，中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)（CSEE）和國(guó)際計(jì)算電磁學(xué)會(huì)（International COMPUMAG Society，ICS）協(xié)辦。自1988年在北京舉辦第一屆，至2012年電磁場(chǎng)問(wèn)題和應(yīng)用國(guó)際會(huì)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(huì)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(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和西安交通大學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與振動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合承辦。

本屆大會(huì)共收到來(lái)自14個(gè)國(guó)家的323篇學(xué)術(shù)論文投稿，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格評(píng)審，共錄用論文284篇，加之大會(huì)特邀報(bào)告5篇，最后共有289篇論文入編大會(huì)論文集。本次會(huì)議共計(jì)有214名正式代表注冊(cè)參加了大會(huì)，他們來(lái)自14個(gè)國(guó)家（中國(guó)、美國(guó)、加拿大、英國(guó)、法國(guó)、意大利、澳大利亞、土耳其、俄羅斯、斯洛伐克、波蘭、日本、韓國(guó)、泰國(guó)），其中境外代表31人，境內(nèi)代表183人。

大會(huì)將向國(guó)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(huì)論文集中的15%論文。

開幕式由大會(huì)共同主席陳振茂教授主持，西安交通大學(xué)席光副校長(zhǎng)代表學(xué)校對(duì)前來(lái)參會(huì)的專家學(xué)者表示歡迎并預(yù)祝本次大會(huì)圓滿成功，大會(huì)主席馬西奎教授致開幕詞。美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)Raj Mittra教授，英國(guó)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(huì)報(bào)告，其余論文以口頭報(bào)告和海報(bào)張貼討論形式進(jìn)行了廣泛和深入的交流。

1 會(huì)議議題和熱點(diǎn)

ICEF會(huì)議是中國(guó)舉辦的電磁場(chǎng)計(jì)算及其應(yīng)用領(lǐng)域中的高級(jí)別國(guó)際會(huì)議。本次會(huì)議征文設(shè)置22個(gè)議題，分別是：①靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)；②波傳播、散射和衍射；③計(jì)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(jì)中的應(yīng)用；⑤耦合問(wèn)題；⑥材料模型和模擬；⑦應(yīng)用電磁學(xué)中的逆問(wèn)題；⑧非線性電磁學(xué)；⑨軟件技術(shù)；⑩電機(jī)和驅(qū)動(dòng)；電磁器件及應(yīng)用；電磁兼容與電磁計(jì)量；無(wú)損電磁檢測(cè)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(wú)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(chǎng)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(shì)及應(yīng)用進(jìn)展的大型學(xué)術(shù)平臺(tái)，ICEF會(huì)議在該研究領(lǐng)域中具有一定的學(xué)術(shù)影響力。這次會(huì)議議題受到了廣大學(xué)者和業(yè)界人士的積極響應(yīng)，國(guó)內(nèi)外本領(lǐng)域知名專家學(xué)者參會(huì)人數(shù)較多是本屆大會(huì)的一個(gè)特點(diǎn)，他們中有國(guó)際計(jì)算電磁學(xué)會(huì)（International COMPUMAG Society, ICS）秘書長(zhǎng)Jan K. Sykulski教授，國(guó)際著名電磁波專家美國(guó)賓夕法尼亞州立大學(xué)Raj Mittra教授，國(guó)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(zhǎng)，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(huì)并作大會(huì)報(bào)告或主持學(xué)術(shù)報(bào)告。

本次大會(huì)的主要議題為電磁場(chǎng)問(wèn)題及其應(yīng)用，議題基本上涵蓋了當(dāng)前電磁場(chǎng)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?？梢钥闯觯陟o態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)、計(jì)算和數(shù)值技術(shù)、耦合問(wèn)題、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)、電磁器件及應(yīng)用和無(wú)損電磁檢測(cè)及應(yīng)用這六個(gè)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(gè)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(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)、計(jì)算和數(shù)值技術(shù)、耦合問(wèn)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(jià)性及其之間的聯(lián)系，指出了可以簡(jiǎn)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(lái)對(duì)電磁波時(shí)程精細(xì)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(chǎng)問(wèn)題的半解析數(shù)值方法，它放棄了通常對(duì)時(shí)間坐標(biāo)的差分離散，而是利用精細(xì)算法能夠在計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)范圍內(nèi)精確計(jì)算矩陣指數(shù)的特點(diǎn)，可在計(jì)算機(jī)上得到對(duì)于時(shí)間的常微分方程組事實(shí)上的精確解。這種方法不僅可以將時(shí)程積分的計(jì)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(shí)域有限差分法穩(wěn)定性判據(jù)的2倍（一般取=20），要遠(yuǎn)遠(yuǎn)比時(shí)域有限差分方法的CFL條件寬松得多。特別是，它解決了時(shí)間差分方法難于處理的長(zhǎng)時(shí)間過(guò)渡問(wèn)題以及計(jì)算誤差隨計(jì)算時(shí)間增長(zhǎng)而急劇增加的問(wèn)題。在電磁波時(shí)程精細(xì)積分法的應(yīng)用中，就允許時(shí)間步長(zhǎng)的選擇來(lái)說(shuō)只需考慮精度的要求而幾乎不用受穩(wěn)定性評(píng)估的約束，可以采用很大的時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，大的時(shí)間步長(zhǎng)可以縮短計(jì)算的時(shí)間和提高計(jì)算效率。還有，時(shí)程精細(xì)積分方法的數(shù)值色散特性完全不受時(shí)間步長(zhǎng)取值的影響。電磁波時(shí)程精細(xì)積分方法創(chuàng)立的一個(gè)重要意義是改觀了目前大多數(shù)現(xiàn)存時(shí)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(jì)算平臺(tái)，而且更接近于原求解問(wèn)題的理論模型。電磁波時(shí)程精細(xì)積分法在各個(gè)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(jī)和驅(qū)動(dòng)

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

1.3 電磁器件及應(yīng)用

該議題涉及論文最多。熱點(diǎn)問(wèn)題主要有電力變壓器繞組的強(qiáng)度、大型電力變壓器的等效試壓、高阻抗變壓器的設(shè)計(jì)、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(qiáng)度分析和計(jì)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(chǎng)路耦合方法的高阻抗變壓器設(shè)計(jì)、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(chǎng)分析和改善、基于兩相磁材料的新型節(jié)能接觸器設(shè)計(jì)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(lì)條件下HV分流電抗器的磁場(chǎng)和特性參數(shù)的數(shù)值分析與計(jì)算、不同諧波分量對(duì)HVDC換流變壓器雜散損耗的影響分析與計(jì)算、溫度和直流偏置對(duì)換流變壓器鐵心損耗和磁場(chǎng)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(fù)磁導(dǎo)率的平面變壓器的磁場(chǎng)分布計(jì)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(dòng)的模擬和試壓研究、不同疊層磁屏蔽板對(duì)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(qiáng)度和穩(wěn)定性分析。

1.4 無(wú)損電磁檢測(cè)及應(yīng)用

該議題是電磁場(chǎng)理論在電氣工程之外的一個(gè)拓展應(yīng)用領(lǐng)域，它對(duì)電氣工程的發(fā)展會(huì)帶來(lái)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(huì)報(bào)告中重點(diǎn)介紹了電磁超聲檢測(cè)及其在高溫部件壁厚減薄監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。所開發(fā)的基于電磁鐵偏置磁場(chǎng)和電磁共振型測(cè)厚方法的檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)于高溫管道減薄具有很好的檢測(cè)性能和精度，在核電管道流動(dòng)加速腐蝕（FAC）減薄缺陷的定量評(píng)價(jià)和定量監(jiān)測(cè)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(hào)分析，人工模擬應(yīng)力腐蝕裂紋信號(hào)特征分析、基于脈沖渦流、掃頻渦流檢測(cè)的結(jié)構(gòu)老化評(píng)價(jià)方法，無(wú)損檢測(cè)信號(hào)處理新方法，無(wú)損檢測(cè)缺陷檢出概率分析方法，鐵磁材料壁厚電磁無(wú)損評(píng)價(jià)方法，磁記憶檢測(cè)機(jī)理研究，微波無(wú)損檢測(cè)在金屬和介電材料評(píng)價(jià)中的有效性評(píng)價(jià)，以及電磁無(wú)損檢測(cè)方法在碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料（CFRP）及泡沫金屬等新材料的材質(zhì)和缺陷評(píng)價(jià)中的應(yīng)用等。論文基本覆蓋了電磁無(wú)損檢測(cè)方向的主要研究熱點(diǎn)，包含了理論分析模型和算法、新檢測(cè)方法和系統(tǒng)以及典型應(yīng)用，說(shuō)明相關(guān)論文能夠反映這一方向國(guó)際前沿研究方向和內(nèi)容。

2 成果與不足

會(huì)議國(guó)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(guó)在電磁場(chǎng)問(wèn)題及應(yīng)用某些領(lǐng)域內(nèi)（如靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)、計(jì)算和數(shù)值技術(shù)；優(yōu)化方法及其在電力設(shè)備設(shè)計(jì)中的應(yīng)用、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)、電磁器件及應(yīng)用、無(wú)損電磁檢測(cè)及應(yīng)用、無(wú)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(guó)際水平仍有很大的差距。與會(huì)國(guó)內(nèi)專家學(xué)者認(rèn)為：必需積極參與國(guó)際范圍競(jìng)爭(zhēng)，活躍國(guó)際化交流，這是全面提高我國(guó)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(diǎn)，爭(zhēng)取在某些點(diǎn)上有原創(chuàng)性的突破，形成有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的前沿應(yīng)用技術(shù)，從而在國(guó)際電磁場(chǎng)問(wèn)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(huì)的成功舉辦得到了參會(huì)人員的高度評(píng)價(jià)。本次會(huì)議為相關(guān)學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界的人士提供一個(gè)交流平臺(tái)，對(duì)推動(dòng)研究成果的共享，促進(jìn)研究思想的溝通，也為將來(lái)世界各地專家學(xué)者建立實(shí)質(zhì)性的合作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為促進(jìn)我國(guó)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(huì)議同時(shí)也存在一些問(wèn)題和不足，主要有以下幾個(gè)方面：

（1）國(guó)內(nèi)工業(yè)界參會(huì)人員較少。因此，希望將來(lái)與國(guó)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(huì)場(chǎng)。

（2）仍有個(gè)別國(guó)內(nèi)作者無(wú)故缺席，以致造成宣讀報(bào)告的缺席，影響不好。

（3）一些國(guó)內(nèi)作者不重視張貼報(bào)告的準(zhǔn)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(guó)內(nèi)代表人數(shù)，國(guó)外代表較少。因此，希望將來(lái)能與2個(gè)以上國(guó)家合辦，使ICEF會(huì)議走出國(guó)門，擴(kuò)大我國(guó)電磁場(chǎng)問(wèn)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(wèn)題的解決是指日可待的?？傊?，這次會(huì)議的成功舉辦使得我國(guó)在電磁場(chǎng)問(wèn)題及應(yīng)用研究領(lǐng)域中的國(guó)際學(xué)術(shù)地位得到了進(jìn)一步加強(qiáng)。代表們之間通過(guò)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?？梢灶A(yù)計(jì)在不遠(yuǎn)的將來(lái)，我國(guó)電磁場(chǎng)問(wèn)題及應(yīng)用研究領(lǐng)域會(huì)變得更加活躍，其發(fā)展將會(huì)處于國(guó)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