第七届电磁场问题与应用国际会议（ICEF'2016）综述

马西奎 陈振茂 陈 锋 董天宇



第七届电磁场问题与应用国际会议（ICEF'2016）综述

马西奎 陈振茂 陈 锋 董天宇

（1. 电力设备电气绝缘国家重点实验室（西安交通大学） 西安 710049 2. 机械结构强度与振动国家重点实验室（西安交通大学） 西安 710049）

在介绍2016年第七届电磁场与应用国际会议概况和主要学术专题的基础上，分析了应用电磁学理论与应用领域的现状和取得的主要成果，提出了对未来发展的建议与思考。

电磁场理论与应用 计算电磁学 学术交流

0 引言

第七届电磁场问题和应用国际会议（The Seventh International Conference on Electromagnetic Field Problems and Applications，ICEF'2016）于2016年9月18～20日在西安国际学术会议中心（曲江宾馆）隆重举行。会议由中国电工技术学会（CES）发起和主办，中国电机工程学会（CSEE）和国际计算电磁学会（International COMPUMAG Society，ICS）协办。自1988年在北京举办第一届，至2012年电磁场问题和应用国际会议已经分别在杭州、武汉、天津、重庆和大连举办了6届。2016年大会的承办方为西安交通大学，具体由西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室和西安交通大学机械结构强度与振动国家重点实验室联合承办。

本届大会共收到来自14个国家的323篇学术论文投稿，经过严格评审，共录用论文284篇，加之大会特邀报告5篇，最后共有289篇论文入编大会论文集。本次会议共计有214名正式代表注册参加了大会，他们来自14个国家（中国、美国、加拿大、英国、法国、意大利、澳大利亚、土耳其、俄罗斯、斯洛伐克、波兰、日本、韩国、泰国），其中境外代表31人，境内代表183人。

大会将向国际期刊"The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering" (COMPEL)和"The Inter- national Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics"，推荐大会论文集中的15%论文。

开幕式由大会共同主席陈振茂教授主持，西安交通大学席光副校长代表学校对前来参会的专家学者表示欢迎并预祝本次大会圆满成功，大会主席马西奎教授致开幕词。美国宾夕法尼亚州立大学Raj Mittra教授，英国南安普敦大学Jan K. Sykulski教授，波兰科学院电气工程主席、波兰波兹南技术大学Andrzej Demenko教授，日本东北大学Toshiyuki Takagi教授，西安交通大学董天宇博士作了精彩的大会报告，其余论文以口头报告和海报张贴讨论形式进行了广泛和深入的交流。

1 会议议题和热点

ICEF会议是中国举办的电磁场计算及其应用领域中的高级别国际会议。本次会议征文设置22个议题，分别是：①静态/准静态场；②波传播、散射和衍射；③计算和数值技术；④优化方法及其在电力设备设计中的应用；⑤耦合问题；⑥材料模型和模拟；⑦应用电磁学中的逆问题；⑧非线性电磁学；⑨软件技术；⑩电机和驱动；电磁器件及应用；电磁兼容与电磁计量；无损电磁检测及应用；等离子体中的电磁学；纳米电磁学及应用；光子、电磁超材料和电磁超表面；生物电磁学及应用；应用超导技术；无线电能传输和接收；Benchmarking（TEAM Problems）；电磁学教育、方法和工具；其他。

作为世界电磁场及其应用领域专家学者交流最新研究成果、发展趋势及应用进展的大型学术平台，ICEF会议在该研究领域中具有一定的学术影响力。这次会议议题受到了广大学者和业界人士的积极响应，国内外本领域知名专家学者参会人数较多是本届大会的一个特点，他们中有国际计算电磁学会（International COMPUMAG Society, ICS）秘书长Jan K. Sykulski教授，国际著名电磁波专家美国宾夕法尼亚州立大学Raj Mittra教授，国际应用电磁与力学期刊主编、日本东北大学流体科学研究所副所长，波兰科学院电气工程主席、波兰波兹南技术大学Andrzej Demenko教授等均参加大会并作大会报告或主持学术报告。

本次大会的主要议题为电磁场问题及其应用，议题基本上涵盖了当前电磁场理论及其分析的所有应用领域。论文主题的分布情况见表1。可以看出，在静态/准静态场、计算和数值技术、耦合问题、电机和驱动、电磁器件及应用和无损电磁检测及应用这六个传统议题的论文较多，研究工作比较活跃。但是，在非线性电磁学、等离子体中的电磁学、纳米电磁学及应用、光子和电磁超材料与超表面这四个新兴议题的论文较少。

表1 论文主题分布

Tab.1 Distribution of the papers

1.1 静态/准静态场、计算和数值技术、耦合问题

Andrzej Demenko教授系统地分析了有限元法、有限差分法和有限积分法之间的等价性及其之间的联系，指出了可以简单地利用积分方法得到通常利用变分方法得到的有限元方程。他应用电路和磁路模型解释了有限元、有限差分和有限积分方程的含意。西安交通大学董天宇博士系统地介绍了他们课题组20余年来对电磁波时程精细积分法的科学研究成果。这是一种“面向常微”求解瞬态电磁场问题的半解析数值方法，它放弃了通常对时间坐标的差分离散，而是利用精细算法能够在计算机字长范围内精确计算矩阵指数的特点，可在计算机上得到对于时间的常微分方程组事实上的精确解。这种方法不仅可以将时程积分的计算精度大幅度提高，并且稳定性好，其稳定性判据是时域有限差分法稳定性判据的2倍（一般取=20），要远远比时域有限差分方法的CFL条件宽松得多。特别是，它解决了时间差分方法难于处理的长时间过渡问题以及计算误差随计算时间增长而急剧增加的问题。在电磁波时程精细积分法的应用中，就允许时间步长的选择来说只需考虑精度的要求而几乎不用受稳定性评估的约束，可以采用很大的时间步长来进行计算，大的时间步长可以缩短计算的时间和提高计算效率。还有，时程精细积分方法的数值色散特性完全不受时间步长取值的影响。电磁波时程精细积分方法创立的一个重要意义是改观了目前大多数现存时域方法中以求解差分方程为基本手段的现状，不仅由差分方程的求解上升到常微分方程的求解这一更高档次的计算平台，而且更接近于原求解问题的理论模型。电磁波时程精细积分法在各个领域中已经有了很多成功的应用，具有良好的发展前景。

1.2 电机和驱动

该议题论文较多。热点问题主要有永磁无刷电机、开关磁阻电机、永磁同步电机、无速度传感器交流传动系统、传动系统以及高速电机及其控制。论文涉及到永磁电机的性能分析和优化设计、无位置传感器电机控制的各种方法、数字化PID调节和自动校正、减少电机的电磁振动和电磁噪声、永磁无刷电机转子位置辨识及其信号处理、开关磁阻电机铁耗模型、基于多项式的非线性磁通链模型、内置式永磁同步电机转矩的解析预测、高速节能非结晶定子磁心永磁电机的优化设计、非结晶永磁同步电机的电磁振动分析、分数槽永磁电机气隙磁通密度的谐波分析和整定、定子端部结构对大型汽轮发电机定子线棒端部漏磁场分布的影响、耦合永磁同步电机中的共存吸引子、基于Boost变换器的U形铁心混合激励开关磁阻电机驱动、气隙长度对单边轴向磁通无刷直流电机性能的影响、无刷双馈电机的转矩速度特性分析、基于自适应可变步长最小二乘算法的磁浮转子的不平衡振动控制、负载条件下笼型感应电机转子损耗的精细分析、不同绕组联结方式下无刷直流电机不可逆去磁化的比较研究等。此外，还有特种电机如直线电机、无轴承电机、双凸极电机等仍是人们关注的重点，尤其是电力电子控制与特种电机集成于一体是一个发展趋势。

1.3 电磁器件及应用

该议题涉及论文最多。热点问题主要有电力变压器绕组的强度、大型电力变压器的等效试压、高阻抗变压器的设计、大型变压器金属构件的涡流、交流接触器、磁控可饱和电抗器、高压分流电抗器、HVDC换流变压器、饱和铁心故障限流器。论文涉及到多重短路条件下电力变压器绕组的强度分析和计算、大型电力变压器多层屏蔽结构分析、变压器铁心温升的模型试压和数值分析、基于场路耦合方法的高阻抗变压器设计、大型变压器金属构件的涡流分析和降低、牵引变压器磁屏蔽结构的三维漏磁场分析和改善、基于两相磁材料的新型节能接触器设计研究、800kV EHV磁控可饱和电抗器的谐波分析和镇定、不同激励条件下HV分流电抗器的磁场和特性参数的数值分析与计算、不同谐波分量对HVDC换流变压器杂散损耗的影响分析与计算、温度和直流偏置对换流变压器铁心损耗和磁场分布的影响分析、一种新型饱和铁心故障限流器及其非线性磁路模型、基于纳米复合材料的单相变压器中的直流偏置消除、可控饱和电抗器集成技术、利用负磁导率的平面变压器的磁场分布计算、考虑频变特性的变压器绕组的MTL模型、考虑叠层铁心结构的磁饱和电抗器的损耗和噪声分析、大型可饱和电抗器铁心振动的模拟和试压研究、不同叠层磁屏蔽板对电力变压器壳性能的影响分析、电力变压器绕组的径向短路强度和稳定性分析。

1.4 无损电磁检测及应用

该议题是电磁场理论在电气工程之外的一个拓展应用领域，它对电气工程的发展会带来积极的影响。该议题论文也比较多。日本东北大学Toshiyuki Takagi教授在大会报告中重点介绍了电磁超声检测及其在高温部件壁厚减薄监测评价中的应用。所开发的基于电磁铁偏置磁场和电磁共振型测厚方法的检测系统对于高温管道减薄具有很好的检测性能和精度，在核电管道流动加速腐蚀（FAC）减薄缺陷的定量评价和定量监测中得到了很好的应用。近20篇相关论文还涉及到闭口裂纹电磁超声信号分析，人工模拟应力腐蚀裂纹信号特征分析、基于脉冲涡流、扫频涡流检测的结构老化评价方法，无损检测信号处理新方法，无损检测缺陷检出概率分析方法，铁磁材料壁厚电磁无损评价方法，磁记忆检测机理研究，微波无损检测在金属和介电材料评价中的有效性评价，以及电磁无损检测方法在碳纤维增强复合材料（CFRP）及泡沫金属等新材料的材质和缺陷评价中的应用等。论文基本覆盖了电磁无损检测方向的主要研究热点，包含了理论分析模型和算法、新检测方法和系统以及典型应用，说明相关论文能够反映这一方向国际前沿研究方向和内容。

2 成果与不足

会议国内入选论文有256篇，占总入选论文的90%。从论文内容上看，我国在电磁场问题及应用某些领域内（如静态/准静态场、计算和数值技术；优化方法及其在电力设备设计中的应用、电机和驱动、电磁器件及应用、无损电磁检测及应用、无线电能传输和接收）学术水平还是比较高的，但在波传播、散射和衍射、材料模型和模拟、非线性电磁学、软件技术、等离子体中的电磁学、纳米电磁学及应用、光子、电磁超材料和超表面前沿方向领域与国际水平仍有很大的差距。与会国内专家学者认为：必需积极参与国际范围竞争，活跃国际化交流，这是全面提高我国在该领域研究水平的一条必经之路。特别值得注意的是，要寻找有效的切入点，争取在某些点上有原创性的突破，形成有自主知识产权的前沿应用技术，从而在国际电磁场问题及其应用研究前沿之中占据应有的地位。

本次大会的成功举办得到了参会人员的高度评价。本次会议为相关学术界与产业界的人士提供一个交流平台，对推动研究成果的共享，促进研究思想的沟通，也为将来世界各地专家学者建立实质性的合作打下坚实的基础，为促进我国电气工程学科的发展和人才培养起到了积极的作用。但会议同时也存在一些问题和不足，主要有以下几个方面：

（1）国内工业界参会人员较少。因此，希望将来与国内外工业界积极沟通，特意设置工业展览和技术研讨分会场。

（2）仍有个别国内作者无故缺席，以致造成宣读报告的缺席，影响不好。

（3）一些国内作者不重视张贴报告的准备工作，展出的胶片不合规范，字迹太小，版面单调，效果不佳。

（4）相比较国内代表人数，国外代表较少。因此，希望将来能与2个以上国家合办，使ICEF会议走出国门，扩大我国电磁场问题及应用研究领域专家的影响力。

如果我们各位同行都能积极地想办法，这些问题的解决是指日可待的。总之，这次会议的成功举办使得我国在电磁场问题及应用研究领域中的国际学术地位得到了进一步加强。代表们之间通过广泛的学术交流，不仅很好地总结了成果，也开阔和开拓了研究的眼界和思路。可以预计在不远的将来，我国电磁场问题及应用研究领域会变得更加活跃，其发展将会处于国际前沿。

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