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2025年 第45卷 第5期    刊出日期：2025-10-25

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专家专栏：配网灵活储能技术

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基于双向长短期记忆网络与注意力机制的锂电池剩余使用寿命预测模型

朱光明, 胡锦豪, 徐松, 万代

2025, 45(5):  1-7.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.001

摘要 ( 53 )   PDF (6309KB) ( 17 )  

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为提升锂电池剩余使用寿命预测的可靠性与准确性,构建一种基于双向长短期记忆网络（bidirectional long short-term memory,BiLSTM)-注意力（Attention)机制的锂电池剩余使用寿命预测模型。该模型先以锂电池充放电过程中的关键性能参数为输入,利用BiLSTM网络的双向记忆特性,充分捕捉电池性能退化过程中的长短期时间依赖关系,有效挖掘隐藏在数据中的退化趋势特征。其次,引入Attention机制,对影响剩余使用寿命预测的关键时间步特征赋予更高权重,强化模型对重要信息的聚焦能力,进而输出精准的剩余使用寿命预测值。通过在CALCE公开的4组锂电池数据集上进行验证分析,实验结果表明,BiLSTM-Attention模型的R²值分别达到98.77%、99.64%、99.50%、98.47%,与其他预测方法相比,该方法展现出更优的预测性能。

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面向边端协同的有源配电网灵活储能优化调控方法

胡锦豪, 朱光明, 万代

2025, 45(5):  8-16.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.002

摘要 ( 31 )   PDF (9551KB) ( 8 )  

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针对含高比例新能源接入的配电网普遍存在低电压、过电压、不平衡电压、线路过载、线损过高等问题,提出一种面向边端协同的有源配电网灵活储能优化调控方法。首先,基于配电物联网的端边云理念技术,构建以通信服务为依托的终端设备层和边缘计算服务层协同运行架构,厘清配电网终端多源设备与智能融合终端平台之间的调度信息交互机理。其次,考虑电池储能可以根据电网需求自适应调整电池并网容量,建立模块化串联型电池储能的数学模型。在此基础上,计及电池储能的充放电成本、运行维护成本及调压成本,提出有源配电网灵活储能有功-无功协同优化调控方法。最后,以IEEE 33节点系统为仿真算例,验证了所提方法对提升配电网运行经济性和电压质量的有效性。

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配电网中分散式电池储能系统研究综述

胡锦豪, 朱光明, 吴晋波, 万代

2025, 45(5):  17-24.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.003

摘要 ( 31 )   PDF (7981KB) ( 8 )  

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分散式储能具有可模块化设计组合、功率双向调节、安装便利、收益方式灵活等特点,为解决配电网中的潮流越限、功率倒送和三相电压不平衡等问题提供了手段。首先,分析了分散式储能的应用场景,总结了主流的分散式储能系统架构。针对储能系统中的功率转换单元,阐述了DC/DC和DC/AC变换器的发展现状及优缺点。在此基础上,分析储能系统中DC/DC和DC/AC变换器的控制策略。最后,对分散式储能的发展趋势进行展望。

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基于GWO的改进型多新息无迹卡尔曼滤波方法的锂离子电池SOC预测研究

黄梓涵, 曾进辉, 刘颉, 李梓谦, 宁佳伟

2025, 45(5):  25-32.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.004

摘要 ( 22 )   PDF (7310KB) ( 7 )  

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基于荷电状态对电池管理系统的重要性,提出一种基于灰狼优化算法的改进型多新息无迹卡尔曼滤波的荷电状态估计方法。该方法融合灰狼优化算法（grey wolf optimizer,GWO）与奇异值分解改进的多新息无迹卡尔曼滤波方法(SVD-based multi-innovation unscented kalman filter,SVD-MIUKF),在参数辨识与滤波结构上均进行了优化：SVD用于重构多新息无迹卡尔曼滤波中的协方差矩阵以提升数值稳定性,GWO用于辨识模型参数并动态调整SVD-MIUKF中的估计窗口,提高算法自适应性与收敛速度。基于马里兰大学公开的INR 18650-20R数据集,在多种典型工况下开展实验对比。结果表明,该算法在荷电状态估计中的误差可控制在0.20%左右,具有较高的估计精度和良好的收敛性能。

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宽运行工况下基于增秩条件构造的构网型储能迭代求解参数辨识方法

祁晓笑, 王利超, 孙冰, 邓小宇, 郭启斌

2025, 45(5):  33-40.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.005

摘要 ( 21 )   PDF (6400KB) ( 3 )  

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针对现有时域和频域辨识方法均存在宽运行工况下计算结果波动性加剧、准确性降低的问题,提出基于增秩条件构造的二次型迭代求解参数辨识方法,提高宽运行工况和复杂电网条件下的参数辨识能力。首先,针对现有时域辨识方法对电网运行工况变化适应性不足的问题,将构网储能变流器与电网互动特性进行数学抽象,构建单机和多机形态的闭环辨识模型。其次,针对现有频域辨识方法在迭代计算过程中容易陷入局部最优的问题,提出基于状态方程增秩的二次型迭代求解方法,通过施加增秩条件改善全局寻优性能,提高宽运行工况下辨识结果的一致性。最后,通过仿真验证闭环辨识模型的有效性,证明所提方法能够在不同运行工况和电网场景下得到准确性和一致性更优的辨识结果。

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隔膜胶层材料对磷酸铁锂电池安全性的影响

刘晶菊, 陈罗甲, 王江峰, 陈宝辉, 吴传平

2025, 45(5):  41-46.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.006

摘要 ( 20 )   PDF (5202KB) ( 4 )  

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针对储能用280 A·h磷酸铁锂电池的安全性问题,对比分析聚偏氟乙烯（poly(vinylidene fluoride),PVDF）与聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate,PMMA）作为隔膜胶层材料时,在过充、外部加热及针刺滥用条件下对电池安全性能的影响。结果表明,采用PVDF胶层的电池在三种滥用工况下均表现出更优的安全特性：安全阀开启时间延迟0.1~7.5 min,电压突降时间延迟0.1~10.5 min,热失控后最高温度分别降低了11 ℃、1.5 ℃、16.7 ℃,最大温升速率降低0.11~3.18 ℃/s。该研究为储能电池隔膜材料选型及安全性能优化提供关键数据支撑。

电网运行与控制

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海上风电直流汇集升压系统多种拓扑结构综述

高悦, 陈衡, 王心玉, 潘佩媛, 刘文毅

2025, 45(5):  47-54.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.007

摘要 ( 17 )   PDF (8263KB) ( 5 )  

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为提高海上风电的经济性,更充分地利用海上风电资源,提出与海上风电直流输电相关的海上风电高压直流输电及直流汇集技术。结合不同连接方式与不同的系统升压次数,从中优选出契合当下海上风电发展趋势的海上风电直流汇集升压拓扑结构,分析典型海上风电出力场景下直流汇集系统中各拓扑结构的特性,并结合典型案例研究各拓扑结构的建设成本、能量损耗与可靠性,进而得出最适用于大型海上风力发电场的直流汇集方案构型,以提升海上风电直流汇集系统的综合效益。

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基于二阶超螺旋观测器的PMSM无模型滑模控制方法

肖强晖, 魏子诠, 李建英, 张伟, 钟丁爱, 张迈, 程谆

2025, 45(5):  55-63.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.008

摘要 ( 22 )   PDF (8039KB) ( 4 )  

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针对内置式永磁同步电机（interior permanent magnet synchronous motor,IPMSM）在采用传统滑模控制中存在转速误差收敛速度慢及抖振严重的问题,提出一种新型二阶超螺旋观测器（novel second-order super-twisting observer,NSTO）与无模型非奇异终端滑模控制（model-free non-singular terminal sliding mode control,MFNTSMC）相结合的IPMSM控制方法。首先,建立包含未知参数和负载扰动的IPMSM数学模型,并设计一种无模型非奇异终端滑模控制。基于超局部模型,设计转速与电流的双闭环控制,实现系统状态误差的全局快速收敛。为进一步改善速度跟踪性能,设计新型二阶超螺旋滑模扰动观测器实时观测系统扰动,进行扰动补偿。仿真实验结果表明,相较于传统方法,该方法在抑制抖振、提高收敛速度及鲁棒性方面具有明显优势。

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电晕放电对SF₆绝缘直流穿墙套管合成电场的影响

刘泰蔚, 谢雄杰, 胡伟, 蔡广燚, 许佐明, 白正, 尹朋博

2025, 45(5):  64-70.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.009

摘要 ( 22 )   PDF (10788KB) ( 2 )  

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高压直流穿墙套管合成电场在有电晕放电时会发生显著变化。对此,以工程应用的±100 kV SF₆气体绝缘直流穿墙套管为研究对象,采用场磨式静电探头法,测量直流穿墙套管在+90 kV直流电压极化和结束加压后去极化过程中的合成电场。通过在套管安装法兰附近布置接地尖端诱发电晕放电,分析不同尖端长度对直流穿墙套管合成电场的影响。结果表明：正常工况下随着极化时间的增加,直流穿墙套管合成电场先快速下降,之后趋于平缓,并在7 200 s后达到稳定状态,这是因为套管表面积累了异极性空间电荷;在去极化过程中,合成电场呈现近似指数衰减过程,其时间常数约为3×10⁴ s;随着尖端长度的增加,电晕放电呈现由放电量小、放电次数多到放电量大、放电次数少的变化过程,导致直流穿墙套管合成电场下降速率加快且稳定值降低。研究为探明直流穿墙套管复合外套表面电荷分布规律提供了数据支撑。

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基于信息间隙决策理论鲁棒优化的源荷协同恢复策略

殷天然, 陈红方, 陈祺炜

2025, 45(5):  71-79.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.010

摘要 ( 16 )   PDF (6261KB) ( 2 )  

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电网灾后恢复面临机组启动时间与负荷恢复量双重不确定性的挑战,对恢复进程的安全性构成显著威胁。因此,提出一种融合信息间隙决策理论（information gap decision theory,IGDT）鲁棒优化的源荷协同恢复策略。首先对不确定参数的可能波动区间进行数学表征,进而构建以最大化机组恢复出力和负荷加权恢复量为目标的多目标不确定性优化模型。依托IGDT理论将不确定性模型转化为满足最低恢复性能要求的确定性优化问题,采用非支配排序遗传算法高效求解。该方法实现源荷在多个时步之间的协调恢复,为调度人员制定兼顾安全与效益的恢复方案提供了有效支撑。基于新英格兰10机39节点系统的算例验证了该策略的鲁棒性与有效性。

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面向省级区域的风电覆冰退备容量预测方法

戴文, 李波, 谢林瑾, 康文军, 杨博远, 怀晓伟

2025, 45(5):  80-84.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.011

摘要 ( 18 )   PDF (4321KB) ( 5 )  

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冬季寒潮过程中,某省高寒山地风电场风机易出现覆冰退备现象,给电网调度和电力平衡带来挑战。针对此问题,提出一种面向区域的风电覆冰退备容量预测方法,该方法同时考虑雨凇、雾凇天气,引入冰冻气象指数（I_FM）,量化描述寒潮过程中风电覆冰的外部气象条件,建立模型将I_FM映射至风电场覆冰退备容量,结合多轮典型寒潮过程开展实证检验。结果表明,所提方法在多个寒潮过程中均展现出良好的预测精度,在2024—2025年冬季的覆冰退备容量预测中,平均准确率达到85.44%,具有良好的实际应用价值和区域适用性。

电力人工智能与数字化

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基于最大信息系数与BO-LSTNet的新型台区线损率预测方法

崔先迤, 邓汉钧, 余敏琪, 许刚, 任嘉浩

2025, 45(5):  85-94.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.012

摘要 ( 18 )   PDF (10083KB) ( 3 )  

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针对传统台区线损预测方法存在无法灵活调节、不具备实时性、精度受气象条件影响等缺陷,提出一种基于最大信息系数与BO-LSTNet的新型台区的线损率预测方法。利用最大信息系数方法筛选台区气象信息,对输入变量筛选、清洗,最后将线损数据放入经过贝叶斯优化后的LSTNet模型中。仿真实验结果表明,相较过去的预测手段,该模型对新型台区线损率预测的适应性更高,解决了实际工程中线损预测精度较低的问题。

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基于加法秘密共享的电力物资供应链跨系统数据安全聚合

杨珂, 孙爽, 孙馨, 房红, 王伟宇

2025, 45(5):  95-103.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.013

摘要 ( 16 )   PDF (8524KB) ( 2 )  

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为了解决电力物资供应链管理涉跨业务系统电子数据协同面临的数据异构、依赖可信第三方、跨系统数据流通泄露风险大等挑战,提出一种基于加法秘密共享的电力物资供应链跨系统数据安全聚合方案。该方案依托加法秘密共享,构建线性与非线性的安全计算框架,实现无需可信第三方参与的数据安全聚合。此外,设计一系列安全聚合协议,包括安全求和聚合、安全均值聚合、安全方差聚合、四方安全比较与安全最值聚合,解决跨业务系统间数据互操作难题。经过严格的安全性分析和实验验证,该方案不仅能够在保护各业务系统隐私的基础上确保数据准确聚合,而且完全无需依赖任何外部可信第三方,在聚合通信开销和效率方面性能优越,为物资供应链数字化管理提供有效技术支持。

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基于主题-神经网络的电网企业高质量发展规划评价

李文澜, 鲁强

2025, 45(5):  104-111.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.014

摘要 ( 19 )   PDF (6088KB) ( 3 )  

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电网企业高质量发展规划不仅是实现能源行业高质量发展的关键路径,更是实现“双碳”目标和建设新型能源体系的重要支撑。通过隐含狄利克雷分布（latent dirichlet allocation,LDA）主题识别模型,从安全可靠、科技创新、服务能力、生产效率、经营业绩、绿色发展等6个方面选取指标,采用层次分析法与BP神经网络相结合的方法建立电网企业高质量发展规划评价体系,并开展实证分析。研究发现,电网企业高质量发展规划成效整体呈上升趋势,但年增长率波动较大,且相较于安全可靠、服务能力,对科技创新及绿色发展的重视程度相对不足。系统优化电网企业高质量发展规划的关键影响因素,协同加强科技创新及绿色发展方面的规划建设力度意义重大。

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基于异常值检测的电压互感器在线监测方法

王尧平, 梁文韬, 谭海波, 龙乙林, 谈丛, 王海元

2025, 45(5):  112-116.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.015

摘要 ( 19 )   PDF (4351KB) ( 2 )  

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为实现对计量电压互感器状态的有效在线监测,对群体互感器电压比差数据特征进行理论分析。基于3σ准则提出互感器异常检测方法,开发电压互感器在线监测系统,可有效经济地实现对互感器异常的识别。现场验证结果表明：3σ区间内比值差数据样本占比为99.52%,具有正态分布特性;超差互感器异常概率在40%~80%之间波动,显著高于正常互感器。

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基于热和几何信息解耦的变电站表面温度分布三维建模方法

康文, 丁玉柱, 邓维, 钟昱铭, 唐江琦

2025, 45(5):  117-123.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.016

摘要 ( 21 )   PDF (7509KB) ( 1 )  

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针对传统变电站三维温度重建技术不仅依赖高精度激光雷达的点云补全及三维扫描技术,还常出现点云密度不足、外观表征失真等问题,基于红外图像低纹理、高噪声的固有特性,提出基于红外影像的双路径三维建模体系。该体系通过热结构特征与几何先验的跨域融合,结合三维高斯泼溅算法实现高密度温度分布重建,最终生成变电站场景及设备三维模型,既实现了高密度温度分布重建,又具备极高的形貌还原度,与现有方法相比,模型精度提升约5%。该方法能够实现变电站三维温度重建效果升级,提升变电站三维温度重建的智能运检能力。

电力工程建设与应用

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基于改进蜣螂算法的分布式电源选址定容方法

周武定, 张小兵, 曾进辉, 刘颉, 陈泽文, 贺宇轩

2025, 45(5):  124-132.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.017

摘要 ( 19 )   PDF (7726KB) ( 1 )  

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针对传统分布式电源选址定容规划中高维非线性问题及备选节点策略难以充分反映配电网实际结构需求的难点,提出一种基于改进蜣螂优化算法的分布式电源选址定容方法。首先,构建融合节点负荷敏感系数的加权有功损耗目标函数,并与电压偏差共同组成双目标优化模型。其次,设计融合Piecewise混沌初始化、随机游走扰动与纵横交叉策略的改进蜣螂优化算法,提升全局搜索能力与复杂环境下的适应性。最后,引用IEEE-33节点配电系统进行算例分析,并引入全生命周期视角,从净收益、投资成本与碳减排效益等方面对优化方案进行经济评估。结果表明,所提方法不仅在降低网损与电压偏差方面优于多种传统算法,而且具备显著的经济优势,验证了所提方法在技术性能与经济可行性方面的综合优越性。

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基于IEC模块和双流卷积神经网络的钻孔立杆机钻机轴承故障诊断方法

杨淼, 殷鹏, 曾小军, 陈明, 杨文, 贺继林

2025, 45(5):  133-140.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.018

摘要 ( 19 )   PDF (7876KB) ( 2 )  

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为实现有效的轴承故障诊断,提出一种基于集成InceptionV2、高效通道注意力（efficient channel attention,ECA）、卷积块注意力模块（convolutional block attention module,CBAM)和双流卷积神经网络(two-stream convolutional neural network,TSCNN)的轴承故障诊断方法。首先,利用快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)和连续小波变换(continuous wavelet transform,CWT)将原始振动信号转换成一维数据和二维时频图像。随后,构建TSCNN融合模型,将得到的小波时频图像和FFT谱作为输入,利用InceptionV2和ECANet-CBAM改进模块提取时频图像的空间特征,将得到的双层特征信息融合到Softmax层中完成故障分类。最后,基于滚动轴承故障标准数据集进行对比分析,结果表明,所提出故障诊断方法诊断准确率更高。

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配电网电杆组立多功能车辆设计与施工工法研究

殷鹏, 唐震, 杨淼, 陈伟, 陈明, 贺继林

2025, 45(5):  141-147.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.019

摘要 ( 18 )   PDF (6619KB) ( 1 )  

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针对现有电杆组立人工作业方式存在的作业效率低、安全风险高、质量控制难度大、地形适应性差等问题,设计一种集钻孔、起吊、挖掘、破碎、夯实等功能于一体的配电网电杆组立多功能施工车辆。同时,结合配电网电杆组立施工规范及所设计的多功能车辆结构、功能特性,开展配电网设备机械化施工方案标准化研究,提出与配电网电杆组立多功能车辆相配套的施工工法,为配电网施工向机械化、标准化转型升级提供参考。

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基于特征气体的XLPE电缆缓冲层故障诊断方法及应用

段肖力, 黄蓉, 刘慧聪, 刘三伟, 范翔宇, 喻婷, 钟理鹏

2025, 45(5):  148-154.  doi:10.3969/j.issn.1008-0198.2025.05.020

摘要 ( 20 )   PDF (6646KB) ( 2 )  

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针对高压XLPE电缆缓冲层烧蚀故障给电缆安全运维工作造成较大影响的问题,提出基于特征气体的缓冲层烧蚀故障检测技术。通过搭建XLPE电缆缓冲层模拟烧蚀实验平台及电缆真型实验平台,研究电缆缓冲层烧蚀故障所产生的特征气体及其烧蚀特性,重点关注缓冲层受潮率、缓冲层厚度、缓冲层施加电流有效值对缓冲层特征气体的影响,结果表明：缓冲层施加电流大小是影响特征气体浓度的最主要因素,且缓冲层在受潮条件下更易发生烧蚀,缓冲层厚度越薄越容易发生烧蚀。对两条出现缓冲层烧蚀故障的电缆进行实际应用测试,对缓冲层气体成分进行分析可以诊断出该电缆段是否发生缓冲层烧蚀故障及故障严重程度,验证了基于特征气体的缓冲层烧蚀缺陷诊断技术具有可行性。