2025年, 23卷, 8期　刊出日期：2025-12-30

  

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DC-DC变换器
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  基于滑模自抗扰控制的汽车充电桩双向DC-DC变换器

  祝龙记, 杨静

  电源学报. 2025, 23(8): 1-11. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.1

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  汽车充电桩应用电路中通常会使用双向DC-DC变换器,该双向变换器存在因负载扰动而导致系统动态响应慢、输出电压稳定性差等问题。因此,以电容-电感-电感-电容CLLC(capacitor-inductor-inductor-capacitor)谐振DC-DC变换器为研究对象,提出1种基于滑模自抗扰的CLLC谐振变换器控制方法。采用基于模型辅助的线性状态观测器提高扰动的估计精度,控制系统稳定运行。采用滑模控制设计线性状态误差反馈控制律,提升系统的动态性能和快速性。仿真及实验验证表明,所提控制策略能有效改善双向DC-DC变换器的动态响应能力,增强输出电压稳定性。
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  一种高效率的ZVZCS开关电容变换器

  宋伟波, 张哲

  电源学报. 2025, 23(8): 12-21. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.12

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  针对传统零电流开关ZCS(zero current switching)的开关电容变换器SCC(switched capacitor converters)的硬开关问题,提出了1种基于LC辅助网络的零电压电流开关ZVZCS(zero voltage and zero current switching)DC-DC SCC,使得所有功率开关均可实现全范围的零电压开关ZVS(zero voltage switching),并且在一定条件下可以同时实现ZVS和ZCS,大大减小了开关损耗。在此基础上,深入研究了死区时间对变换器的影响,揭示了不同负载条件下的死区时间选取与变换器损耗分布之间的定量关系,进而提出了基于死区时间的辅助网络关键参数的设计方法。最后,基于所提出的ZVZCS开关电容变换器,搭建了24 V DC-12 V DC、100 W的实验样机,实现了99.07%的峰值效率,验证了理论分析的正确性。
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  基于可变输出电容Buck变换器的混合补偿方案

  张述森, 沈汉鑫, 郑清良

  电源学报. 2025, 23(8): 22-32. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.22

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  为提高峰值电流模式PCM(peak current mode)控制非理想Buck变换器输出端的启动速度和抗负载冲击能力,提出1种基于可变输出电容的混合补偿方案。该方案在保证环路稳定性和动态响应性能的同时实现了输出电容和环路补偿参数可同步切换。建立PCM 控制非理想Buck变换器的完整小信号模型,分析系统的开环传递函数受到不同输出电容参数对补偿网络的影响,并进行合理的环路补偿设计。仿真结果表明,补偿后的系统在不同条件变化下,穿越频率和相位裕度都能保持在10 kHz(1/20 fsw)和70°左右。设计输出电容参数和补偿参数同步切换电路,搭建15 W实验样机,实验结果进一步验证了所提方案的可行性。
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  双向隔离型DC-DC变换器软开关调制策略分析

  李彦龙, 刘超厚, 张春旭, 杨洋, 姚友素

  电源学报. 2025, 23(8): 33-42. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.33

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  随着电动汽车和储能产业的蓬勃发展,电力电子技术得到了越来越广泛的应用。在这些应用中,电力电子变换器不仅需要宽电压增益来适应不同场景,还需要高转换效率以减小体积。因此,能实现软开关的双向隔离型DC-DC变换器得到了广泛研究。通过分析隔离型DC-DC变换器的原理,从减小无功电流和实现软开关2方面提升宽电压增益下的转换效率。首先通过基波分析法建立数学模型,得到控制一次侧移相角、二次侧移相角和一、二次侧移相角实现无功电流消除的条件。然后分析一次侧和二次侧开关器件实现软开关的条件,通过死区时间调整一、二次侧之间的移相角,得到了在无功电流最小的基础上实现零电压开关ZVS(zero voltage switching)的调制策略。最后,设计9.6 kW的实验样机验证了所提调制策略的可行性。
DC-AC逆变器
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  具有电感电流连续通路的高可靠性电流源型逆变器

  谢鹏瑶, 朱才会, 易子汉, 邱剑, 赵晖, 刘克富

  电源学报. 2025, 23(8): 43-51. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.43

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  电流源型逆变器具有输出电流稳定、负载范围宽、在负载开路时无电流浪涌等特点,在对可靠性要求高的场合比电压源型逆变器更具优势。然而,传统的电流源型逆变器在连续放电时输出电流顶降过大,以及负载开路时电感两端会产生过压导致电路损坏等,限制了电流源型逆变器的使用。通过改变传统电流源型逆变器的电感、开关、二极管的相对位置,使得电感能量能够在连续放电时得到补充,同时使得电感电流总是存在续流路径,避免电感两端过压的情况出现。对提出的电路工作过程进行了详细的原理分析,并进行了仿真验证。最后,设计了1台实验样机进一步验证了所提出电路的可行性。
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  基于系统模型的三相PWM逆变器复合控制

  张艳丽, 周克亮, 何青青, 唐超, 王重

  电源学报. 2025, 23(8): 52-59. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.52

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  对于电力电子变换器、电机等控制对象模型明确的系统,提出1个由全状态反馈FSF(full state feedback)控制器和广义积分GI(generalized integrator)相结合的基于系统模型的复合控制策略。相较于比例-积分-微分PID(proportional-integral-derivative)和比例-谐振PR(proportional-resonant)控制器,此控制策略能够充分利用系统模型的知识与信息,简化控制器的设计并提高系统的控制性能。基于系统的控制对象模型,参考干扰信号模型和FSF闭环系统模型为复合控制提供了1种无需反复试错、简单通用的设计方法。最后将控制策略应用于1台3 kVA的三相PWM逆变器,验证了复合控制策略的有效性。
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  LCL型并网逆变器电容电流反馈有源阻尼特性通用图形化评估方法及应用

  李智, 曾垂辉, 谢俊, 王伟, 姚俊, 张杰

  电源学报. 2025, 23(8): 60-69. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.60

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  电容电流反馈有源阻尼广泛用于LCL谐振峰抑制。控制延时会引起有源阻尼等效的虚拟阻抗表现为负阻尼效应,导致系统的稳定性降低。为削弱负阻尼效应,需根据LCL谐振频率合理选择和设计反馈函数。基于此,提出了1种通用的图形化评估方法,可直观界定出不同反馈函数的正阻尼频率范围,为选择合适的有源阻尼反馈函数提供指导。运用该方法,提出对LCL谐振频率波动具有强鲁棒性的相位滞后补偿器。在1台6 kW单相LCL型并网逆变器上进行实验,实验结果验证了理论分析的正确性。
AC-DC变换器
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  电网不平衡下抑制Swiss整流器电流畸变的协调控制方法

  姜卫东, 刘欣然, 钟敏, 刘圣宇, 杨柳, 徐星俣

  电源学报. 2025, 23(8): 70-81. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.70

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  Swiss整流器因其高效、控制简单等优势在电动汽车充电领域有着良好的发展前景。在电网不平衡的状态下,采用传统控制方法会导致Swiss整流器的直流侧产生偶次谐波,交流侧产生奇次谐波,影响系统运行。因此,介绍了2种Swiss整流器在电网不平衡条件下的控制方法：输出电压恒定控制COVC(constant output voltage control)和电流正弦对称控制SSCC(sinusoidal and symmetrical current control)。若采用COVC,直流侧电压能保持稳定,但输入电流中会存在负序电流,使Swiss整流器的电网电压和电流出现相位差;由于拓扑结构的限制,这种相位差会导致电网电流畸变。SSCC可以保持电流对称正弦,但直流侧电压会有较大波动。针对以上问题,提出了1种抑制电流畸变的协调控制方法SCDC(suppressing current distortion control),该控制方法可以实现在电网电压全范围跌落下的输入电流正弦,并保持有功功率波动最小。最后,通过实验验证了SCDC方法的有效性。
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  基于无冗余子模块MMC变换器的固定计算次数模型预测容错控制策略

  杨成顺, 张晨曦, 许德智, 徐坤山, 张斌锋

  电源学报. 2025, 23(8): 82-92. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.82

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  针对无冗余子模块的模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)在使用传统PI控制方式实现容错控制时常见的控制参数过多、结构复杂及动态响应缓慢等问题,提出1种通过预测故障来进行容错控制的固定计算次数模型。首先优化交流侧电流,然后对环流及子模块电容的总电压进行多目标优化,并综合考虑桥臂电流方向和电平差值来实现子模块电压平衡。仅需进行8次滚动优化,该策略即可找到最优答案,显著减少了计算需求量。此外,该策略不但能确保MMC在正常情况下的稳定工作和高质量输出,而且即便子模块发生不对称故障,其仍能保持稳定运行。最后,在MATLAB/Simulink中完成了仿真测试,并搭建了五电平实验平台,进行了仿真和实验验证。
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  桥臂复用MMC三相短路故障特性及穿越策略

  张后谊, 李继凯, 徐玉韬, 闫鑫, 冯起辉

  电源学报. 2025, 23(8): 93-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.93

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  随着模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)在工程实际中设备体积大、运行成本高等问题日益凸显,新型电力系统产生了MMC轻型化需求。桥臂复用型模块化多电平换流器AM-MMC(arm multi- lexing MMC)能提高子模块利用率,有效实现MMC轻型化,但因其拓扑复杂,且内部能量易受运行工况变化影响而波动,尤其在交流系统故障的情况下,能量波动更为剧烈甚至易复用出错,所以对AM-MMC的交流故障穿越能力的要求更高。针对故障情况最为严重的交流系统三相短路故障,分析了故障后换流器的故障特性,提出1种基于快速闭锁机制的故障电容优化配置策略,在故障期间复用模式调整与快速闭锁同步进行,实现AM-MMC在交流系统三相短路后的故障穿越。最后,为了验证所提策略,使用MATLAB/Simulink构建了单端仿真模型,仿真结果表明切换复用方式后闭锁能有效解决AM-MMC的三相短路故障穿越问题。
AC-AC变换器
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  基于桥臂能量控制的模块化多电平矩阵变换器控制策略

  许明亮, 姚友素, 杨洋, 杭丽君

  电源学报. 2025, 23(8): 105-114. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.105

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  模块化多电平矩阵变换器M3C(modular multilevel matrix converter)具有级联型的模块化结构,适用于中高压、大功率、频率范围较宽的场合,如高压大功率电机的驱动和柔性低频输电系统。然而,由于系统器件众多,并且包含悬浮电容,M3C存在控制难度大的问题,特别表现在对系统内众多悬浮电容的均压和纹波抑制方面。提出1种基于桥臂能量控制的策略,具有直观性,简化了控制层数。主要通过设定桥臂能量参考值并以负反馈的形式实时控制当前桥臂能量,来实现直接控制变换器每条桥臂能量的目标,并针对桥臂内的每个级联子模块设计均压控制器。最后,通过仿真验证了所述控制策略的可行性。
新能源系统
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  谐波分量注入式微电网控保协同技术研究

  薛林燚, 牟龙华, 徐瑞洁

  电源学报. 2025, 23(8): 115-123. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.115

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  微电网中的逆变型分布式电源IIDG(inverter-interfaced distributed generation)具有特殊的输出特性,传统保护方案不再适用于微电网。与此同时,“注入式主动保护”思想为微电网保护提供了新思路,但非注入源的分流问题导致注入式保护性能不佳。为此,基于控保协同的思想,研究了谐波分量注入式孤岛微电网主动保护方法。通过分析IIDG的频率响应特性,设计了注入源及非注入源的控制器,并建立了相应的启动判据。故障发生时,注入源向微电网注入幅值恒定的谐波分量特征信号,非注入源限制该特征信号的分流,使微电网的特征频率等效网络呈单电源结构。仿真结果表明,所提注入控制策略能可靠启动谐波分量注入,同时解决了特征信号的分流问题,为注入式微电网保护提供了解决方案。
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  光伏并网系统的等效惯量评估及调频控制参数整定

  叶诚炜, 何震, 曾平良, 杭丽君, 刘颖明

  电源学报. 2025, 23(8): 124-134. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.124

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  在光伏装机容量占比不断提高、电力系统低惯量问题日益凸显的当下,如何评估光伏并网系统惯量支撑能力、通过调频参数的整定使系统频率满足并网导则的需求是亟待解决的关键问题。为此,通过类比同步发电机的转子运动方程,对已配备典型附加调频控制的光伏并网系统等效惯量做了量化评估;然后,考虑光伏设备的物理约束及新能源并网导则的需求,给出了集中式光伏并网系统调频控制参数的整定方法;更进一步,在前述物理约束和并网导则需求的基础上,额外引入网络线路损耗最低的目标,给出了分布式光伏并网系统的调频控制参数整定方法;最后,利用MATLAB/Simulink仿真验证了调频控制参数整定的正确性。
电力系统
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  电容取能方式无功补偿动态稳压调制技术研究

  史宇昊, 胡康涛, 陈小军, 陈韬, 杨兰均

  电源学报. 2025, 23(8): 135-144. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.135

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  电容取能方式因其取能功率稳定、成本低等优势,适合应用于中压配电网柱上开关的就地供电场景。电容取能电路输出特性处于近似恒流源区间,同时要求一次电压在不同工况下5.7~42.0 kV的范围内均可正常供电,因此必须采取电压调控措施为负载提供稳定电压。从电容取能方式补偿特性出发,提出利用二次无功补偿方式弥补取能功率与负载消耗之间的差额;并提出基于脉宽调制PWM(pulse width modulation)的电压调制动态无功补偿方案,通过动态等效电抗实现动态无功补偿;构建基于正弦脉宽调制SPWM(sinusoidal pulse width modulation)的波形调制动态无功补偿方案,通过第三绕组H桥主动调控变压器电压波形,实现电容取能方式的无功动态稳压。通过上述稳压调控方案,实现电容取能方式低发热下的稳定交流电压输出。
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  基于LSTM-GNN组合模型的电动汽车短期充电负荷预测

  刘奕舟, 李振华, 魏伟, 李振兴, 徐艳春, 张磊

  电源学报. 2025, 23(8): 145-156. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.145

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  在新能源时代背景下,针对电动汽车充电负荷对电网的影响这一热点问题,提出1种基于长短期记忆法-图神经网络LSTM-GNN(long short-term memory network and graph neural network)组合模型的电动汽车短期充电负荷预测方法,以解决现有模型的不足。首先,运用科普拉(Copula)理论对3种典型日负荷进行相关性分析,构建包含主要因素与充电站历史负荷的特征输入矩阵,并建立滑动窗口数据集。然后,利用LSTM与GNN对特征输入矩阵进行特征提取和图数据构建,图神经网络层完成特征聚合并输出预测负荷值及误差评价指标。算例结果表明,该模型在不同区域充电站能有效提取充电负荷关键特征,相较传统模型具有更好的预测效果和泛化能力。
电能质量
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  隔离式18脉波整流变压器漏感与输入电流谐波分析

  刘浩, 孔玲玲, 余思宇

  电源学报. 2025, 23(8): 157-166. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.157

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  多脉波整流技术具有实现简单、成本低、可靠性高等优点,在大功率整流系统中得到了广泛的应用。在传统的D型18脉波自耦变压器拓扑基础上,增加三角形连接一次侧来构成隔离式18脉波整流变压器应用于直流配电系统中,对其电路、工作原理、输出直流电压、输入电流谐波进行详细的理论分析;并应用Ansys-Maxwell软件对变压器进行等效建模仿真计算,将仿真结果与理论分析进行对比,验证了仿真结果的可靠性。运用漏磁通法与短路实验法2种方法进行变压器一次侧漏感的求解,着重分析变压器输入电流谐波,讨论变压器漏感对抑制输入电流谐波的影响。
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  有源电力滤波器事件触发型切换控制

  于方舟, 李强, 侯佳, 吕小峰, 张凡

  电源学报. 2025, 23(8): 167-173. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.167

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  为提高有源电力滤波器APF(active power filter)的暂态及稳态性能指标,减少稳态开关损耗,提出了APF事件触发型切换控制。通过建立APF系统的动态模型,结合Lyapunov函数获取满足系统稳定性的约束条件。根据该约束条件,分析系统到达稳态的参数设计范围,获得正常运行模式下的开关矢量选择方式。基于此,制定了控制器的切换原则,使得APF系统能够快速跟踪目标电流,到达稳态后可以在确保控制精度的基础上减少开关管的动作次数。最后,通过仿真和实验证明了所设计方法的正确性和优越性。
无线电能传输
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  基于IPSO-BP算法的WPT系统结构参数优化方法

  李振杰, 白玉鸿, 刘一琦, 班明飞

  电源学报. 2025, 23(8): 174-181. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.174

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  以提高无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统的传输效率为目标,对WPT系统的结构参数进行优化。针对WPT系统结构参数设计领域内的传统优化方法效率低、全面性差的问题,建立SS型WPT系统的参数优化模型,确定优化参数。在此基础上,提出1种综合了正交试验、有限元仿真及改进的粒子群优化-反向传播神经网络算法的WPT系统结构参数优化方法。实验结果表明,预测结果与实验结果间的平均误差值为4.3%,该优化方法合理可行,对WPT系统的结构参数优化具有参考意义。
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  基于电动汽车无线充电系统DD线圈的磁场屏蔽优化

  王新月, 张立炎, 陈启宏, 周泽

  电源学报. 2025, 23(8): 182-190. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.182

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  电动汽车无线充电技术能够克服传统有线充电方式便利性低、安全隐患大等不足,但其传输过程中的漏磁可能导致电磁干扰,甚至对人体健康构成威胁。为解决无线充电中的漏磁问题,研究了高功率DD线圈周围的磁场分布,提出了1种新颖的有源屏蔽设计,即将有源屏蔽线圈直接与初级线圈串联,以减少磁场泄漏,同时消除屏蔽线圈与无线充电系统接收线圈之间的额外耦合。此外,以目标表面的最大磁通密度、系统负载的输出功率和系统传输效率为目标函数,进行多目标优化,确定屏蔽线圈最优参数。最后,搭建了5 kW实验样机来验证分析结果并研究屏蔽线圈对系统参数的影响。结果表明,优化后的屏蔽设计在目标区域的磁场强度降低了33.5%,而无线充电系统的功率和效率没有显著降低。
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  具有恒定输出的双分支共面式无线电能传输系统

  冯群群, 殷佳斌, 熊飚, 罗斌

  电源学报. 2025, 23(8): 191-199. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.191

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  在多负载无线充电领域,往往需要给接收设备提供恒压CV(constant voltage)或者恒流CC(constant current)充电。但在已有的多负载无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统研究中,通常只具有CV或CC中的1种输出模式,同时提供CV输出和CC输出的研究工作较少。对此,提出1种共面式双分支WPT系统,可同时提供2路负载无关的输出,一路为CC输出而另一路为CV输出,2个支路可独立设计且互不影响。可通过开关控制或取走某个分支的方式提供3种供电方式：CC分支和CV分支同时供电、仅对CV分支供电、仅对CC分支供电。首先,阐述该双分支WPT系统的拓扑结构,阐明了负载无关输出和2个分支独立工作的工作原理;其次,揭示损耗对系统性能的影响及负载动态范围的估算方法;最后,搭建由5个谐振器构成的双分支实验平台,实验和理论吻合较好。通过在共面相邻线圈结合处添加铁氧体介质板,显著增强了相邻线圈的磁耦合并提高了系统传输效率,在CC、CV、CC与CV同时供电的3种工作模式下,测得最大传输效率分别达到了89.2%、93.5%和91.6%。
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  双发射端无线充电系统效率优化方法研究

  班明飞, 周滔, 李振杰, 刘一琦

  电源学报. 2025, 23(8): 200-207. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.200

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  充电效率是衡量无线充电系统性能优劣的重要指标。为了提升双发射线圈层叠式磁耦合无线充电系统的充电效率,提出了1种基于电流比例的双环控制方法,在实现恒压、恒流输出的同时可提高约4%的系统效率。首先阐述了关于LCC-S补偿网络的双发射无线充电系统工作原理,建立了互感模型并推导了输出电压、电流关系;然后研究了互感变化和系统效率之间的耦合关系,提出基于最佳电流比的效率优化策略和外环控制实现恒流、恒压输出,内环控制电流分配实现效率优化的双闭环控制方法;最后,通过仿真和250 W实验平台验证了效率最优双闭环控制策略的可行性。
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  基于磁耦合谐振式无人机无线供电桩的干扰屏蔽特性

  赵航, 贾静, 陈小飞, 安媚, 杨磊, 陈学娜

  电源学报. 2025, 23(8): 208-216. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.208

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  无人机的航行安全依赖于其电子设备和传感器等飞行控制系统的正常运行。电磁干扰可能使飞行控制系统出现误差,影响飞行路径和飞行的稳定性。采用金属材料可以有效进行电磁屏蔽,但引入金属会改变系统的磁场特性,导致补偿网络失谐,使得供电系统输出功率偏差大、效率低。为研究铝-铁氧体电磁屏蔽效果和该屏蔽结构对磁耦合谐振式无线供电系统电气参数的影响,首先研究铝板对空间磁场的影响,分析对线圈自感、互感及非工作区域内的磁感应强度的变化规律。然后,加入铁氧体改善电气参数,使得线圈自感互感接近初始数值。最后,仿真验证了非工作区域内的电磁辐射满足安全标准,再搭建实验平台,分析输出参数特性,验证了该屏蔽结构的有效性。
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  面向旋翼无人机的无线电能传输线圈自对准方法研究

  李振杰, 崔航, 袁得春, 周滔, 刘一琦

  电源学报. 2025, 23(8): 217-225. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.217

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  针对旋翼无人机无线充电系统中磁耦合装置存在横向偏移的问题,提出1种通过移动发射线圈,并同时采集输出电压,根据采集到输出电压的大小调整发射线圈位置的线圈自对准方法。首先,通过建立互感模型,分析无线充电系统的电特性和磁特性,得出输出电压与发射和接收线圈间的横向距离的关系式。其次,根据对准区域的大小,设计磁耦合机构的尺寸并将对准区域进行划分,给出具体的对准流程。最后,搭建实验平台,展开收发线圈自对准实验,从实验结果来看,该方法能够有效实现线圈自对准,对准精度达到1.5 cm以内,满足无人机高效无线充电的需求。
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  一种拓扑自动重构的恒压恒流无线充电系统

  苏君平, 邱椿, 张陈涛

  电源学报. 2025, 23(8): 226-234. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.226

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  电池充电过程一般包括先恒流再恒压2个阶段。然而,现有的无线电能传输技术WPT(wireless power transfer)在从恒流到恒压的切换过程中仍面临若干挑战,包括电池状态监测、双边通信需求及多线圈间交叉耦合问题等。为解决这些问题,提出1种新颖的准CLC-LCC拓扑,该拓扑无需额外的控制方法即可实现恒流到恒压模式的平稳过渡。发射端电路采用CLC型补偿网络,使得流经发射侧线圈的电流等效为恒定电流源。二次侧电路由2个串联补偿电路并联组成,充电初期2个支路协同实现对电池的恒流充电;随着充电过程的推进,由于二极管的单向导电性,其中1个支路会被钳位断开,系统实现恒压输出。最后,搭建了1个2.6 A/105 V实验平台,验证了所提无线充电拓扑的可行性。
电机系统与控制
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  开绕组电机驱动系统剩余矢量重构容错策略研究

  朱月婷, 杨淑英, 张禹风, 张兴, 王涵宇

  电源学报. 2025, 23(8): 235-245. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.235

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  针对独立直流母线开绕组电机驱动系统单开关管开路故障提出1种剩余矢量重构策略,旨在不附加任何硬件的情况下实现容错控制,且剩余电压矢量得到最大化利用,以最大限度提升容错运行时驱动系统的运行性能。针对容错调制策略在矢量合成过程中出现开关管工作不均衡的问题,进一步利用了“相占空比法”对开关序列进行了优化,实现了开关管的工作状态均衡。最后,对容错策略的调制运行效果进行了深入分析,并对故障后系统运行性能进行了硬件在环实验验证。
电池与储能
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  基于ISSA-ELM算法的锂电池SOC估计

  寇发荣, 杨天祥, 罗希, 门浩

  电源学报. 2025, 23(8): 246-253. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.246

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  为提高锂离子电池荷电状态SOC(state-of-charge)估计精度,提出1种基于改进麻雀搜索算法优化极限学习机的SOC估计方法。针对人为给定的极限学习机隐含层神经元数量不当导致估计精度不理想的问题,选用麻雀搜索算法对极限学习机隐含层神经元数量进行寻优;为避免麻雀搜索算法随机生成种群多样性差和后期易陷入局部最优的问题,引入Tent混沌映射和模拟退火算法中的Metropolis准则对麻雀搜索算法改进,以提高麻雀搜索算法的全局搜索能力。通过常温下美国联邦城市运行FUDS(federal urban driving schedule)工况仿真试验,验证了所提算法较传统极限学习机和长短期记忆网络在精度和效率上的优势。最后利用搭建的dSPACE硬件在环试验平台在0 ℃和25 ℃环境城市道路循环UDDS(urban dynamometer driving schedule)工况下进行在线验证,结果表明：所提算法在2种环境温度下SOC估计误差均保持在1.3%以内,均方根误差较传统极限学习机分别降低了46.7%和51.8%,验证了该算法的可行性与优越性。
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  基于改进型Buck变换器的电池组主动均衡方法研究

  邵明玺, 张浩, 陈翔, 燕绍九, 王晓娟, 张薇

  电源学报. 2025, 23(8): 254-261. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.254

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  均衡技术对于电池管理系统至关重要,广泛采用的被动均衡存在效率低、均衡时间长等缺点,而更高效的主动均衡存在控制复杂和成本高等问题。针对该情况,提出1种基于改进型Buck变换器的双层均衡拓扑电路,匹配性设计了其电路参数和均衡策略,详细分析了其工作原理,并对比分析了其经济成本,验证了该方案的可行性和经济性。MATLAB/Simulink模型仿真分析表明,该方案的均衡时间相比于传统相邻单体均衡系统减少了40.4%。搭建的电池组均衡实验结果表明,该方案具有结构简单、控制简便的优点,可快速实现26650磷酸铁锂电池的均衡,将4串电池组最大压差从141 mV控制到50 mV以内仅需20.4 min。
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  信号二次分解联合机器学习的锂电池剩余寿命预测

  代佳骏, 刘云冰, 陈贵词, 王文波

  电源学报. 2025, 23(8): 262-272. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.262

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  剩余寿命能够监控锂电池使用能力与使用安全的瞬时状态。因此,掌控锂电池的剩余寿命情况对电池使用的安全性具有十分重要的意义。针对锂电池容量初次分解中高频振荡分量预测优度低的问题,提出1种基于高频信号二次分解联合机器学习预测模型的非线性非平稳信号处理办法。首先将原始信号由完全自适应噪声集合经验模态分解CEEMDAN(complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise)算法分解,再将其中的高频随机扰动信号利用变分模态分解算法二次分解,然后由长短期记忆LSTM(long short-term memory)网络对分量预测。基于美国国家航天局NASA(National Aeronautics and Space Administration)的4个数据集实验验证,结果表明目标方法具有很高的预测精度。相对于一次分解预测模型CEEMDAN-LSTM,序列预测的拟合优度决定系数R²相对提高了1.25%;平均绝对误差MAE(mean absolute error)、均方根误差RMSE(root mean square error)与平均绝对百分比误差MAPE(mean absolute percentage error)分别相对降低了39.34%、49.43%和41.44%。通过马里兰大学高级生命周期工程中心CALCE(Center for Advanced Life Cycle Engineering)的2个数据集证明目标方法对高频信号的有效预测具有鲁棒性。
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  基于融合EKF与改进DELM的锂电池SOC实时估计

  陈晓飞, 蒋淑霞, 崔祥波, 赵文卓, 王思思

  电源学报. 2025, 23(8): 273-283. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.273

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  针对单一算法在估计锂电池荷电状态SOC(state-of-charge)时估计性能低的问题,提出1种结合天鹰算法改进的深度极限学习机AO-DELM(aquila optimizer-deep extreme learning machine)与扩展卡尔曼滤波EKF(extended Kalman filter)算法优势的混合算法,用于锂电池SOC估计。首先,采用带遗忘因子的递推最小二乘法辨识电池模型参数;然后,基于高加速循环(US06)工况数据,将电流、电压与EKF算法提取到的多种电池状态特征作为输入、实际SOC作为输出训练AO-DELM;最后,将训练完成的AO-DELM模型与EKF算法组成闭环的SOC实时估计系统。结果表明,在4种动态工况下,所提的AO-DELM-EKF算法较EKF算法、DELM-EKF算法显著提升了SOC估计精度,均方根误差不超过0.49%。
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  基于混合储能荷电状态监测的直流微网能量管理策略

  张帅, 张继红, 王庆宇, 吴振奎, 张自雷

  电源学报. 2025, 23(8): 284-292. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.284

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  针对单一储能系统在功率与能量需求上的不足及管理效率低、经济性差的问题,分析了储能滤波时间常数对工作效率的影响,重点研究了传统混合储能分频控制方法并提出1种基于荷电状态监测的多模式协调控制策略。通过动态调整滤波时间常数和划分储能不同工作区域,实现直流微网中储能功率分配的灵活性,提升工作效率;同时,根据源-荷功率差及储能荷电状态,设计4种运行模式,优化源-荷-储协调控制策略,减少电池充放电次数,提升系统经济性。实际微网测试结果表明,所提控制策略效率更高、经济性更好,具有工程推广应用价值。
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  基于VAE模型的EIS数据增强的锂电池SOH和RUL预测

  常伟, 胡志超, 潘多昭, 师继文

  电源学报. 2025, 23(8): 293-301. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.293

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  电池的健康状态SOH(state-of-health)和剩余使用寿命RUL(remaining useful life)是衡量电池性能和状态的重要指标,对它们的准确预测具有很高的实用价值。电池的电化学阻抗谱EIS(electrochemical impedance spectroscopy)测试能够揭示电池内部的电化学反应和过程,为评估电池的健康状况提供重要信息。EIS可用于预测SOH和RUL,但测试成本高、数据量少。采用变分自编码器VAE(variational autoencoder)进行数据增强,可以扩充EIS数据的数量,有助于提升模型的泛化能力并减少过拟合的风险。EIS数据通常是高维的且可能包含冗余信息,主成分分析PCA(principal component analysis)可以用来降低数据的维度,同时保留关键信息。卷积神经网络CNN(convolutional neural network)能够识别EIS数据中的空间特征,而双向长短期记忆BiLSTM(bidirectional long short-term memory)网络能够捕捉时间序列数据中的特征。注意力(Attention)机制则可以加强模型对数据上下文关系的理解。研究结果表明,结合PCA、CNN、BiLSTM和Attention的模型,在加入增强数据后,能够更有效地预测电池的SOH和RUL。所提EIS数据增强方法也可以被应用于其他模型,以提高预测性能。
无源元件与材料
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  基于磁通分流原理的混合磁路电抗器研究

  梅超, 吴鹏, 杨富尧, 韩钰, 苏海林, 邹中秋

  电源学报. 2025, 23(8): 302-308. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.302

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  干式铁心电抗器作为无功补偿的核心装置在电力系统中被大规模使用,但由于铁心磁致伸缩效应导致的振动噪声问题,成为限制其在城区室内变电站使用的主要因素。利用磁通分流原理,采用低磁致伸缩系数的软磁复合材料和硅钢共同作为电抗器铁心材料,考虑到二者材料有效磁导率的不同,合理调控磁通量在铁心中的分布,使硅钢部分流入较大磁通量,而软磁粉芯部分承担较少的磁通。基于上述设计思想,设计并制造了混合磁路电抗器样机。研究结果表明,在相同容量情况下,混合磁路电抗器的铁心损耗低于纯硅钢电抗器,并且其振动噪声均不超过60 dB(A),低于硅钢电抗器。
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  CLLC电路变压器圆形利兹线绕组损耗的精确计算

  周乐保, 杨汝, 杨红, 廖慧

  电源学报. 2025, 23(8): 309-316. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.309

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  为了快速准确地计算CLLC谐振电路变压器的利兹线绕组损耗,利用集肤效应与邻近效应之间的正交关系,将绕组损耗分为集肤效应损耗和邻近效应损耗分别进行计算,这样可以避免绕组端部效应造成的误差。首先,利用占空比进行邻近效应的损耗计算,通过分析CLLC谐振电路变压器上的电流表达式,将其与集肤效应损耗和邻近效应损耗公式相结合,总结出了CLLC谐振电路变压器绕组损耗的经验计算公式。最后,设计制作了CLLC谐振电路的变压器,并进行了Maxwell仿真与实验测量验证,与修正后的Tourkhani模型进行比较。结果显示,提出的CLLC变压器利兹线绕组损耗模型能够精确计算CLLC变压器中利兹线绕组的损耗,从而实现对CLLC谐振电路中变压器利兹线绕组损耗的准确预测。
可靠性与诊断
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  一种基于HHT的交直流微电网故障检测方案

  张建文, 包义玖, 臧甲杰, 周剑桥, 施刚, 杨兴武

  电源学报. 2025, 23(8): 317-328. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.317

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  交直流微电网能够有效促进可再生能源的应用。然而,由于互联变换器的存在,交流和直流侧之间产生了较强的电气耦合,导致系统内故障特性更加复杂,严重影响系统安全运行。在交直流微电网中,传统的基于互联变换器IGBT闭锁后故障特征的故障检测方案,在故障检测灵敏性和速动性方面难以满足系统的故障检测和保护需求。结合系统接地方式和交直流微电网的故障耦合特征,针对故障期间IGBT未闭锁暂态过程中交直流系统的特征形态,探索利用希尔伯特-黄变换HHT(Hilbert-Huang transform)频谱及能量幅值进行交直流微电网故障检测应用的可行性。通过仿真验证,所提基于HHT的故障检测方案能够实现2 ms内对交直流微电网故障类型的快速、准确识别,有效提高了微电网的安全性和可靠性。
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  MMC子模块IGBT开路故障与电压传感器故障联合诊断方法

  刘靖伟, 马建军, 陈阳, 朱淼, 文书礼

  电源学报. 2025, 23(8): 329-341. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.8.329

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  模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)系统中子模块数量众多,其开关故障与电压传感器故障多发,且部分故障特征相似,影响系统运行可靠性。提出1种基于滑模观测器的子模块IGBT开路 和电压传感器故障联合诊断方法。该方法首先利用MMC系统桥臂电压实际值与测量值设计故障检测策略,检测MMC系统是否发生故障并实现桥臂级故障定位。在此基础上,基于滑模观测器,实现故障桥臂内子模块电容电压的在线估计,并与测量值进行对比,实现子模块级故障定位。最后通过仿真验证了所提故障诊断算法的有效性和鲁棒性。