2013年, 第11卷, 第1期　刊出日期：2013-01-30

  

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  功率变流器的可靠性研究现状及展望

  周雒维,吴军科,杜雄,杨珍贵,毛娅婕

  电源学报. 2013, 11(1): 1-15. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.1

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  可再生能源并网发电技术的迅速发展，对功率变流装置的可靠性提出了更高要求。工业界的调查表明，可再生能源发电系统的故障很大一部分原因可归咎于变流装置的故障，而功率器件的失效是主要诱因。研究功率器件可靠性是提高变流器可靠性的基础，对延长设备的使用寿命具有重要意义。围绕功率变流器的可靠性问题，从变流器的工作特点出发分析了导致其可靠性不高的主要原因。首先阐述了功率器件在工作中的主要失效机理；为防止损坏设备的故障发生，需要实时监测变流器的健康状态及评估装置的可靠性，文章总结了功率器件的状态监测方法及寿命预测技术；为提高变流器的运行可靠性，提出了变流器状态控制的概念，对各种状态控制方法进行了分类介绍，并分析总结了现有状态监测方法、寿命预测模型及状态控制方法的优缺点，最后根据这些优缺点对功率变流器可靠性研究进行了展望。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  LCL滤波并网逆变器的零点配置策略

  许津铭,谢少军,肖华锋,黄如海,秦岭

  电源学报. 2013, 11(1): 16-19. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.16

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  采用LCL滤波器的并网逆变系统中，由于高阶滤波器的存在，并网电流易产生无阻尼谐振，系统闭环设计困难，带宽受限，难以实现很好的系统响应。LCL滤波器中通过二个电流量的加权组合可获得具有一阶积分特性的反馈量，将高阶并网逆变系统的闭环设计降阶处理，简化了系统闭环设计，且易于实现较好的系统响应。目的是全面分析LCL滤波并网系统中可行的加权组合方式。提出一种系统性分析方法，采用比例、积分、微分的加权形式从零点配置角度全面的分析了可行的组合反馈方式。仿真与实验验证了分析的有效性。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  两级三电平与两级两电平光伏变流器效率分析与比较

  孙敦虎,刘进军,刘增

  电源学报. 2013, 11(1): 20-24，29. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.20

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  对应用于光伏发电领域的两级两电平和两级三电平变流器的效率进行了分析计算并给出了相应的比较结果。首先分析了两种电路拓扑结构的工作过程以及损耗来源。在相同的设计要求下，分别对两电平以及三电平两种电路拓扑结构进行参数设计、器件选型。并在所选器件和所设计参数的基础上，计算出有损器件的损耗。同时，为了使损耗比较更有说服力，对于两电平和三电平两种拓扑结构，尽最大可能选择恰巧满足设计要求且为同一工艺甚至同一系列的功率器件。通过详尽的损耗计算和比较，结果说明，在相同工况下，三电平变流器的损耗要低于两电平变流器，并且随着开关频率的增高，效率优势越明显。
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  超导储能蓄电池混合储能在风力发电中的应用

  邓汇娟,张铁山,周小光,蒋晓华

  电源学报. 2013, 11(1): 25-29. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.25

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  风力发电输出功率的波动性导致其直接并网会对电网带来不良影响，需要电力储能装置来提高并网性能，而常用的单一电池储能由于受到充放电次数的限制而易损坏。在建立用于平滑风电功率波动的超导储能和电池储能的混合储能模型基础上，设计超导储能用于平抑高频尖峰功率，电池储能用于平抑低频波动功率，并给出了两种储能装置的功率和容量确定方法。算例的仿真结果表明该方法同单一电池储能相比，可以有效地平抑风场并网的功率波动并减小电池的功率等级，减少电池的充放电次数和放电深度，从而延长了电池使用寿命。
电池及充电技术
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  锂离子动力电池大电流脉冲充电特性研究

  马进红,王正仕,苏秀蓉

  电源学报. 2013, 11(1): 30-33，38. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.30

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  针对大容量锂离子动力电池充电过程要快速高效同时保证电池寿命的要求，提出将大电流脉冲充电作为锂离子动力电池的快速充电方式。通过对电池大电流脉冲充电过程的大量试验，将其充电效果和恒流充电方式进行比较，证实了大电流脉冲充电是一种能有效减小极化现象、高效快速的充电方式。同时试验了不同脉冲时间、不同充电电流对脉冲充电效果的影响，得出最佳脉冲充电参数。
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  链式电池储能功率转换系统研究

  张峰,李睿,凌志斌,蔡旭

  电源学报. 2013, 11(1): 34-38. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.34

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  风力发电出力具有间歇性、波动性和随机性的特点，风功率直接并网可能给电网的电压、频率稳定带来消极影响，这就需要在风电场中安装储能系统来平抑风力发电输出功率波动。介绍了电池储能功率转换系统的发展现状，给出了一种链式电池储能功率转换系统方案和功率控制方法，推导了通过零序电压注入和在各H桥单元交流输出电压附加相应的分量来实现相间电池簇和相内电池组荷电状态均衡的原理，在MATLAB/SIMULINK环境下进行仿真验证。
SiC、GaN器件、新型功率器件及其应用
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  梯度放大器中MOSFET器件功率损耗分析

  王斌,蒋晓华

  电源学报. 2013, 11(1): 39-44. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.39

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  为分析梯度放大器样机中MOSFET器件的功率损耗，建立了适用于样机使用的MOSFET的器件行为模型，并通过简化实际电路的方法建立了仿真分析电路。在此基础上完成了不同工作状况下MOSFET器件及负载的功率损耗仿真分析；同时在梯度放大器样机上完成了相应工作状况的实验测量。仿真分析数据和实验结果表明了，二者对应波形吻合，且不同工作状况下功率损耗的计算结果误差在±10%以内，仿真分析可有效的应用于器件功率损耗分析。
系统仿真、建模与控制
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  电力电子变流器中的直接功率控制策略研究综述

  李宁,王跃,雷万钧,王兆安

  电源学报. 2013, 11(1): 45-52. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.45

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  介绍了直接功率控制（Direct Power Control，DPC）策略的产生背景与基本原理，归纳总结了DPC策略的发展现状。详细介绍了DPC策略三个子模块，即瞬时功率求解模块、功率内环模块、电压外环模块的具体实现方法，对比了每个子模块中各种方法的优缺点。总结了电力电子变流器中DPC策略的应用领域，并对其应用前景进行了展望。
其他
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  介质阻挡放电电路的研究进展及展望

  唐雄民,孟志强,张淼

  电源学报. 2013, 11(1): 53-58. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.53

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  在对介质阻挡放电电路（DBD电路）负载特点进行分析归纳的基础上，综述了国内外在DBD负载特性与驱动电路上的研究现状，重点讨论了目前用于研究DBD负载特性的五类方法优缺点，对比分析了现阶段用于DBD型负载驱动的三大类拓扑结构的特性和不足。最后，结合DBD负载特殊性，提出了提升DBD型负载的放电效率和提高DBD系统性能的研究方法。
新颖开关电源
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  基于定频控制的对称式倍压整流输出两级式变换器

  张晋玮,周东方,李建兵

  电源学报. 2013, 11(1): 59-65,73. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.59

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  针对高压输出、宽负载变化的行波管（TWT）电源，提出一种基于定频控制的Buck+半桥LLC倍压谐振两级式DC/DC变换器。该变换器通过定频控制解决了变频控制时磁性元件的优化设计问题，并通过合理地选择LLC的工作频率，使LLC的开关管和整流二极管在全负载范围内分别实现了ZVS和ZCS。通过对传统的Cockcroft-Walton倍压整流电路进行改进，得到对称式倍压整流电路，有效地降低了输出电压纹波和电压跌落，却不用增加器件的数量，更适用于高压、小电流输出场合。首先利用电容充放电原理对任意方波输入的倍压整流电路进行定量分析，得到输出电压纹波和电压跌落的公式。其次，从时域对LLC进行详细的稳态分析。然后，对两级式变换器进行优化设计，并给出定频LLC的优化设计方法。最后，通过实验验证了以上分析的正确性。
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  不对称半桥并联谐振倍压变换器研究

  袁臣虎,陈树发,董峰,刘阳

  电源学报. 2013, 11(1): 66-73. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.66

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  提出适合于高压小电流开关电源的一种功率变换器—不对称半桥并联谐振倍压变换器（AHBPRDVCs），该变换器与传统半桥并联谐振拓扑相比，电路结构简单，利用谐振和倍压整流技术共同提升输出电压，使得高压开关电源高频变压器设计难度大为降低。对AHBPRDVCs的线性模态和谐振模态的电路拓扑等效分析，结合AHBPRDVCs工作时序图，研究了其三种工作模式下的开关换流过程及模式转换条件，最后对三种模式进行了仿真验证。研究结果表明，AHBPRDVCs是一种理想的高压开关电源方案，可推广应用。
其他
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  数字式多相电流吸收负载研究

  王树人,蒋伟,莫岳平

  电源学报. 2013, 11(1): 74-78. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.74

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  设计了基于数字控制的多相电流吸收负载。从系统可靠性与灵活性方面考虑，系统采取了以宽安全工作区的线性MOSFET作为能耗元件，以数字控制回路代替传统的模拟回路的方案。调制模式采用多相交错PWM的方案进行主动式电流纹波抑制，克服了数字电力电子系统中有限开关频率与有限采样率的问题；在此基础上设计了功率电路与采样电路；并根据系统模型设计了可用于恒流与脉冲电流负载模式的数字控制器。样机采用dsPIC33FJ64GS606为主控芯片实现高精度四路交错PWM与实时控制；实验测试表明，该电流吸收负载具有较好的稳态、动态特性，可用于未来数字化的电源测试设备。
逆变器与UPS
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  双级矩阵变换器换流策略研究

  宋卫章,钟彦儒,袁钥,王凤歌,王伟,王照

  电源学报. 2013, 11(1): 79-83,88. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.79

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  针对双级矩阵变换器（TSMC）特殊的换流问题，研究了一种可使TSMC安全可靠工作的换流策略。分析了四步换流原理，给出了实现框图，并最终搭建了一台基于英飞凌单片机XE164+CPLD的实验样机，对换流策略进行了实验验证。实验结果表明，四步换流是一种切实可行的换流措施，不仅能实现TSMC安全可靠换流，且对TSMC输入输出性能无影响。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  光伏并网逆变器的电能质量分析

  吴辉,林芳,刘鸿鹏,王卫

  电源学报. 2013, 11(1): 84-88. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.84

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  准确、实时地检测电网电压及并网电流对光伏并网逆变器的可靠运行具有重要的指导意义。着重分析了Z源光伏并网逆变器的电能质量分析系统的软件实现方法，通过对电网电压及并网电流的数据采样和处理，得到有效值、有功功率、无功功率等电力参数，并采用快速傅里叶变换（FFT）算法实现并网电流THD的计算。实验结果证明了理论分析和软件设计方案的正确性。
电池及充电技术
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  电动汽车非接触充电器中移相变频控制策略的研究

  马婷,叶军,秦海鸿

  电源学报. 2013, 11(1): 89-94. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.89

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  与传统接触式充电相比，非接触充电为电动汽车充电提供了更加安全方便的充电方式。但非接触充电中的磁耦合变压器工作于松耦合状态，存在较大的漏感，为了确保传输功率和降低功率器件的定额，通常要在原边或/和副边采用补偿网络，这使得系统成为高阶系统，控制难度加大。传统的控制方式有恒频PWM控制和变频PFM控制。恒频PWM易丢失软开关条件，影响变换效率。变频控制在宽负载范围、变参数条件下也存在一些不足。提出频率跟踪和移相策略相结合的控制方案，使用频率跟踪来保证系统工作在最佳频率，使用移相控制获得稳定的输出电压，对该方案进行了仿真分析，并设计了一台1kW基于数字控制全桥非接触电动汽车充电器样机，实验结果验证了所提出控制策略的可行性与正确性。
电力传动与变频调速
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  变频空调压缩机电机的参数辨识方法

  张斯瑶,刘桂花,王卫

  电源学报. 2013, 11(1): 95-100. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.95

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  针对变频空调永磁同步压缩机电机提出了一种离线参数辨识方案。根据空调压缩机的特性，在MAT-LAB/Simulink环境下建立定子相电阻、交轴电感、转动惯量的参数辨识仿真模型，并将该方法应用于2.5kW变频空调控制系统中。仿真和实验结果表明所提出的压缩机电机参数辨识方案合理，辨识精度满足设计要求。
其他
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  供电电源中断仿真装置设计

  李启胜,葛红娟,徐媛媛

  电源学报. 2013, 11(1): 101-105. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.101

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  研制了一套航空电子设备供电电源中断仿真系统。该系统由4个并联的IGBT运用均流技术，直接控制切换电路，以满足系统大电流、短时切换的特殊要求。中断电源采用双闭环控制的电压型SVPWM整流器，以便有效解决负载变化导致的电压波动问题。制作了一台原理样机，采用TMS320LF2407DSP作为控制器，并设计了上位机监控软件，上位机与控制器采用串口通讯方式。样机试验结果表明中断电路切换迅速，均流效果良好，直流侧输出电压稳定。
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  含风电场的电力系统电压控制分区

  韩学军,绳环宇,邓艳秋

  电源学报. 2013, 11(1): 106-111. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.106

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  提出了含风电场的电力系统电压控制分区的一种新的方法。将风电点出力离散为多个场景，并求取其期望场景。根据风机出力的特点修正了系统的无功电压灵敏度矩阵，然后根据电压幅值对于无功功率的灵敏度定义了电力系统各个节点的电气距离，再将其映射到一个多维空间中，依据此空间电气距离并应用免疫-中心点聚类算法将各节点进行归类。把问题转化为数学上的空间聚类问题。在新英格兰10机39节点进行仿真，其结果显示该方法能够合理地解决风机出力的随机性与系统分区要求尽量稳定的矛盾。
系统仿真、建模与控制
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  双馈风电系统网侧变流器控制策略的改进

  张克勤,钟鸣,王春宇

  电源学报. 2013, 11(1): 112-116. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.112

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  在传统的矢量控制策略下，当电网电压发生三相对称短路故障时双馈感应发电机（DFIG）变流器直流母线电压会产生剧烈波动，从而影响整个风电系统的稳定运行。为此，需要对DFIG网侧变流器控制策略进行改进。分析了电网电压三相对称跌落时引起直流母线电压波动的原因，并在此基础上提出了新型的前馈控制方法。当电网电压跌落时对网侧变流器电流参考值做必要修正，从而达到减小直流母线电压波动的目的。为了验证该控制方法的有效性，在PSCAD/EMTDC软件环境下建立了容量为2MW的DFIG风电系统模型，并在此模型下进行系统仿真。仿真结果显示，提出的前馈控制策略能够有效的减小直流母线电压的波动。
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  试论PSpice中宏模型的类型

  惠晓静,李金刚

  电源学报. 2013, 11(1): 117-120,124. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.117

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  介绍了宏模型的的概念和特点，对PSpice中几种典型的宏模型类型分别进行了阐述，最后总结指出宏模型是电路建模发展的新趋势。
新颖开关电源
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  基于MOS管串联开关的高压脉冲电源设计

  郭翔,江磊,范青

  电源学报. 2013, 11(1): 121-124. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.121

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  介绍了一种基于MOS管串联开关的高压脉冲电源设计方案，采用工频高压电源通过MOS管串联开关向脉冲变压器初级放电，经脉冲变压器升压在负载上输出-4500V的高压脉冲，该方案具有电路结构简单、可靠性高等优点。
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  一种低频脉冲负载用特种开关电源研制

  汪邦照,赵艳飞,李善庆

  电源学报. 2013, 11(1): 125-128. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.125

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  介绍了一款为某P波段雷达项目研制的低频脉冲负载用开关电源的设计与研究。文中介绍了该电源的设计难点及相应的解决方法，另外描述了该电源的实现方案，最后通过一些波形和照片介绍了整个电源的设计结果。
电池及充电技术
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  基于风光互补综合供电的电动汽车充电站

  陈滋健

  电源学报. 2013, 11(1): 129-132. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.129

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  电动汽车的发展和普及依赖于充电配套设施的建设。分析了电动汽车的充电需求、传统充电模式的瓶颈，提出了基于风光互补综合供电的电动汽车充电站解决方案，对系统硬件结构和软件平台进行的论述，进而对系统性能进行了验证。实践证明这是一种全新的绿色能源汽车能量供给系统，解决了快速充电、电网污染、离散供电、节能减排等关键技术难题。
逆变器与UPS
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  微功耗不间断电源

  郁百超

  电源学报. 2013, 11(1): 133-139. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.133

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  微功耗不间断电源采用整流升压器和微分逆变器，实现了不间断电源的全部功率。该微功耗不间断电源的最大特点是，只要把输入功率中极小部份进行功率变换，就可以得到全部输出功率，即输入功率中极大部份既不必进行实际的功率变换，也不必通过磁芯变压器或电感传递，直接到达输出端，成为输出功率，主功率器件工作在工频，不产生EMI干扰，电路简单，因此功耗极小而寿命极长，成本、体积、重量、功耗都是传统冰间断电源的十分之一。
电池及充电技术
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  锂离子电池寿命预测国外研究现状综述

  罗伟林,张立强,吕超,王立欣

  电源学报. 2013, 11(1): 140-143. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.1.140

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  寿命预测是锂离子电池健康管理的重要方面。分类综述了国外近十年来的电池寿命预测方法，并对其中"基于性能"的方法进行了重点分析；指出充分利用电池机理模型和老化机理分析、挖掘更多电池深层次寿命特征是未来电池寿命预测的发展方向。