2013年, 第11卷, 第2期　刊出日期：2013-03-30

  

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新颖开关电源
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  高压输入低压多路输出模块电源的效率优化

  杨帆,任小永,陈乾宏

  电源学报. 2013, 11(2): 1-6. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.1

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  机载设备需要大量多路输出小功率模块电源。针对270V高压直流输入，研制电机驱动器用的7路输出、32W模块电源。结合变换器要求，指出高效率、高功率密度、高稳压精度及低的交叉调整率是设计的主要难点。在分析4种可能方案后，选取两级式变换器“半桥（D=50%）+BUCK”方案。为了优化效率，推导了满载条件下变换器总损耗关于频率和输入电压的计算函数，讨论了频率对变换器效率的影响，选取效率最优点对应的开关频率—100kHz。分析结果还表明采用该方案相同频率和负载，输入电压升高效率降低。最后，制作了一台原理样机并给出了实验结果：100kHz开关频率下，随输入电压升高整机效率从84.7%降至76.3%，额定输入时为80.2%，与理论分析一致。此外，损耗分析结果还为效率的进一步优化提供了依据。
加热、电焊等特种电源
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  两级交错单相VSR的均流控制

  马红星,杨喜军,雷淮刚

  电源学报. 2013, 11(2): 7-11，17. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.7

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  供配电网和大功率逆变焊机等应用场合要求电力电子变压器（PET）具有较高的功率等级。电力电子变压器低压端采用多级交错单相电压源整流器不仅可以克服传统单级VSR在功率电感、功率开关等方面的设计难度和成本压力，而且能够降低输入高频纹波电流，减小EMI滤波器尺寸。着重研究了两级交错单相电压源型整流器直接方案和交错方案的均流控制，从功率电路参数分散性、控制策略与驱动方式等方面理论分析其均流原理并通过MATLAB/SIMULINK仿真验证分析的正确性。采用TMS320F28335设计和实现了6kW两级交错单相电压源整流器，开关频率20kHz。实验结果表明：两级交错单相电压源型整流器很好地实现了网侧单位输入功率和电感均流，并且电感设计简化，效率增加，具有很好的纹波电流抑制效果和高性价比。
电源的数字控制
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  并行电流模式控制的SR-Buck变换器的数字控制与实现

  韩莉,刘晓东,方炜

  电源学报. 2013, 11(2): 12-17. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.12

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  以同步整流（SR-Buck）变换器为研究对象，介绍了一种新的控制算法-并行电流模式控制。该算法基于离散域推导，易于数字实现。论文给出了算法的数字控制框图，并基于FPGA控制芯片设计了并行电流模式控制的SR-Buck变换器实验样机，进行了实验研究，实验结果表明了与传统的峰值电流模式控制算法相比，该算法能有效地改善负载突变及输入电压突变下Buck变换器的动态响应。
其他
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  三单体直接均衡电路及漏感效应分析

  杨威,杨世彦,盖晓东

  电源学报. 2013, 11(2): 18-22. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.18

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  针对现有的串联储能电源均衡技术存在的速度慢、效率低、均衡模块数量多的问题，提出了一种三单体直接均衡电路，通过相应的开关动作，能实现相邻三单体之间能量由最高单体到最低单体的直接传递。介绍了此电路的工作原理，详细分析了漏感在此均衡电路中的作用和对均衡电路性能的影响。仿真和试验结果表明，漏感影响均衡电路工作模态、开关管电压、均衡电流，需要在均衡电路实际设计时仔细考虑。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  部分遮阴条件下光伏阵列最大功率点跟踪方法

  胡浩磊,杨富文

  电源学报. 2013, 11(2): 23-29. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.23

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  在部分遮阴条件下，光伏阵列功率-电压（P-U）特性曲线呈现多峰现象，传统的最大功率点跟踪（maximum power point tracking，MPPT）方法会失效。因此，提出了一种基于电导增量法的全局搜索（Global search based on Incremental conductance，GSINC）方法来实现最大功率点跟踪，该方法保证不会陷入局部最优且不会错过任何极值点。最后通过仿真验证了该算法能快速且准确地跟踪最大功率点，有效提高了光伏阵列输出效率。
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  基于最小二乘支持向量机的风电功率超短期预测

  叶徐静

  电源学报. 2013, 11(2): 30-35. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.30

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  针对当前风电场发电功率预测时间较长、预测误差较大，易影响风力微电网根据用电负荷变化适时调度及有效电力资源配置的问题，提出了一种基于最小二乘支持向量机（least squares-support vector machine，LS-SVM）的微电网风电功率超短期预测方法。该方法根据风电场数据采集与监视控制（supervisory control and data acquisition，SCADA）系统获取原始功率数据样本，经归一化法预处理，运用网格搜索法确定模型参数，并依据LS-SVM法建立预测系统模型，利用MATLAB工具箱LS-SVMLab进行仿真实验，跟踪及预测风电功率变化曲线，实现时间跨度小至5min的超短期预测。实验验证结果表明，该方法比传统预测方法具有较高的精确度和较大的适用性，为风力微电网优化调度控制工程提供一种新思路。
LED驱动电源
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  一种减小储能电容容值的LED驱动器

  张洁,张方华,倪建军

  电源学报. 2013, 11(2): 36-39，45. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.36

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  高亮度发光二极管（简称LED）具有发光能效高、光学性能好、寿命长、环境友好等优点，是极具发展前景的新一代绿色照明光源。但是传统AC供电的LED驱动器中短寿命的电解电容，限制了LED照明光源的长时间使用。提出了一种有偏置的正弦波电流驱动LED，通过理论分析得到，在同样的中间母线电压脉动下，储能电容的容量能够减小到原来的55.8%，从而可以用薄膜电容取代电解电容。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  对称电网电压骤升下双馈电机暂态分析

  张兴,曲庭余,谢震,卢磊,宋海华

  电源学报. 2013, 11(2): 40-45. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.40

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  风电场的电网电压骤升故障会造成双馈风力发电机定子绕组中产生定子磁链的暂态直流分量，甚至引起比电网电压跌落更强的双馈电机定、转子电流和电磁转矩的冲击。为研究双馈风力发电机的高电压穿越（HVRT）特性，首先分析了电网电压骤升的产生机理和电网电压骤升及恢复过程中双馈电机电磁过渡过程，讨论了撬棒电阻对HVRT的影响，并与低电压穿越（LVRT）情况做了对比。
多电平、新颖PWM控制
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  基于优化DPC策略的三电平PWM整流器

  詹景君,张颖超,钱希森,景有泉,刘扬

  电源学报. 2013, 11(2): 46-51. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.46

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  基于直接功率控制（DPC）策略三电平PWM整流器近年来得到了广泛关注，但由于存在较大的无功脉动，系统动静态性能受到严重制约。通过分析系统瞬时功率模型，指出常规DPC策略忽略的有功功率与无功功率耦合量是造成无功功率失控的主要原因。根据失控机理，在常规开关矢量表的基础上有针对性的添加备选空间电压矢量，提出了优化开关矢量表，解决了原开关表存在的无功功率“失控”问题。构建了MATLAB/simulink环境下的仿真模型，对三电平PWM整流器系统进行了仿真研究，结果表明基于优化开关表的DPC策略PWM整流器显著降低了无功功率脉动，提高了系统稳态性能。
新颖开关电源
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  基于PISO有源箝位电流型半桥的1V输入48V输出200W模块设计

  韩晓明,马皓

  电源学报. 2013, 11(2): 52-56. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.52

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  为了满足能馈电子负载对直流升压变换器低压大电流输入、高增益和输入电流纹波小的要求，提出了输入并联输出串联（PISO）有源箝位电流型半桥电路。该变换器以有源箝位电流型半桥电路为基本单元，具有所有开关管可零电压开通和控制简单的优点。分析了该电路的工作原理，给出了变压器漏感的设计。针对恒流输入的要求，给出了基于dsPIC33FJ16GS504的输入电流恒流控制设计方法。最后，设计制作了一台1V输入、48V输出200W实验样机。实验结果表明，该电路适用于低压大电流输入的能馈电子负载。
系统仿真、建模与控制
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  频率对平面滤波器LC单元电磁参数的影响

  王贵贵,邢丽冬,王世山

  电源学报. 2013, 11(2): 57-61. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.57

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  集成LC单元结构是对平面磁集成技术的应用，其电磁参数由R，L，C，G组成。确立LC单元电磁参数随频率变化特点对于精确建模和分析集成LC单元高频特性有重要意义。基于广义弧线传输线模型建立了环形集成LC线圈的高频模型，推导了以电磁参数为关键分量的矩阵方程。采用ANSYS有限元分析工具，对3匝环形LC单元建立模型，算例仿真，得到不同频率下各电磁参数的数值分布。通过对仿真结果分析，获得了一些有益的结论。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  单相光伏并网逆变系统的鲁棒状态反馈控制策略

  杨士保,杨富文

  电源学报. 2013, 11(2): 62-66. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.62

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  介绍了一种基于LCL滤波器并网逆变器的鲁棒电流控制器设计。该控制器的设计同时考虑了电网阻抗参数的不确定性和内模控制器对参考电流的跟踪和抑制电网的扰动。通过逆变器的状态变量和内模控制原理的结合设计出了鲁棒状态反馈控制器。最后，搭建了仿真平台，对鲁棒状态反馈控制器和PI控制器分别进行仿真与分析，结果表明鲁棒状态反馈控制器对电网负载变化具有良好的抑制作用。
LED驱动电源
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  LED照明驱动电源中功率因数校正研究新进展

  林维明,黄超

  电源学报. 2013, 11(2): 67-73. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.67

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  虽然单相功率因数校正（PFC）技术从上世纪80年代以来，已经经历了数十年的发展，但是随着新的应用领域出现，单相PFC研究依然面临着许多挑战，LED照明就是一个典型的例子。LED照明长寿命、高可靠性、可控硅相控调光、单级电气隔离、光学调光等特点与独特要求，催生了PFC研究的新进展。特定电路高性能价格比的控制策略、新型高效集成电路拓扑和新颖的工作模式等研究都是为了满足LED照明新型电光源的需求。回顾了国内外近年来对LED照明电源中功率因数校正问题的研究进展，所涉及内容包括消除电解电容研究、反激变换器一类电路控制策略、新型集成隔离型PFC电路、低导通损耗无桥PFC电路研究、交流直接驱动LED的PFC问题和相控调光LED驱动PFC电路等。
电力传动与变频调速
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  基于扩展卡尔曼滤波器的永磁同步电机转速估计方法研究

  尹忠刚,张瑞峰,曹钰,钟彦儒

  电源学报. 2013, 11(2): 74-77,83. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.74

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  研究了利用扩展卡尔曼滤波器（extended kalman filter，EKF）对永磁同步电机（permanent magnet synchronous motor，PMSM）矢量控制系统进行参数精确估计的方法。通过引入定子电流和电压，在线估计电机的定子磁链、电机转速和转子位置，进而实现永磁同步电机的无传感器控制。仿真结果表明EKF准确地观测了电机转速和磁链，所构建的无速度传感器矢量控制系统具有良好的控制性能。
新颖开关电源
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  有源箝位软开关全桥Boost变换器

  李文安,师宇杰,戈田一,张国栋,彭华甫

  电源学报. 2013, 11(2): 78-83. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.78

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  提出一种含有源箝位辅助电路的软开关全桥Boost变换器，其利用电感与电容谐振实现主开关管的零电流开通与零电压关断。有源箝位电路即可抑制变换器工作时可能出现的电压过冲，又可将箝位电容吸收的能量返还回主电路，且箝位开关管以零电压方式开通与关断。输出端采用倍压整流，可以降低变压器匝比。最后利用硬件实验波形验证了所述变换器的有源箝位和软开关特性。
系统仿真、建模与控制
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  一种用于三相逆变器的新型数字单周期区间控制研究

  程林,蒋真,陈新,姬秋华

  电源学报. 2013, 11(2): 84-87. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.84

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  单周期控制由于具有控制简单、开关频率恒定和响应速度快等优点，在功率变换器中获得广泛应用。但传统单周期控制直流电压利用率不高，只有0.866。介绍一种用于三相逆变器的新型数字单周期区间控制，将直流电压利用率提高到1，同时也降低了开关损耗。文中给出数字控制方案的实现，搭建一台1kW实验平台，实验结果验证了方案的可行性。
新颖开关电源
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  移相全桥变换器偏磁抑制的不对称移相方法

  张小倩,史旺旺,胡舒阳

  电源学报. 2013, 11(2): 88-92. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.88

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  针对移相全桥DC-DC变流器中因特性不一致使变压器初级产生直流分量而导致的偏磁问题，提出了不对称移相的偏磁数字抑制方法。通过调节超前臂的占空比控制变压器原边的直流分量，而调节滞后臂的移相角控制输出电压的复合控制方式，实现了偏磁抑制和输出电压控制。利用平均状态空间模型，分析了超前臂占空比与直流电流的关系，并给出了DSP中不对称移相的实现方法。仿真和实验结果证明了所提出方法的正确性和可行性。
其他
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  数据中心供电系统的新技术应用研究

  陈凤,张花,陈月琴,王涛

  电源学报. 2013, 11(2): 93-100. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.93

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  随着IDC及云计算的快速发展，如何建设绿色节能和经济高效的数据中心已经成为国内各大运营商及政企关注的重点。传统UPS供电系统因效率低、能耗高、后备铅酸蓄电池不够绿色环保、投资效益较差等弊病一定程度上促成了各种新的替代供电技术的出现。针对模块化UPS、高压直流、DPS、飞轮UPS及动态UPS供电技术共五种新供电技术，重点从系统工作原理、实际应用模型、优劣和效益、建设投资等多个角度进行了深入的对比分析和研究，旨在为下一代绿色数据中心供电系统的规划建设提供决策依据。
新颖开关电源
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  BUCK-BOOST变换器的无源性电流控制方法

  廖鸿飞,帅定新,梁奇峰,彭建宇

  电源学报. 2013, 11(2): 101-104,120. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.101

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  为了简化系统控制结构，提高Buck-Boost变换器的控制性能，提出了一种通过直接控制电感电流间接控制输出电压的Buck-Boost变换器无源性电流控制方法。首先根据无源性控制方法建立了系统的欧拉-拉格朗日能量模型，然后基于无源性理论和Layapunov稳定性理论，推导出了系统的无源性控制规律。实验结果表明，系统输出电压稳定，鲁棒性较强，动态响应良好。
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  Buck-Boost变换器的无源滑模控制研究

  屈鲁

  电源学报. 2013, 11(2): 105-109. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.105

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  为解决无源性控制时Buck-Boost变换器电压与电流过冲的问题，在无源性控制的基础上加入滑模控制。通过建立Buck-Boost变换器的欧拉-拉格朗日（E-L）模型，可以得到Buck-Boost变换器的无源性控制规律。在此基础上，结合滑模控制原理，设计Buck-Boost变换器的无源滑模控制器。在Matlab环境下，进行Buck-Boost变换器无源滑模控制的动态仿真。仿真结果表明，Buck-Boost变换器的无源滑模控制对电源扰动、负载扰动具有很强的鲁棒性，且动态响应速度快，能够解决无源性控制电压与电流过冲的问题。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  基于动态功率偏差调节的双馈风力发电系统MPPT控制策略

  张毅,郑颖楠

  电源学报. 2013, 11(2): 110-114. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.110

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  在分析贝兹理论的基础上，指出无论基于怎样的系统结构，直接使用贝兹理论会由于风机系统参数、运行磨损及外界条件等因素的变化，导致给定参考值与实际值之间存在误差。从系统整体响应特性看，转速控制模式动态特性优于电流控制模式动态特性。由此，提出一种基于动态功率偏差调节的可实现理论上无静差的动态MPPT控制策略。仿真结果证实了该算法的有效性和在静、动态性能上的优越性。
电动汽车与电力机车
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  微功耗电动汽车动力系统

  郁百超

  电源学报. 2013, 11(2): 115-120. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2013.2.115

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  微功耗电动汽车动力系统最大优点是，只要把输入功率中极小部份进行传统功率变换，就可以得到全部输出功率，即输入功率中绝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，这部份输入功率的变换效率可视为100%；同时主功率器件不采用PWM脉宽调制技术，不产生EMI干扰，电路简单，因此功耗极小而寿命极长，安全可靠，节能环保，成本、体积、重量、功耗都是传统电动汽车动力系统的十分之一。