2015年, 第13卷, 第1期　刊出日期：2015-01-30

  

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微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  具有自适应无功和谐波补偿功能的并网逆变器设计

  马凯莉,黄桂根,马灵甫,张晓玲,王正仕

  电源学报. 2015, 13(1): 1-6. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.1

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  针对电网的污染问题设计了太阳能光伏并网逆变器, 实现向电网传递有功功率的同时对电网电流中的无功和谐波分量进行补偿, 改善电网质量, 使电网电流正弦化.基于自适应陷波滤波器ANF原理, 介绍了一种适用于单相电路负载的无功和谐波电流提取的新方法.该方法能较为准确快速地检测出所需信号的幅值、相位和频率等信息, 并且在负载变化时保持较快的响应速度.最后, 在Matlab/Simulink环境下对该理论进行仿真, 验证了该方法的可行性.
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  基于双同步旋转坐标的单/三相通用锁相算法设计

  王汝泉,和军平,谭诗干,陈力

  电源学报. 2015, 13(1): 7-13. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.7

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  提出了一种新型单相/三相通用锁相环算法.该算法将单相电压、三相电压统一视为三相不平衡信号, 在双dq同步旋转坐标系上进行投影, 利用二倍频分量提取网络来实现正序信号、负序信号的快速解耦, 有效提高了锁相环低通滤波器的截止频率；同时, 利用正序直流d/q比值作为锁相环反馈量, 克服了交流母线电压幅值变化的影响；同时还介绍了算法的结构和原理, 建立了锁相环传递函数.考察了锁相环传递函数的零极点分布, 分析了采样周期、低通滤波器截止频率对锁相性能的影响.最后, 进行了仿真和实验, 证明了该算法的有效性.
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  城市配电环网中的高温超导轻型直流联络线方案研究

  周小光,蒋晓华,张祥龙

  电源学报. 2015, 13(1): 14-20. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.14

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  为了阐明在城市配网中综合应用高温超导直流电缆与轻型直流输电技术构成闭环运行模式的方案的可行性及优势, 建立了基于电力系统计算机辅助设计/电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC的系统仿真模型, 并在此基础上仿真对于城市配网稳态与暂态特性的影响进行仿真, 其中包括110 kV母线的电压幅值变化和110 kV变电站负荷的功率传输特性等.仿真结果表明, 该方案不仅能够增加110 kV线路的供电冗余度, 提升变电站110 kV母线的电压幅值, 还能够在交流供电线路发生故障、故障被切除和系统恢复供电这一动态过程中, 降低110 kV母线电压和负荷功率的振荡幅度和振荡时间.
SiC、GaN器件、新型功率器件及其应用
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  GaN器件的LLC谐振变换器的优化设计

  马焕,王康平,杨旭,甘永梅

  电源学报. 2015, 13(1): 21-27. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.21

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  首先介绍了LLC谐振变换器的工作原理, 详细分析了基于增强型氮化镓(eGaN)场效应晶体管的LLC谐振变换器的开关过程.分析结果表明, 通过调节死区时间可以避免GaN晶体管的反向导通, 从而减小损耗;通过减小高频功率回路电感可以减小功率回路的振荡.再对死区时间和功率回路布线分别进行了优化, 由于GaN晶体管栅源电压安全裕量很小, 为确保器件安全, 对驱动回路布线进行优化;最后设计了1台输入电压为48 V、输出电压为12 V、输出功率为100 W、开关频率为1 MHz的LLC实验样机, 并进行了实验验证.实验结果表明, 高频功率回路电感从5.6 nH降为0.4 nH时, 下管关断时的漏源电压超调由15%下降到6.7%,另外驱动功率回路采用单层布线带屏蔽层的布线方式后, 开关管的驱动电压几乎没有振荡.
系统仿真、建模与控制
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  基于最优转矩控制六相永磁容错电机故障补救策略的仿真研究

  荀倩,秦海鸿,马亚飞,李寒松,严仰光

  电源学报. 2015, 13(1): 28-34. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.28

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  为了满足航空电力作动系统高可靠性的要求, 介绍了一种六相永磁容错电机驱动系统的拓扑结构.在介绍其结构特点的基础上, 分析驱动电路电气故障, 通过电路等效原理将功率管开路、短路和电机绕组短路故障转化为电机绕组开路故障, 最后根据功率守恒原则, 提出了基于最优转矩控制的故障补救策略, 旨在当电机发生开路故障时, 能够产生同正常运行时相同的输出转矩, 以及最小的转矩脉动和铜耗.Matlab仿真结果表明当电机发生一相或两相开路故障时, 系统输出转矩基本不变, 从而验证了研究的最优转矩控制策略的可行性.
LED驱动电源
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  一种电压自适应的多路LED均流方案

  柯秉毅,林维明

  电源学报. 2015, 13(1): 35-40. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.35

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  针对多路LED驱动电路存在的电流不均衡的问题, 对比分析了几种常见的LED均流方案的特点和不足, 提出了一种无需信号线的电压自适应多路LED均流方案并分析了其工作原理和工作特性.该方案具有便于实现模块化和标准化, 可实现LED负载热插拔等优点.最后设计了一台输出180 W的实验样机, 实验结果表明, 系统在正常工作及负载热插拔等情况下均能实现均流及输出电压的自适应.
电动汽车与电力机车
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  基于有限元分析的动车组牵引电机转子断条故障特性分析

  李永新,葛兴来

  电源学报. 2015, 13(1): 41-47. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.41

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  以CRH2型动车组的牵引电机为例, 定义了电机转子非对称运行时的电磁场计算模型.基于数值分析的基本原理, 利用有限元分析软件Jmag,对牵引电机故障前后的磁场、导条电流进行了计算, 并分析了转子断条对电机磁场、气隙磁密、导条电流的影响.同时根据动车组的运行特点, 对故障电机在牵引特性曲线上不同工作点下的运行状态进行了仿真, 分析了断条故障特征分量随着电机工作点的变化情况, 为后续动车组牵引电机断条故障检测技术的研究奠定了基础.
新颖开关电源
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  基于开关电容的三端口DC-DC变换器

  马圣全,潘庭龙

  电源学报. 2015, 13(1): 48-55. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.48

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  三端口直流变换器(TPC)应用于新能源供电系统与电动汽车供电系统, 可将系统中原有的多个单向和双向直流变换器在电路结构上实现合并, 具有结构简单、成本低、控制灵活等优点.根据TPC的分类和组成规则构建一族含有开关电容、自举电路、BUCK、BOOST电路的高压比三端口直流变换器.形成的新型三端口变换器具有压比高、结构灵活、调压范围广等特点, 可以很好地应用在新能源发电应用系统中.最后对提出的新拓扑进行理论分析和实验验证.
LED驱动电源
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  一种高效率次级谐振单级反激PFC变换器

  李郎,杨岳毅,曾怡达

  电源学报. 2015, 13(1): 56-60. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.56

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  针对传统单级反激功率因数校正PFC(power factor correction)变换器存在工作效率低、变换器开关管和输出二极管电压应力大等缺点, 研究了一种次级谐振单级反激PFC变换器, 不仅能够合理利用次级漏感能量, 提高变换器效率, 而且有效解决了传统单级反激变换器开关管、输出二极管电压应力较大的问题;同时还分析了次级谐振单级反激PFC变换器工作于电感电流断续模式DCM(discontinuous current mode)时的工作模态及其稳态工作特性, 并将该变换器应用于LED驱动电路.最后, 通过实验验证了理论分析的正确性.
多电平、新颖PWM控制
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  基于TL494控制的大功率极化电源研究

  曾小波,张小平

  电源学报. 2015, 13(1): 61-66. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.61

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  针对目前电化工业电解槽极化电源主电路普遍采用晶闸管相控整流方案存在的不足, 提出了采用不可控整流-斩波变流技术的新型主电路方案.设计了系统方案, 介绍了系统主电路结构及工作原理, 并分析了器件参数及器件选型.阐述控制电路的设计及控制方法分析, 最后建立仿真模型并进行仿真分析.仿真结果表明:该方案具有输出电压稳定、谐波含量少、动态性能好等特点, 能有效提高电源系统功率因数, 且效率在97.5%以上, 具有较好的应用价值.
逆变器与UPS
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  有源中点箝位式(ANPC)五电平逆变器调制方法和飞跨电容电压控制策略研究

  张航航,刘小刚,张新涛,张磊,梁欢迎

  电源学报. 2015, 13(1): 67-72. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.67

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  分析了ANPC型五电平逆变器开关状态和输出电平的关系, 并提出单周期SPWM调制方法.该调制方法在一个开关周期内实现有效电平且包含飞跨电容充电、放电两个状态.针对控制飞跨电容电压的问题, 提出了在调制策略中增加充电因子, 通过检测飞跨电容电压和实时调节充电因子实现飞跨电容电压闭环可控.最后对单周期SPWM调制方法和飞跨电容电压控制策略进行了仿真和实验, 验证了其正确性.
多电平、新颖PWM控制
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  基于SVPWM的七相感应电机谐波消除方法研究

  骆海燕,陆可,黎梅云,郭冀岭

  电源学报. 2015, 13(1): 73-79. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.1.73

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  在电压源逆变器供电的多相电机驱动系统中, 由于电机在广义零序子空间中的阻抗很小, 采用传统SVPWM将会导致较大的定子谐波电流.在分析七相感应电机数学模型和逆变器基础上, 针对3次、5次空间谐波问题, 提出了一种基于SVPWM的谐波消除方法.通过调节矢量作用的顺序, 同时使3次、5次子空间合成矢量为零来消除3次、5次谐波电流.在Matlab/Simulink仿真软件和七相感应电机调速平台下, 通过仿真和实验验证了所提出控制算法的正确性和有效性.
太阳能、风力、燃料电池发电
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  并网逆变器输出LCL滤波器的优化设计

  杨公德,施火泉,吴 磊,王 猛

  电源学报. 2015, 13(1): 80-86.

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  具有优越滤波性能、易于集成和封装的LCL滤波器在分布式并网发电系统中的应用日益广泛，然而其发生谐振产生的零阻尼不仅影响闭环控制系统的稳定性，而且导致入网电流性能降低。如何设计和优化滤波参数来提升LCL滤波器的滤波性能成为研究的热点。在滤波总电感和滤波电容满足系统性能的条件下，比较分析了电感分布系数和阻尼电阻对系统的稳定性、滤波效果、开关次谐波衰减比、阻尼值及阻尼损耗的影响，在此基础上，给出了电感分布系数和阻尼电阻优化方法一般设计的流程图，仿真结果表明该优化方法是有效性的。
新颖开关电源
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  一种新型正-反激变换器的研究

  何林,曾怡达,朱仁伟,马智文

  电源学报. 2015, 13(1): 87-93.

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  在传统对称式电阻、电容、二极管RCD(resistance capacitance diode)箝位正激变换器基础上，通过引入中间电容和用开关管代替副边的一个二极管，提出了一种具有正反激功能的新型变换器。该变换器在继承传统对称式RCD箝位正-反激变换器的高效率、占空比可大于0.5和低开关管电压应力优点的同时，进一步拓宽输入电压变化范围和提高输出电压增益。首先分析了变换器工作于激磁电流连续导电模式MCCM (magnetizing current continuous mode)的工作过程，再详细分析了MCCM和激磁电流断续导电模式MDCM (magnetizing current discontinuous mode)2种模式下的宽范围和增益特性以及原/副边开关管实现零电压转换ZVS (zero voltage switch)的条件，确立了在一定漏电感功率下箝位电阻值与箝位电容电压之间的函数关系曲线，并以此作为选取箝位电阻参考。最后，通过一台实验样机验证了理论分析的正确性。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  无功电压优化集中自动控制系统(AVC)在唐山地区电网的应用与实践

  李欢,田新成

  电源学报. 2015, 13(1): 94-100.

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  在自动电压控制（AVC）AVC系统实现过程中，全网无功优化是核心和基础，因而AVC中的无功优化对计算速度和鲁棒性有着更高要求。AVC系统是一个集散控制系统，即集中决策分层控制，SCADA是其核心数据处理控制系统。以唐山某地区电网为例结合电网谐波的影响，从应用与实践的角度对AVC系统实现进行了研究和开发。研究结果表明：自动电压控制系统的应用具有降低电网损耗和设备的动作次数，提高母线电压合格率和功率因数等效果。
电池及充电技术
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  磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈模型研究

  王国东,原璐璐,王允建

  电源学报. 2015, 13(1): 101-106.

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  针对目前磁耦合谐振式无线电能传输系统的四线圈结构理论不完善的问题，提出了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统的互感耦合理论模型，并用MATLAB对四线圈无线电能传输系统的传输效率与线圈尺寸、互感系数和距离等参数之间的关系进行了详细的仿真分析。最后，搭建了四线圈磁耦合谐振式无线电能传输系统实物模型，测量并分析了不同线圈间的距离对系统传输效率和负载电压的影响，验证了理论分析与实验数据的一致性，为分析磁耦合谐振式无线电能传输的四线圈结构提供了新的理论依据。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  非对称12脉波整流自耦变压器绕组结构研究

  马思源,曹咏芳,朱国荣

  电源学报. 2015, 13(1): 107-113.

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  传统的基于自耦变压器的多脉波整流电路在输入电压不变时只能输出特定的电压。文中针对非对称型自耦变压器，建立了自耦变压器绕组抽头位置参数和输出电压之间的关系，提出了不同输出电压要求下非对称型12脉波整流电路自耦变压器绕组的不同设计方法，进一步研究了电压变换比对变压器容量的影响，计算分析得到了具有最小变压器容量的连接方式，给非对称型多脉波整流变压器设计提供一种设计准则，仿真结果验证了理论分析的正确性。
系统仿真、建模与控制
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  半桥电流馈入型LLC变换器的补偿电路设计

  韩文祥,王春芳

  电源学报. 2015, 13(1): 114-118.

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  由于半桥电流馈入型LLC谐振变换器的工作过程相当复杂，很难为其建立准确的小信号模型，从而无法为其做相应的补偿电路设计。本文基于Saber仿真软件，利用时域仿真的方法获得了电路的波特图，从而进行了补偿电路的设计。制作了一款适用于单板光伏电池逆变器用半桥电流馈入型LLC变换器，通过仿真和实验，验证了补偿环节和设计方法的正确性。