2015年, 第13卷, 第2期　刊出日期：2015-03-30

  

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逆变器与UPS
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  基于平均功率控制的中频逆变器主从并联系统研究

  龙江涛,蔡环宇,何昕东,石健将

  电源学报. 2015, 13(2): 1-9. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.1

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  在航空航天等特殊应用领域里通常需要电源系统提供高质量、高可靠性的400 Hz 中频交流电源输出,而逆变器的并联控制技术可实现冗余供电和大容量供电,是当今逆变电源发展的重要方向之一。首先,对逆变器主从并联系统的整体结构进行分析和设计以实现良好的信号传输和冗余控制;其次,针对单台中频逆变器模块,采用了基本PR控制器的电压电流双闭环控制策略以改善其输出特性;随后,对基于平均功率控制策略的逆变器主从并联系统进行系统分析,并在从机控制系统里引入虚拟阻抗以改善其输出特性;最后,通过仿真和实验验证逆变器并联系统结构和控制策略的可行性。
单相、三相功率因数校正技术
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  级联式多电平无桥整流器的研究

  王聪,焦健,王畅,蒋向北,程红

  电源学报. 2015, 13(2): 10-16. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.10

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  针对传统中高压变频器中采用笨重复杂的移相变压器构成整流环节的问题,提出了一种新型的级联式多电平无桥整流电路拓扑。该拓扑采用级联的无桥整流模块单元结构,无需采用多重化工频移相变压器,通过一定的控制策略,可实现交流网侧较高的功率因数;同时可使每个模块单元输出稳定均衡的直流电压,从而为后级DC-DC以及DC-AC变换器的构成与实现提供良好的条件;对该新型电路拓扑的基本工作原理、稳态数学模型、输入功率因数以及控制策略进行了详细讨论。最后通过仿真与实验验证了所提电路的可行性和正确性。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  三相模块级联型固态变压器均压/均功率控制策略研究

  吴剑,石健将,张至愚

  电源学报. 2015, 13(2): 17-26，32. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.17

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  三相固态变压器是适用于智能电网的一种新型的智能电力电子设备,一般包括整流输入级、双有源桥DAB(dual active bridge)直流级和逆变输出级。为解决固态变压器在大功率传输和高输入交流电压工作条件下的高频功率开关管电压电流应力问题,一般采用多模块级联的拓扑结构,但这种拓扑给固态变压器带来了模块间的电压和功率不平衡问题和导致开关管过压过流及电网电流谐波增加等问题。为解决三相模块级联型固态变压器电压、功率的不平衡问题,提出一种新颖的控制策略。输入整流级采用一种基于共同占空比的三相dq0控制策略以保证输入交流电流三相对称, DAB级采用一种基于电压跟随的移相控制方法以实现模块间电压平衡,两级控制策略相配合以实现各模块间电压、功率平衡。仿真和实验均验证了所提控制策略的可行性和有效性。
LED驱动电源
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  三相无电解电容LED电源

  方炜,盛超,刘晓东,刘宿城,戴泉

  电源学报. 2015, 13(2): 27-32. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.27

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  LED作为第4代光源具有其他光源所无法比拟的优势：高效,节能,长寿命等,但传统的LED电源驱动中因普遍使用电解电容,大大缩短了整体LED照明的寿命。为提高LED 电源的寿命,针对路灯等大功率照明应用提出了一种三相无电解电容的LED驱动电源的设计方案。三相交流电作为输入,利用三相电之间的相位差,通过驱动电路并行向LED供电,使LED 获得恒定的电流从而得到恒定光通量。根据叠加定理, 给出了详细的理论推导和证明,并使用Matlab/simulink软件对于所提出的方法进行了仿真,仿真结果验证了该设计方案在无电解电容的情况下能够有效地驱动LED输出恒定光通量。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  基于虚拟电阻阻尼的三相并网逆变器控制设计

  谢宇,马灵甫,任玉虎,王正仕,兰祥

  电源学报. 2015, 13(2): 33-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.33

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  为抑制三相并网逆变器中LCL滤波器带来的谐振尖峰,提出一种结合有源阻尼和无源阻尼方案的虚拟电阻阻尼设计,用来取代常见的串联在电容上的电阻。通过对系统传递函数和波特图的分析比较,给出一种基于检测电容电流的虚拟电阻阻尼设计方案;运用Matlab仿真验证了设计方案的有效性,同时也证实了其相对传统无源阻尼法对电流THD的改善;最后,仿真证实了虚拟阻尼法在发生跳载时能快速响应,并一定程度上抑制超调量。
电动汽车与电力机车
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  电机控制器用IGBT风冷散热器的热仿真与实验

  丁杰,张平

  电源学报. 2015, 13(2): 38-44. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.38

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  电机控制器是电动汽车中的核心部件之一,而IGBT风冷散热器是保证电机控制器乃至电动汽车安全可靠运行的关键。为分析散热器与风机的性能,利用HyperMesh软件划分高质量的网格,采用FLUENT软件计算出5种型号风机在吹风和抽风方式下的流速分布与温度场分布。仿真结果表明：两种方式下的空气流动特点有较大差别,导致散热器上的IGBT元件温度各不相同;采用BUM9-0型号风机时,抽风方式的芯片最高温度比吹风方式低4.8℃。对开发的样机进行温升实验,得到的温升曲线验证了仿真结果的准确性。
电力传动与变频调速
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  基于电压残差的逆变器实时开路故障诊断

  王亚飞,葛兴来

  电源学报. 2015, 13(2): 45-51. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.45

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  逆变器是各类变频调速系统的重要组成部分,它的安全性和可靠性是保证系统稳定运行的关键。但其故障率通常较高。针对逆变器的IGBT开路故障,通过分析比较逆变器在正常状态与开路故障状态下的三相电压,提出了一种以线电压为检测对象的简易实时诊断方法,即利用实际的线电压和开关信号得到三相电压及其残差,并根据三相电压残差间的关系进行故障识别。仿真结果表明,该方法能够在线准确地实现逆变器IGBT单管及双管开路故障诊断,且不受闭环和负载扰动影响。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  并联混合型有源电力滤波器中无源滤波器设计与优化

  王玲玲,周贺,陈辉明,王正仕

  电源学报. 2015, 13(2): 52-57. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.52

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  介绍了一种针对中等功率非线性设备网侧谐波补偿的分布式并联混合型有源电力滤波器,并对其中无源滤波器的优化设计问题进行了重点研究,提出了一种实用的无源滤波器优化设计方法;详细分析了无源滤波器参数对有源模块开关管耐压、滤波支路电流的影响并推导了时域解析表达式;基于此优化设计方法,针对整流性负载进行了滤波器参数设计,相比传统的经验设计方法,在相同有源容量情况下,采用新的优化方法设计无源参数,滤波器滤波效果明显改善。仿真及实验结果验证了优化设计方法的有效性。
系统仿真、建模与控制
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  磁耦合谐振式无线电能传输系统中线圈谐振特性研究

  王国东,乔振朋,王允建,王赛丽,原璐璐,倪璐

  电源学报. 2015, 13(2): 58-63. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.58

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  针对磁耦合谐振式无线电能传输系统中激励线圈与发射线圈是否谐振、接收线圈与负载线圈是否谐振,建立了4种结构模型;采用电路理论,详细分析了4种结构模型下的等效阻抗,并通过Pspice仿真重点分析了在相同参数下4种模型的输出功率。仿真结果表明,激励线圈与发射线圈谐振且接收线圈与负载线圈不谐振时的结构输出功率最大,且在大负载情况下,仍具有高效率。在电源频率为13.56 MHz,发射线圈与接收线圈的距离为26.8 cm,耦合系数为0.2,负载为32 Ω的情况下采用此模型,输出功率达到136.25 W.
其他
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  并联IGBT模块静动态均流方法研究

  肖雅伟,唐云宇,刘秦维,马皓

  电源学报. 2015, 13(2): 64-70，76. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.64

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  IGBT模块在电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在大功率应用中为了扩大电流容量,会将开关器件并联使用。IGBT模块并联使用时的主要问题是静态不均流和动态不均流,基于IGBT模块的输出特性曲线,建立了并联IGBT模块的静态模型,分析了影响静态不均流的主要因素,通过调整栅压法及外加阻抗法改善了静态不均流;基于IGBT模块的分布参数模型,建立了并联IGBT模块的动态模型,分析了影响动态不均流的主要因素,通过栅极电阻补偿法改善了动态不均流,并提出了一种基于模块参数的主动门极控制均流方法。文中两只IGBT模块(1 200 V/300 A)并联的实验研究证明了模型的正确性和静动态均流方法的有效性。
新颖开关电源
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  峰值电流模式控制数字移相全桥变换器的分析与设计

  王均,杜建华,纪婧,马皓

  电源学报. 2015, 13(2): 71-76. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.71

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  建立了数字控制峰值电流模式下移相全桥变换器的离散域模型,并分析了斜坡补偿、漏感和数字控制延时对数字移相全桥系统稳定性的影响。基于模型,使用直接数字设计方法设计系统的补偿网络,并对比了直接数字设计和改进型数字重设计方法。实验结果表明了所建立的模型和设计方法的正确性。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  基于改进αβ变换和数学形态学的电压暂降检测方法

  王莹,谢林柏

  电源学报. 2015, 13(2): 77-81，87. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.77

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  针对现有的电压暂降检测方法进行了分析研究,提出了基于改进αβ变换和数学形态学的电压暂降检测方法。首先利用单相电压移相一个大小可调的角度来构造新的αβ两相电压;然后经过dq变换将电压的基波分量转换成直流分量;最后通过数学形态学滤波器对非直流量进行滤波,得到相应的暂降幅值和相位跳变。改进的方法不仅抑制了电压暂降起止时刻可能出现的"异动"现象,而且利用形态学滤波器代替传统低通滤波器,有效地提高了检测速度和精度。仿真结果证明了改进方法的有效性。
逆变器与UPS
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  基于开关耦合电感单元的Z源逆变器

  刘方荣,荣飞

  电源学报. 2015, 13(2): 82-87. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.82

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  在常见的几种Z源逆变器拓扑结构的基础上引入一种开关耦合电感单元,提出了基于开关耦合电感单元的Z源逆变器。这种逆变器利用开关耦合电感单元取代传统Z源逆变器中Z源网络的电感,可以提高Z源逆变器电压增益。研究发现,利用的开关耦合电感单元个数越多,开关耦合电感单元一二次侧电压变比越大,Z源逆变器电压增益能力越强。以由2个电压变比都为2的开关耦合电感单元组成的Z源逆变器为例进行了仿真和实验,仿真与实验的结果验证了理论分析的正确性。
多电平、新颖PWM控制
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  单相模块化多电平变流器控制策略研究

  杨云森,郭育华

  电源学报. 2015, 13(2): 88-93. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.88

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  模块化多电平变流器(MMC)是一种新型的多电平拓扑,输出与子模块数相关的多电平波形。MMC具有高度模块化、易扩展、输出波形好等特点,在中高压场合具有广阔的应用前景。分析了单相MMC的拓扑结构和工作原理,并通过一定的控制策略,对子模块电容电压平衡与环流抑制进行协同控制;利用载波移相脉宽调制(CPS-SPWM)技术,等效提高了开关器件的频率,从而降低其损耗。最后用Matlab/Simulink对单相MMC进行仿真实验,验证了调制策略和控制策略理论的正确性。
电源的数字控制
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  磁耦合谐振式无线电能传输ARM和CPLD控制研究

  方楚良,沈锦飞

  电源学报. 2015, 13(2): 94-98. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.94

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  磁耦合谐振式无线电能传输是中距离传输技术。两个耦合电路通过电磁场传递能量,当发射回路和接收回路处于谐振状态时,谐振体之间能量交换效率最高。设计了1台谐振频率70 kHz的实验装置,发射端以ARM和CPLD为主控芯片,接收端以ARM为主控芯片,分模块设计了控制电路,并提出了一种基于ARM的频率跟踪控制方法。实验表明,控制系统运行稳定,控制效果理想。
新颖开关电源
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  一种新型Quasi-Z源逆变器及并网应用研究

  刘海利,庄圣贤,郭允丰,李矫鹏

  电源学报. 2015, 13(2): 99-106. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.99

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  提出一种新型Quasi-Z源逆变器拓扑,该拓扑是将2个传统的电流连续型Quasi-Z拓扑进行并联。对比于传统Quasi-Z源逆变器,该拓扑的输入侧电流连续,有效降低阻抗网络中的一个电容的电压,提高了升压比,有效降低了器件电压应力,提高了系统的可靠性。通过采用SVPWM最大恒定升压调制策略进行调制,设计了基于dq坐标系电流解耦及阻抗网络电容电压恒定的原理控制,并将该拓扑应用于三相并网系统。
软开关技术
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  数字EDD修复仪LLC辅助电源设计

  夏炎,刘红翠,王建飞,李树安

  电源学报. 2015, 13(2): 107-112. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.107

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  数字式电火花堆(EDD)修复仪辅助电源需满足为焊枪电机供电、保证数字芯片工作及实现多路输出和电气隔离。传统辅助电源设计方式存在转换效率低、功率密度小、易受干扰、功率等级低等缺点。采用定频LLC谐振变换器加同步Buck两级拓扑的新式辅助电源设计方案,利用高频LLC谐振变换器的软开关能力,可缩小电源体积、提高转换效率,且能实现多路输出间电气隔离,避免相互干扰。通过与传统的辅助电源作比较,突出了所提新式辅助电源的优点,并详细分析了新式辅助电源的工作原理和控制方式,最后通过一台实验样机验证了新式辅助电源的可行性。
电池及充电技术
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  电池组用荷电状态均衡充电模糊控制策略

  邱斌斌,王智弘,李程,吴铁山

  电源学报. 2015, 13(2): 113-120. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.2.113

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  研究了一种电动汽车用磷酸铁锂动力电池组分布式主动均衡充电系统。该系统给单体电池分别配备了反激变换器均衡充电子模块和电池管理子模块,通过嵌入自适应卡尔曼滤波算法到电池管理均衡控制单元,完成单体电池荷电状态的实时估计。利用模糊控制策略,调节各均衡充电子模块的输出电流;与平均法均衡控制策略相比,使用的模糊控制策略能明显缩短均衡时间,降低电池组之间的不一致性。为验证所研究的均衡充电控制策略,对48 V/140 Ah磷酸铁锂动力电池组展开了充电模式下的系统均衡实验,实验结果验证了控制策略的有效性。