2015年, 第13卷, 第3期　刊出日期：2015-05-30

  

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软开关技术
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  适合大电流输入高压输出的软开关直流变换器

  袁义生,胡盼安,田纪云

  电源学报. 2015, 13(3): 1-12. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.1

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  首先, 提出了一种LLC谐振的软开关直流变换器, 其中原边包含4个开关管、2个变压器绕组和1个耦合电容, 并利用耦合电容构造了2个变压器绕组同时工作的回路, 实现了两者的均流;副边包含2个二极管和2个谐振电容, 构成了一个谐振式倍压电路;然后, 利用变压器漏感、励磁电感和谐振电容产生LLC谐振来传递能量, 各开关管能实现零电流开通, 二极管零电流关断, 且承受的反向电压为输出电压, 关断损耗也很小;最后, 分析了电路各阶段的工作原理, 推导了电压增益特性, 并设计了一款22~28 V输入、360 V输出、额定负载800 W的样机.实验测试结果证明, 电路最高效率达到93.5%,同时也证明了电路的有效性.
系统仿真、建模与控制
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  基于三端等效电路模型的FB-ZVZCS变换器控制环路设计方法

  龙伟华,贲洪奇,孟涛,陈鑫

  电源学报. 2015, 13(3): 13-20. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.13

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  为保证平均电流型控制方式下输出宽范围可调电源的全局稳定性, 采用新型的三端等效电路模型对系统进行小信号建模, 避免了传统平均模型不能预测次谐波振荡的问题.基于该模型给出了比例积分型电流补偿器的设计方法, 获得良好的电流控制特性;分析了稳态工作点对系统控制环路设计的影响, 给出了适合宽变工作点条件下电压外环的设计方法, 在保证全局稳定性的同时, 系统能获得更宽的控制带宽;利用该方法对一台最大电流4 A、输出电压50~600 V连续可调的FB-ZVZCS变换器进行控制环路设计.实验结果表明, 变换器在各稳态工作点具有良好的稳定性和动态特性, 验证了设计方法的正确性.
储能控制及系统
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  超级UPS中锂电池功率变换单元设计

  周佳男,陈敏,李海津,林平,胡长生,徐德鸿

  电源学报. 2015, 13(3): 21-27. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.21

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  为了进一步提高供电电源的可靠性、安全性, 超级UPS的概念应运而生.超级UPS包含电网、燃气发电机、锂离子电池、新能源等多种能源.除了作为后备储能外, 在外部两种能源进行切换的间隙, 锂电池功率变换单元需要紧急放电以支撑母线, 直至两种能源完成切换.首先分析了超级UPS系统对锂电池功率变换单元的接入需求;然后为了提高电池充放电的控制精度, 重点分析了检测通道的误差;最后, 设计的锂电池功率变换单元方案 在10 kW样机中进行了验证.
电池及充电技术
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  锂离子电池热耦合SP+模型及其参数化简

  吕超,郑君,罗伟林,王立欣,张波,聂学伟

  电源学报. 2015, 13(3): 28-35. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.28

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  为了更加准确便捷地研究锂离子电池的性能和健康状态, 提出了一种热耦合SP+模型.首先, 在单粒子模型的基础上, 增加液相扩散作用和电池温度的描述;然后, 针对模型参数过多、不易应用的问题, 进行参数化简融合, 并保留了其清晰的物理含义;最后, 对该模型进行不同工况下端电压、容量和表面温度的验证.实验结果证明该模型有很高的仿真精度.热耦合SP+模型的提出使锂离子电化学模型的表达形式和计算过程得到了简化, 增加了热行为的仿真, 为电化学模型应用于电池管理系统提供了理论基础.
电动汽车与电力机车
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  电动汽车辅助DC/DC变换器输出侧PCB的热设计

  文鹏,胡长生,贾晓宇,杜帅林,徐德鸿

  电源学报. 2015, 13(3): 36-40，49. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.36

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  电动汽车的辅助DC/DC变换器，一方面具有低压大电流输出和高功率密度的要求，另一方面要工作于密闭空间，因而需要对它进行合理的热设计。本文以一个1.5 kW辅助DC/DC变换器样机为平台，通过实验分析了变换器输出侧PCB的温升特性，在此基础上探讨了降低温升的方法，最后进行了初步的实验验证。
其他
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  反激变换器中RCD箝位电路的分析与设计

  赵海伟,秦海鸿,朱梓悦

  电源学报. 2015, 13(3): 41-49. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.41

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  着重考虑现有文献中被忽略的因素, 如箝位二极管正、反向恢复特性和副边漏感Ls对RCD参数设计的影响等, 分析了二极管的正向恢复对开关管电压尖峰的影响、反向恢复对RCD箝位电路损耗和参数设计的影响, 揭示出副边漏感与原边漏感一样会增加RCD箝位电路吸收的能量, 并进行了量化分析.综合考虑了二极管正向恢复特性、反向恢复特性以及副边漏感对RCD箝位电路的影响, 在现有RCD参数设计方法的基础上, 提出了修正后的RCD参数设计方法.仿真和实验结果验证了理论分析的正确性和设计方法的可行性.
电源的数字控制
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  基于DSP频率跟踪式串联谐振变换器的研究

  程静静,冯德仁,潘绪超

  电源学报. 2015, 13(3): 50-54，93. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.50

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  在静电除尘过程中, 常对粉尘比电阻有一定要求.受温度、湿度以及粉尘浓度等影响, 谐振频率发生改变, 除尘效率大大降低, 故提出了一种可自动跟踪频率的串联谐振全桥变换器以克服其局限性.首先建立了放电端的负载等值电路模型, 分析了负载等效后的串联谐振电路的特性;然后设计了基于DSP的自动频率跟踪算法.实验结果表明, 频率跟踪控制能较好地跟踪谐振频率.
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  中频逆变器数字控制延时的线性化近似

  刘春喜,陈鹏荣,高姬,杨玉岗

  电源学报. 2015, 13(3): 55-61. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.55

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  为了对逆变电源的控制系统进行准确设计, 分析了数字控制延时对逆变器系统性能的影响, 并采用Pade近似的方法对其进行近似.首先, 给出了延时环节的1~4阶Pade近似, 并对相关频率特性进行了比较, Pade阶数越高, 近似越精确, 但系统越复杂;然后, 对一个单相400 Hz逆变器的控制系统进行了设计, 采用比例谐振控制, 通过对数字控制延时进行Pade近似, 提出了考虑延时环节的比例谐振控制器设计方法;最后, 通过实验对理论分析进行了验证.实验结果与理论分析相一致.
新颖开关电源
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  配网末端交直流系统功率互济方法研究

  王瑞妙,李杰,郭利莎,姚骏,高晋,宋忠友

  电源学报. 2015, 13(3): 62-70. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.62

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  配电变压器在电力系统运行过程中会因负荷率较低存在欠载运行, 也会因负荷率过高存在过载运行, 同时过电流状态将造成设备过热及烧毁现象, 严重影响电力系统供电的可靠性与经济性.为满足配网末端系统的动态平衡、经济与可靠运行, 首先, 根据每日不同时段配电变压器的负荷率确定电池储能装置充放电状态, 提出在配网末端用户每日谷时段(22:00-次日8:00)对电池储能装置进行充电, 而在用户每日峰时段(8:00-22:00)电池储能装置将储存的电能释放回电网的控制策略, 以避免配网变压器出现欠载与过载现象;然后, 建立了以储能为核心的交直流配网系统实现对配网末端的有功互济及就地无功补偿控制策略, 并根据负荷功率变化提出了系统储能设备容量的基本配置方法;最后, 通过仿真验证了所提功率互济控制策略的可行性.
电源的数字控制
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  双管正激电路数字控制系统设计方法的分析与对比

  纪婧,杜建华,王均,马皓

  电源学报. 2015, 13(3): 71-78. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.71

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  主要针对双管正激电路进行数字化控制.首先, 分别采用s域间接设计、ω域波特图设计和z域根轨迹设计3种方法对数字控制系统进行设计;然后, 对这3种设计方法进行了详细的分析和对比, 并且用Matlab仿真验证了设计方法的正确性;最后, 给出了3种数字控制系统设计的总结和对比, 对指导数字控制系统的设计有着积极的意义.
太阳能、风力、燃料电池发电
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  光伏交错反激逆变器解耦控制方法的研究

  陈诚,朴政国

  电源学报. 2015, 13(3): 79-86. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.79

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  交流光伏模块将光伏组件与微型逆变器集成为一体, 构成一个可直接与电网或负载连接的光伏发电系统模块.微型逆变器独立控制每一个光伏组件, 因此受到外部环境条件变化影响小, 光伏电池的利用率优于其他光伏并网发电系统结构.首先, 介绍了交错式反激逆变器的拓扑结构、工作原理以及并网控制技术;再对3种主动式功率解耦方式及控制方法进行了比较;仿真分析结果表明, 3种功率解耦方式能够有效抑制二倍频功率扰动, 提高了光伏电池板的效率, 可延长电容寿命, 但同时增加了设备的体积和成本, 逆变效率也会相应下降, 电路拓扑和控制都变得复杂.
系统仿真、建模与控制
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  集成耦合电感的升压-反激变换器

  王天兵,丁新平,王伯荣

  电源学报. 2015, 13(3): 87-93. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.87

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  提出了一种高效直流升压变换器, 分析了它的工作原理并且阐述了理论推导过程.集成耦合电感的升压-反激变换器通过集成耦合电感和升压-反激变换器在低占空比情况下实现了高升压比和高效率.运用电感伏秒平衡定理、电容安秒平衡定理推导出在电感电流连续模式(CCM)下该新型拓扑电路的电压增益和效率.最后, 在实验室里设计出了30 W的电路样机, 实现了50 V的稳定输出, 并采集了实验波形.根据仿真及实验结果验证了理论分析的正确性.
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  有源电力滤波和电容器组混合补偿技术的研究

  穆瑜,陈乐柱,杜荣权

  电源学报. 2015, 13(3): 94-99. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.94

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  针对含有大量无功功率和谐波较高的场合, 提出了由有源电力滤波器(APF)和电容器组成的混合补偿系统.通过负载电流检测和复合电流检测的方式分析了混合系统的幅频特性.通过对APF单独补偿、及混合系统补偿进行仿真, 验证了混合补偿系统的有效性.在钢厂的实际应用验证了混合补偿系统可行性.
太阳能、风力、燃料电池发电
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  STATCOM-PSS控制对风电并网系统稳定性和电能质量的改善

  匡洪海,张曙云,曾丽琼,雷敏

  电源学报. 2015, 13(3): 100-106，133. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.100

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  如何保证风电并网系统的暂态稳定性和电能质量不降低是当前需解决的问题.基于解耦控制策略和同步发电机PSS控制策略, 提出在风电并网中系统采用STATCOM-PSS控制的解决方案.研究表明STATCOM-PSS控制策略能有效恢复风电并网处的故障后电压, 提高风电场的故障穿越能力, 改善风电并网系统的暂态稳定性和风力发电机组的电能质量.
电池及充电技术
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  磷酸铁锂电池组的均衡控制策略优化研究

  吕航,刘承志,沈金锁,贾俊波

  电源学报. 2015, 13(3): 107-112. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.107

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  针对Buck-Boost电路在串联电池组均衡中出现的平衡速度慢、损耗高等问题, 在功率开关和电感不变的情况下, 提出了一种改进的均衡方案.以实验室的磷酸铁锂电池作为研究对象, 进行了不同均衡方案的实验.从电池的实际模型角度出发, 集合改进后的均衡电路控制, 着重分析了改进方案在提高平衡速度和降低损耗方面的效果.仿真和实验结果表明, 改进的均衡控制策略减少了电池组的均衡时间, 降低了均衡过程中的损耗.
电动汽车与电力机车
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  无轨电车供电线网分路最大容量估算

  田丽华,姜久春,张帝,王伟

  电源学报. 2015, 13(3): 113-118. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.113

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  目前世界环境、能源问题的日益突出, 但随着电池技术的发展无轨电车迎来了发展新机遇.但是, 无轨电车线网分路众多、分路结构不同和负荷分布情况不同等导致不同分路的输电线路损耗均不同.分路最多可容纳的车辆负荷即分路最大容量无法通过统一的潮流计算公式得到, 进而线网的容量难以估算, 故此采用黑箱模型将分路平均容量的评估转变为一个数学问题, 同时用BP算法来实现.首先, 分析了线网分路容量的限制因素及影响因素;然后, 利用BP神经网络算法来估算分路的容量, 并根据分路容量的限制因素通过DIgSILENT仿真软件运行分路模型来建立BP网络, 进而获取BP网络训练样本;最后, 根据分路容量的影响因素确定BP网络结构和参数并进行训练, 保存训练好的BP模型, 搭建预测界面并进行预测.预测实例分析结果证明模型预测结果理想.
新颖开关电源
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  一种新的光伏系统最大功率跟踪控制方法

  赵志

  电源学报. 2015, 13(3): 119-125. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.119

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  在大型光伏场中, 从微观的角度看, 可认为相邻的两光伏组件受到的光照强度相等, 因而其最大功率点也大致相同.根据此特点, 提出了一种新的最大功率跟踪控制方法, 通过将相邻的两光伏组件的Boost电路串联, 使其输出电流相等, 实时地比较两Boost电路的输出电压, 将输出电压的差值通过PI调节后转化为相应的占空比, 动态地调节光伏组件的输出功率, 实现最大功率点跟踪.该方法与传统的扰动观察法相比, 只需要检测电压, 不需要检测电流, 控制简单;不需要微处理器和存储器, 只需要简单的硬件电路即可实现最大功率的跟踪.
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  局部阴影条件下光伏阵列数学模型研究

  杨海柱,徐锦举

  电源学报. 2015, 13(3): 126-133. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.3.126

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  局部阴影条件下, 光伏阵列的I-U特性呈现阶梯状、P-U特性存在多峰值以及输出曲线特性较复杂, 为阴影条件下光伏阵列输出特性的建模带来较大难度.工程用数学模型和运动学平抛模型, 难以适应多变的阴影条件, 且计算量大, 建模过程困难.在此基础上提出了电流排序运动学平抛模型.经过建模、仿真、分析和对比, 证明使用该模型建模不仅输出结果误差能够维持在一定的范围内, 而且在建模过程中能够大大减少计算量;适用于阴影条件下光伏阵列输出特性的快速建模.