2015年, 第13卷, 第4期　刊出日期：2015-07-30

  

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  磁谐振中距离无线电能传输及关键科学问题

  张波,黄润鸿,丘东元

  电源学报. 2015, 13(4): 1-7. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.1

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  阐述了磁谐振中距离无线电能传输的3种方式及可能的物理解释;对磁谐振中距离无线电能传输系统的主要参数, 即传输距离、传输效率、传输功率和谐振频率进行分析, 指出现阶段可能达到的极限参数。分析表明, 传输距离主要受磁谐振耦合无线电能传输原理的限制, 系统效率主要受功率放大器效率和传输效率的限制, 传输功率的大小主要受电磁环境要求的限制, 而谐振频率的选取受传输距离、传输功率、功率放大器和频率管制等的制约。最后对无线电能传输的电磁环境问题进行了分析。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  电网谐波背景下风电并网逆变器的PRI控制方法

  唐凡森,林辉品,王鹿军,吕征宇

  电源学报. 2015, 13(4): 8-14. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.8

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  针对分布式发电接入的配电网常常因负荷影响而含有大量的低次谐波问题, 分析了分布式发电中电网电压对逆变器并网电流的影响, 提出了一种兼具谐波补偿和直流扰动抑制功能的比例谐振积分(PRI)控制器。与传统比例谐振(PR)控制器相比, 积分环节的引入有效地提高了控制器的低频增益, 特别对直流分量的扰动具有明显的抑制效果。最后在1台50 kW的三相三电平并网逆变器上进行了样机实验。实验结果表明, PRI控制器不但可以在稳态时大幅减小并网电流的谐波含量, 而且在动态过程中可以迅速地抑制并网电流的直流扰动。PRI控制器非常适合作为分布式发电并网逆变器的控制方法。
电力传动与变频调速
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  三相电压型PWM整流器解耦控制研究

  于佳丽,梁燕,万健如

  电源学报. 2015, 13(4): 15-23. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.15

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  三相电压型PWM整流器静止坐标模型不需要旋转变换, 可以实现整流器系统无锁相环控制, 同时虚拟磁链技术可以使系统无交流电网电压传感器运行, 降低控制成本和提高系统可靠性。但静止坐标系下直接功率控制系统相关变量稳态下为正弦量, PI控制不能实现无静差调节。针对这一问题, 采用反馈线性化理论进行了控制器设计, 该算法能较好地实现瞬时功率解耦, 但对系统参数变化比较敏感。为了对其进行改进, 提出一种自抗扰直接功率控制算法, 能够提高系统鲁棒性。最后借助Matlab/Simulink对以上两种策略进行对比分析, 结果表明自抗扰直接功率控制能够更好地改善系统性能。
逆变器与UPS
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  基于载波实现的三电平过调制策略研究

  王付胜,王东毅,张兴

  电源学报. 2015, 13(4): 24-30. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.24

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  在深入研究双模式过调制策略原理的基础上, 提出一种在线性调制区、过调制一区和二区均为适用的通用载波实现方法, 定量分析其与矢量思想的统一性, 并在具体程序执行时间及实现方式等方面将其与两种典型的过调制策略进行对比分析。与现有的矢量实现过调制策略相比, 所提载波实现方式仅需若干逻辑判断和简单数学运算即可实现从线性调制到方波调制整个过调制区间内的平滑过渡, 具有运算量少、总谐波畸变小和便于工程应用的优点。最后, 通过一台10 kW三电平逆变器样机进行验证, 证明所提过调制策略载波实现方式的有效性和工程可行性。
电力传动与变频调速
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  七相逆变器有限控制集模型预测控制技术研究

  张艳东,陆可,郭冀岭

  电源学报. 2015, 13(4): 31-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.31

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  为得到七相变频调速系统电流控制的良好动静态性能, 将有限控制集模型预测控制(FCS-MPC)策略应用到七相电压源型逆变器的电流控制中。七相电压源型逆变器具有128个空间矢量, 其中包含126个非零矢量和2个零矢量, 在每个采样周期内, 选择几组特殊的空间矢量, 并对这些空间矢量进行在线评估, 采用使目标函数最小的空间矢量作为下一个周期施加的矢量。此控制策略简单, 具有较好的动静态性能, 谐波消除明显。以DSP芯片TM320F28335为处理器, 搭建七相逆变器阻感负载实验平台, 进行相关实验, 进一步研究目标函数、空间矢量数目以及采样时间等因素对控制性能的影响。研究结果证明了控制策略的正确性和有效性。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  基于虚拟阻抗的三相逆变器并联系统研究

  武宏彦,郭倩,白志红,马皓

  电源学报. 2015, 13(4): 38-45. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.38

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  在三相逆变器并联系统中, 一般采用PQ下垂控制。传统的PQ下垂控制是基于理想模型, 每个逆变模块的参数完全一致。然而在实际的逆变器并联系统中, 各个逆变模块的电路参数往往无法完全一致, 致使模块之间出现环流。为解决该问题, 将虚拟阻抗的概念应用于三相逆变器并联系统控制。研究表明, 采用虚拟阻抗可以有效解决逆变器并联系统中各个模块之间因为组件和电路参数差异而产生的影响, 减小系统环流和改善系统均流。通过仿真和实验对所提方法进行了验证。
系统仿真、建模与控制
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  一种有限差分IGBT/FWD模型研究

  孟金磊,宁圃奇,温旭辉,张栋

  电源学报. 2015, 13(4): 46-52. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.46

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  提出了一种适用于多种IGBT/FWD芯片结构的有限差分仿真模型。该模型具有较高的精度, 良好的计算速度和收敛性, 并能反映温度变化对IGBT/FWD特性的影响。首先深入分析了IGBT/FWD芯片的物理建模过程, 然后通过双脉冲实验验证了模型准确性和温度影响特性, 为解决精确测量电流的问题, 提出了一种使用刺刀螺母连接器和采样电阻测量电流的方法。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  PWM型动态无功补偿技术的研究

  杜荣权,陈乐柱,穆瑜

  电源学报. 2015, 13(4): 53-57. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.53

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  提出了一种新型的可连续调节的PWM型动态无功补偿技术, 以较小的逆变容量实现了系统的动态无功补偿。该补偿装置主要包括PWM调压电路和电容器组两部分。PWM调压电路输出侧与补偿电感串联后直接并入电网, 通过检测计算出电网电流中所含的基波无功电流分量, 利用PWM脉宽调制技术控制PWM调压电路的开关占空比, 使补偿器输出相应的无功电流, 从而动态连续补偿电网无功。该装置不仅实现动态无功补偿, 而且补偿的过程中动态响应速度快, 向系统注入的谐波含量小。
电力传动与变频调速
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  永磁同步电机的模型预测控制研究

  杨义,韩金刚,陈昊,汤天浩

  电源学报. 2015, 13(4): 58-63. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.58

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  模型预测具有动态响应快速和电流跟踪精确等优点, 广泛应用于功率变流器领域。采用模型预测电流控制策略, 主要研究永磁同步电机的控制, 解决传统PI控制器动态响应慢、有超调等问题。整个实验平台以TMS320F28335为控制器, 设计了永磁同步电机控制实验, 分析了电动机电流环的稳态和动态响应以及转速的动态跟踪性能。实验验证了模型预测在永磁同步电机控制中的优越性能。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  应用自适应陷波滤波器进行电力系统谐波检测的改进算法

  许征杰,王正仕

  电源学报. 2015, 13(4): 64-69. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.64

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  非线性电力电子设备的广泛应用给电网带来了严重的谐波污染, 如何抑制谐波危害已成为电力电子领域急待解决的问题。实时准确的检测谐波是抑制和补偿谐波的关键。首先分析了电网电压含有直流分量与电网电压幅值变化对基于自适应陷波滤波器的谐波提取方法的影响, 并对原方法进行了改进;再将改进后的方法应用到谐波提取中, 在电网电压同时含有直流分量且幅值改变时, 实现了对直流分量、基波频率、各次谐波瞬时值与幅值的准确提取。在Matlab/Simulink环境下的仿真结果验证了所提出方法具有较高的精度与响应速度。
电动汽车与电力机车
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  翅柱式IGBT水冷散热器的热仿真与实验

  丁杰,张平

  电源学报. 2015, 13(4): 70-76. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.70

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  为分析翅柱式绝缘栅双极型晶体管(IGBT)水冷散热器的换热性能, 利用HyperMesh软件对IGBT元件和完整散热器建立高质量的网格, 通过FLUENT软件计算得到了水冷散热器内部槽道的流速分布、IGBT元件与水冷散热器的温度场分布。为验证仿真方法的可行性, 建立了水冷测试系统进行温升实验。考虑到IGBT元件不能长时间工作在极限工况, 损耗特性与结温互相影响以及内部芯片结温不便测量等问题, 实验中采用了自制的模拟热源代替IGBT元件。以实验条件作为输入参数, 建立模拟热源与水冷散热器的网格模型并求解计算, 对比分析表明水冷散热器安装面上测温点仿真结果与实验数据的相对误差在4%以内。
系统仿真、建模与控制
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  开关电感Boost变换器建模与仿真分析

  高嵩,宋鹤,陈超波,李继超

  电源学报. 2015, 13(4): 77-84. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.77

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  针对光伏发电系统中传统Boost变换器的升压能力问题, 将开关电感结构嵌入传统Boost变换器中, 分析变换器功率开关器件的“ON”和“OFF”状态的工作机理, 建立升压增益比与开关器件周期占空比之间的关系。利用状态空间平均法建立开关电感Boost变换器的数学模型, 并在此模型基础上, 对功率开关器件的不同工作频率进行仿真分析。仿真结果表明, 开关电感Boost变换器不仅比传统Boost变换器具有更高的升压能力, 而且在高开关频率下也能有效减小输出量的纹波, 提升变换器的转换效率;同时也验证了模型的合理性和正确性, 为工程实践设计提供理论支撑。
多电平、新颖PWM控制
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  一种SVPWM NPC三电平变频器损耗计算的改进方法

  丁杰,张平

  电源学报. 2015, 13(4): 85-92. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.85

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  功率器件的导通和开关特性与温度相互影响, 损耗计算时应考虑散热条件的影响。通过Matlab循环调用功率器件损耗计算程序和ANSYS温度场计算程序的方法, 实现了空间矢量脉宽调制(SVPWM)中点钳位式(NPC)三电平变频器的损耗改进计算。分析了不同调制度和负载阻抗角对损耗特性与结温特性的影响, 结果表明反并联快速恢复二极管芯片结温受邻近绝缘栅双极型晶体管(IGBT)芯片的影响很大, 导致结温特性与损耗特性分布趋势不同。该方法可为三电平变频器功率器件损耗的准确计算和散热器的优化设计提供依据。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  一种快速小盲区的主动移频式孤岛检测方法研究

  陈超波,李继超,高嵩,宋鹤

  电源学报. 2015, 13(4): 93-100. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.93

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  针对光伏PV并网发电系统中孤岛检测速度、检测盲区等问题, 提出了一种快速小盲区的带正反馈的主动频率偏移检测方法。该方法根据第0个检测周期的公共耦合点PCC的电压频率与电网电压额定频率之差来确定初始斩波因子及施加扰动方向;并对第i个检测周期以前PCC点电压频率变化量分别取绝对值后进行累加, 将累加值作为正反馈量施加至PCC点, 在规定的检测周期内, 完成孤岛的检测。采用Q_f0×C_norm坐标系对算法的检测盲区进行描述, 利用Matlab/Simulink对孤岛检测性能进行仿真分析。结果表明:相比AFDPF法, 新方法在满足并网电能质量的同时, 具有更小的检测盲区;对感性负载的孤岛检测时间缩短至0.06 s,对容性负载只需0.04 s即可检测出孤岛;孤岛检测结果符合我国孤岛检测标准要求。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  基于时序模拟的并网型微网可靠性分析

  王玉梅,吴志明

  电源学报. 2015, 13(4): 101-108. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.101

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  并网型微网凭借独立组网、高度自治的特点, 可有效保证内部重要负荷的短期持续供电。首先, 分析了微网中光伏电源和风电机组的输出随机特性, 针对并网型微网两种运行方式, 提出并网运行时微网和外网输出协调工作策略, 并建立了孤岛运行时全时序可靠性模型;其次, 基于孤岛运行特征和负荷切除原则, 提出新的评估微网持续供电能力的可靠性指标;最后, 对传统时序蒙特卡罗法进行改进, 提出基于微网随机、时序等运行特性的可靠性评估方法, 并以RBTS BUS6改进系统为例进行了仿真计算, 验证所提方法的可行性。在此基础上, 通过改变微网内电源的位置和储能容量大小, 分析了电源位置和储能容量对配电系统和微网可靠性的影响。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  一种改进控制电路在IGBT串联中的应用

  颜文旭,程盼飞

  电源学报. 2015, 13(4): 109-113. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.109

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  绝缘栅双极型晶体管IGBTs(insolated gate bipolar transistor)串联应用实现的关键在于动态均压。首先, 从理论上分析了传统IGBT控制电路中寄生电容存在的主要原因, 以及其对IGBT串联均压产生的影响;然后, 提出了一种改进型控制电路, 与传统的控制电路相比, 改进型控制电路从主电路获取控制信号驱动IGBT所需功率, 无需外接直流电源和电源隔离, 减少了寄生电容的引入, 能在一定程度改善IGBT的串联均压;最后, 通过仿真和实验验证了该电路的有效性。在工程应用上具有一定的参考价值。
新颖开关电源
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  反激式恒流一次侧控制模式的研究

  赵子龙,陈弯,陈永真

  电源学报. 2015, 13(4): 114-119. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.114

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  反激式变换器输出恒流特性在许多场合, 如恒压恒流充电器、LED恒流驱动器等有着重要的应用。输出恒流采用二次侧电流反馈的方法会增加电路的成本和复杂性。通过采用一次侧调节的方法来控制输出恒流, 在变压器的一次侧检测输出电流的信息, 避免了二次侧电流采样电路和光电耦合器等元器件, 减小了电路的复杂性, 提高了电路的效率。通过实验得到采用一次侧调节的实验波形和数据, 验证了一次侧调节的先进性。
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  一种应用于光伏系统的反激辅助电源设计

  高滨,陈坤鹏,夏东伟,徐纪太

  电源学报. 2015, 13(4): 120-123. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2015.4.120

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  针对光伏系统中高压输入的情况, 提出一种改进型的电路, 即采用2个反激电路串联来解决单管耐压问题, 进而解决系统成本高、频率低、功率密度低等问题。首先, 给出了主电路和主要参数计算, 设计了一款主输出24 V的串联反激电路, 控制部分采用电流型脉宽调制芯片UC2844.然后通过实验测出了开关管电压波形和输出电压波形。实验结果表明, 该电路能很好地解决单管耐压和低频等问题。