2016年, 第14卷, 第2期　刊出日期：2016-03-30

  

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微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  交直流微电网电能变换与控制专辑 特邀主编述评

  涂春鸣,耿华

  电源学报. 2016, 14(2): 1-04. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.1

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  微电网是分布式新能源发电灵活有效接入和提高电网供电可靠性的重要方式，不仅可消纳高渗透率的新能源发电，提高能源利用效率，还可改善电力品质，增强电力系统的稳定性。近年来，交流微电网、直流微电网和交直流混合微电网的相关基础理论和关键技术发展迅猛，日益成为电力电子学科的研究热点之一。为了集中展现微电网系统架构、稳定性与优化运行、变换器拓扑与控制、电能质量与能量管理等方面的最新研究成果和进展，《电源学报》特别推出“交直流微电网电能变换与控制”专辑。
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  基于用户侧微网单相逆变器的控制器设计

  匡洪海,曾丽琼,张曙云,李圣清

  电源学报. 2016, 14(2): 9-16. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.9

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  为解决用户侧微电网单相逆变器系统输出电压的谐频问题,考虑采用双反馈控制策略来进行系统控制器设计。针对在非线性负荷条件下采用PID控制器进行用户侧微电网单相逆变器控制,不能取得满意的谐频抑制问题,提出采用电压外环路伺服系统鲁棒性控制和电流内环路滑模控制相结合的控制设计。仿真结果表明,在不同负荷条件下用户侧光伏微电网单相逆变器系统输出电压总谐波失真低,瞬态响应快和渐近跟踪基准输出电压好,谐频效应减到最小。
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  基于虚拟同步发电机控制的并网变流器同步频率谐振机理研究

  王金华,王宇翔,顾云杰,李武华,何湘宁

  电源学报. 2016, 14(2): 17-23. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.17

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  虚拟同步发电机控制策略是解决高渗透率新能源并网问题的有效方案之一。然而,不同于传统同步发电机,变流器模拟的虚拟同步发电机因其快速灵活的调节能力可能引发同步频率谐振现象。通过建立精确的虚拟同步发电机动态模型,分析得到同步频率谐振现象是由电磁磁链的动态过程引入;基于此谐振在控制参数设计不合理时会带来稳定性问题,提出2种阻尼控制的策略来抑制同步频率谐振现象。最后,通过搭建8 kW实验平台,验证了虚拟同步发电机中的同步频率谐振现象及所提阻尼控制策略的有效性。
储能控制及系统
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  LCL型并网逆变器分裂电容电流控制方法稳定性分析与优化

  欧思程,盘宏斌,朱茂琨,唐健,刘勇

  电源学报. 2016, 14(2): 24-30,35. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.24

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  LCL型并网逆变器是储能变流器完成交直流双向转化的重要组成部分,功率损耗和控制复杂是其阻尼控制策略两大主要问题。首先提出了一种基于分裂电容中间电流控制无源阻尼优化方法,通过改变电流反馈点来改变传递函数使系统降阶,并对其稳定性进行了分析,以阻尼电阻功耗最小为标的,对阻尼电阻取值和电容分裂比例进行了优化,进一步抑制了谐振,同时优化了控制器参数设计,提高系统稳定性。该方法可在不增加控制环路的基础上实现系统降阶,确定使系统稳定的更小阻尼电阻取值,降低阻尼损耗。在研制的储能变流器样机上,对所提方法与传统方法进行了对比验证。实验结果表明,所提方法可有效抑制LCL谐振,获得良好的并网电能质量,同时在简化控制基础上也降低了阻尼损耗,提高了系统效率。
逆变器与UPS
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  三相变流器并网电流的分裂解耦控制方法

  杨轶成,余志飞,胡炫,丁明进

  电源学报. 2016, 14(2): 31-35. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.31

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  基于dq旋转坐标系下三相变流器的前馈解耦控制,提出一种分裂解耦控制方法。此方法通过一个解耦分裂因子k来平衡dq轴电流给定量与反馈量在控制器中的作用权重,并且可以根据工况时调整参数k的取值大小。仿真和实验结果表明,基于并网电流的分裂解耦控制方法简单,易于实现,当分裂因子取0.5时在变流器的动、稳态性能之间能够取得较好的平衡。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  适用于微电网的新型馈线间DVR拓扑及控制方法

  郭祺,涂春鸣,姜飞,吴连贵,庄士成

  电源学报. 2016, 14(2): 36-46. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.36

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  传统动态电压恢复器(DVR)存在功能性单一、运行经济性差等缺陷。改进型DVR通过在馈线间采用2个DVR共用储能电容的方式解决了运行经济性差的问题,但当2条馈线同时发生电压跌落时仍有一定局限性。首先提出一种多功能馈线间动态电压补偿器(MF-IDVR)的拓扑结构,该结构具备抑制谐波电压、动态补偿双馈线电压跌落的功能;然后,分别提出了MF-IDVR所含有2个独立变换器、直流储能模块的控制策略,及不同工作模式的切换流程;最后,在PSCAD/EMTDC仿真软件上验证了所提新拓扑的有效性。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  一种改进的单相谐波与无功电流检测算法

  邹天明,耿华,孙强,刘文平

  电源学报. 2016, 14(2): 47-51. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.47

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  提出了一种改进的单相谐波与无功检测算法。通过交叉与反馈解耦,消除了原有检测算法中的二次脉动量。相比原有算法,该算法在不影响动态特性的前提下,可提高谐波与无功检测的精度。仿真与实验分析证明了该算法的有效性。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  微电网谐振建模与抑制方法的研究现状

  张笠君,汪飞,郭慧,杜燕,苏建徽

  电源学报. 2016, 14(2): 52-62. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.52

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  总结了现有微电网谐振建模与抑制策略的国内外研究现状和发展动态。对微电网的谐振现象按阻抗网络谐振的主体进行3层分类,即单逆变器本体谐振、多逆变器交互的局部谐振和微电网层面的全局谐振,并详细探讨了不同层面的谐振建模与抑制策略的优点与不足。通过系统地总结和归纳现有的研究成果,指出了微电网谐波交互研究中需要解决的关键问题。
其他
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  一种增强型单相无变压器型逆变器的漏电流抑制拓扑

  胡森军,王金华,李武华,何湘宁,曹丰文

  电源学报. 2016, 14(2): 63-69. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.63

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  无变压器型逆变器相比变压器隔离型逆变器,具有更高的效率和更低的成本,已广泛应用于光伏并网系统。由于去除了变压器隔离,其共模漏电流问题会进一步带来严重的EMI和安全问题。针对上述问题,提出了一种增强型单相无变压器型漏电流抑制拓扑。首先,研究了经典交直流解耦方案中仍然存在的漏电流问题;继而提出了新的拓扑和相应的调制策略;最后,搭建了2 kW的实验平台,对提出新拓扑的有效性进行了验证,并与HERIC逆变器进行了对比分析。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  交直流混合微网中双向接口变换器控制综述

  王晓声,孙凯,李运帷

  电源学报. 2016, 14(2): 70-79. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.70

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  在交直流混合微网中,双向AC/DC接口变换器连接交直流母线实现子网之间的能量双向流动,其控制策略直接影响交直流混合微网的稳定运行。根据微电网的运行模式,接口变换器的控制可以分为并网控制和孤岛控制两大类。首先对交直流混合微网的结构进行了分析和讨论,随后分别介绍了并网模式和孤岛模式下单台接口变换器以及多台并联接口变换器的控制策略。最后对当前主要的控制方法进行了总结,并对未来双向接口变换器的研究方向进行了展望。
逆变器与UPS
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  面向微电网的高增益比储能双向直流变换器

  陈立群,吕沁,何铭协,厉梦溪,高杨,庞古才,吴红飞

  电源学报. 2016, 14(2): 80-88. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.80

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  双向直流变换器是微电网储能系统的核心装置。首先对一种能够高效衔接低压储能蓄电池和高压微网直流母线的非隔离高增益比双向直流变换器进行了研究分析,所提双向直流变换器由双向Buck-Boost变换器和有源倍压整流电路通过耦合电感集成得到,有利于减小开关管的电压应力;然后采用占空比调节加移相控制,分别用于稳定中间电容和输出端的电压;采用该控制策略可以有效减小绕组电流有效值,降低导通损耗,且所有开关管均能够实现软开关,变换器效率得到极大提升;再详细分析了变换器的工作原理、输出特性以及参数设计;最后搭建了1 kW的实验样机并进行了实验验证。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  三相准Z源并网逆变器的PWAM控制研究

  郭允丰,庄圣贤,贺永平

  电源学报. 2016, 14(2): 89-94,111. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.89

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  分析了脉冲宽度幅值调制PWAM(pulse width amplitude modulation)的工作原理,结合最大化直通零矢量控制,提出一种适用于PWAM调制下的输入电压前馈、输出电压反馈的直流链峰值电压控制策略,引入的PWAM调制减少了开关频率,降低了开关损耗,设计的基于dq坐标系的电流解耦控制保证了逆变器以单位功率向电网输送能量,控制系统结构简单,在输入电压、输出电压和并网电流突变的情况下,系统动态性能良好。仿真结果验证了控制方法的正确性。
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  基于电力电子变压器的微网相间潮流控制研究

  涂春鸣,杨晶晶,兰征,刘维

  电源学报. 2016, 14(2): 95-102. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.95

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  针对微网内高密度分布式电源DG(distributed generation)输出功率波动引起的微网三相潮流不平衡及运行不稳定问题,研究了基于电力电子变压器PET(power electronic transformer)的微网相间潮流控制方法。推导了基于三相独立控制的PET输出级变流器数学模型,提出了分相改进下垂控制策略,可以协调微网内相间的功率交换,从而保证了各相分布式电源的最大利用率。同时,增加电压和频率修正环节快速调整功率波动时的电压和频率偏差,提高了微网运行的稳定性。PSCAD/EMTDC仿真证明了所提控制策略的正确性和有效性。
其他
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  微网中分布式电源和多储能的协调控制策略

  何小良,章雷其,谭海云,汪震,辛焕海

  电源学报. 2016, 14(2): 103-111. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.103

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  通过分布式电源和储能的协调控制,微网并网运行时可参与电网调度,且在并网和孤网状态下都能够多模式运行。正常运行模式下负荷优先分配给分布式电源,当分布式电源最大输出功率小于负荷、系统出现功率缺额时,才由储能补偿缺额部分,减小储能损耗,提高微网运行的经济性。通过多运行模式的配合,使储能荷电状态维持在合理范围内,储能处于可充放状态,提高微网并网运行调度的灵活性和孤网运行的稳定性。针对微网中含有多个储能的情况,提出多储能协同控制算法,在满足分布式电源和储能协调控制要求的前提下,能够根据储能荷电状态偏差的变化,动态地调节各储能充放电功率,使其快速平滑地达到荷电量平衡。
系统仿真、建模与控制
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  基于模块化多电平换流器的交直流混合电网稳态建模及仿真

  韦延方,王晓卫,郑征,杨明,肖记军

  电源学报. 2016, 14(2): 112-120. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.112

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  由于模块化多电平换流器(MMC)在容量升级、电磁兼容、故障管理等方面具有明显的技术优势,其在交直流电能变换与控制中的应用越来越广泛。首先,基于电路原理中的平衡桥同电位点可以短接的等效理论,建立基于MMC的交直流混合系统简化等效电路模型;然后,导出基于MMC的交直流混合系统纯交流节点的潮流方程、直流节点的潮流方程和MMC换流器的基本潮流计算方程,并依据所建立的稳态模型和MMC控制方式,分析适用于基于MMC的交直流混合系统潮流算法;进而,基于自动微分技术,提出一种具有3阶收敛速度的统一迭代改进潮流算法;最后,通过算例验证所建立模型和算法的有效性。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  基于统一控制策略的光伏微网控制器参数敏感性分析

  茆美琴,李晶菁,黄辉,申亚涛

  电源学报. 2016, 14(2): 121-127,136. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.121

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  针对低压光伏微网中逆变器的控制,设计了一种基于统一控制策略的控制器,能够避免微网在并网和孤岛两种运行方式间切换时控制策略的转换,实现不同运行模式间的平滑切换及光伏微源功率均分。对传统的下垂控制进行改进,在传统下垂控制的基础上引入一个功率PI补偿器。根据阶跃响应动态指标和稳定性要求,利用根轨迹法优化设计控制器参数。最后,在Matlab/Simulink环境下进行了仿真,结果验证了所设计的控制器的可行性和有效性。
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  微电网模式平滑切换的多环主从控制策略研究

  和军平,晁璞璞,陶耀东

  电源学报. 2016, 14(2): 128-136. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.128

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  针对微电网模式平滑切换中传统主从控制切换难度大、参数跟踪复杂、下垂控制切换动态特性差的不足,提出了一种多环主从切换控制策略。该新型控制策略在并网和离网模式下,主源采用带内置参数环的多环控制结构,从源采取恒功率控制结构,不仅主源和从源在模式切换时不需要进行控制策略的切换,而且也不需要再外接参数跟踪器,而控制结构更可靠,切换的过渡过程也更加平稳。通过Matlab/Simulink仿真平台,算例结果验证了所提出控制策略的正确性和有效性。
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  基于谐波分量的交流微电网保护策略研究

  陈志,裴雪军,王顺超,彭力,王涵宇

  电源学报. 2016, 14(2): 137-144. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.137

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  在以逆变电源为接口的交流微电网中,由于开关器件的过流能力有限,当微电网中发生短路故障时,逆变电源输出的短路电流通常被限制在2倍的额定电流左右,因此,传统基于过电流保护的原理将不再适用于以逆变电源为接口的微电网系统。针对这一问题,提出了一种基于谐波分量的保护策略。该方法不依赖于较大的短路电流就可以有效地保护短路故障,避免了传统过流保护的一些局限性。在实验室搭建由2台10 kVA的逆变电源组成的供电系统实验平台,并进行了相关实验。实验结果验证了所提方法的有效性。
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  微电网故障下三相电压型并网变换器瞬态行为分析

  彭宇,黄萌,查晓明

  电源学报. 2016, 14(2): 145-151. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.2.145

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  三相电压源型变换器(VSC)是交直流混合电力系统中重要的功率接口装置。交直流混合系统存在诸如电网侧故障或直流侧负载变化等扰动,对其中功率接口变换器造成难以预计的影响。着重研究微电网故障时并网变换器的瞬态响应过程及其机理。首先,给出了电网三相电压暂降时三相电压源型变换器的失稳的瞬态响应现象。然后,通过非线性分析揭示了该不稳定现象的物理本质,并通过系统建模计算给出了系统参数空间中的稳定域范围;最后,通过微电网与变换器仿真验证了分析计算的有效性。