2016年, 第14卷, 第3期　刊出日期：2016-05-30

  

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微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  一种应用于单相逆变器控制的改进虚拟电抗实现方法

  林燎源,马皓

  电源学报. 2016, 14(3): 1-5. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.1

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  在单相静止坐标系下,单相逆变器实现虚拟电抗的传统方法是对输出电流或者电感电流进行微分运算,容易放大干扰,对采样精度要求很高,同时实现虚拟电抗的精度较低。为此,提出一种延迟电流反馈法实现虚拟电抗,无需微分运算,且实现虚拟电抗的精度高。理论分析了2种方法的特点,并通过仿真和实验验证了理论分析的正确性和所提方法的有效性。
加热、电焊等特种电源
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  三电极气体开关在LHCD高压电源中的应用研究

  杨志刚,黄懿赟,傅鹏,张健,郭斐,孙浩章

  电源学报. 2016, 14(3): 6-10. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.6

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  为在低杂波电流驱动(LHCD)系统打火等严重故障时及时保护高压电源,提出了设置三电极气体开关作为第一级快保护方案,并研制了一套能通流60 kA、5 μs快速导通的三电极气体开关。通过联合LHCD高压电源与开关进行短路故障保护实验,证明了开关工作性能稳定,大大提高了LHCD高压电源运行的安全性与可靠性,在脉冲功率装置中具有较好的应用前景。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  基于自适应调节的微源逆变器虚拟同步发电机控制策略

  张亚楠,朱淼,张建文,蔡旭

  电源学报. 2016, 14(3): 11-19. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.11

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  微电网通过各类功率变换器实现分布式电源分布式开发、就地吸纳和高效应用,但其孤岛运行时惯性很小,频率受负荷波动的影响很大。对于微源逆变器引入虚拟同步发电机控制策略,这对改善微网系统频率稳定性具有重要作用。基于此,提出一种自适应调节的虚拟同步发电机控制策略。首先根据微网实际运行状况实时修正虚拟惯性参数,实现了控制策略的自适应调节,从而保证微网系统的安全稳定运行;然后详细分析所引入转动惯量系数和阻尼系数对微源控制系统的各类影响。Matlab/Simulink仿真结果验证了所提控制策略的正确性和有效性。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  应用于宽输入范围的变模态LLC电路设计

  谢晶晶,吕征宇

  电源学报. 2016, 14(3): 20-27. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.20

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  在风力、光伏发电等新能源发电系统中,电压输出范围变化很大,为此提出一种变模态的LLC电路,其拓扑或者控制方式随着输入电压的变化而变化。电路由数字信号处理器DSP进行数字控制,控制简单方便,不需要增加额外的模拟电路。通过分析、仿真和实验验证,与传统LLC相比,变模态LLC在宽输入场合,其频率变换范围小,全范围内效率较高。
系统仿真、建模与控制
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  适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型研究

  徐延明,赵成勇,周飞,徐莹,刘启建

  电源学报. 2016, 14(3): 28-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.28

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  高压IGBT与二极管构成IGBT模块已经广泛应用于柔性直流输电技术领域。然而现有仿真研究难以模拟IGBT模块中IGBT与二极管各自详细开关暂态特性及相互影响,因此提出一种适用于电路仿真的IGBT模块暂态模型及其参数通用提取方法。模型采用机理推导、电气等效、曲线拟合等方法在PSCAD、SABER等电路仿真平台实现,无需获取器件底层参数和求解复杂物理方程,不仅可以实现电路仿真中IGBT模块的各种运行状态,而且可以在纳秒级步长下模拟其电压电流尖峰、拖尾电流、米勒平台等开关暂态特性。通过与SABER中通用模型仿真结果及实验实测波形对比分析,验证了IGBT模块暂态模型和参数提取方法的正确性和通用性,为进一步将模型应用于柔性直流输电系统仿真、电磁干扰及损耗分析、控制策略等研究打下基础。
电源的数字控制
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  两级式逆变器中间母线电压低频纹波抑制

  袁义生,张育源,陈进,胡根连

  电源学报. 2016, 14(3): 38-46. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.38

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  两级式单相逆变器输出电压和电流都是低频交流电,输出瞬时功率中除含有直流量外还含有2倍输出频率的脉动量,造成中间母线电压出现二次纹波分量。为解决逆变环节产生的谐波引起母线电容发热从而危及母线电容的运行寿命以及母线电压脉动可能导致逆变输出电压畸变的问题,提出了一种通过改变前级直流变换器外环电压控制器参数以实现母线电压低频纹波抑制的方法,并研究了两级式直交逆变器中间母线电容电压特性,通过分析逆变环节输入电流中直流分量、二次谐波分量等表达式,从而揭示两级式逆变器中间母线电容低频电压纹波的产生及其影响因素。方法中前级直流变换器、后级逆变器均采用电压电流双闭环控制。仿真和实验结果表明该控制方法是正确、可行的,且母线电压低频纹波抑制效果明显。
其他
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  一种新型具有暂升和暂降补偿功能的宽范围动态电压校正器

  丁鹏岭,曹剑坤,杨彬彬,刘海春,谢少军

  电源学报. 2016, 14(3): 47-55. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.47

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  研究了一种新型的宽范围动态电压校正变换器,详细地分析了其工作原理、关键参数设计和控制方案。该动态电压校正器通过对直流母线电压控制拓宽电网电压暂降的校正范围并实现对电网电压暂升的校正。通过采用三电平半桥逆变以及合理设计输出滤波器参数,保证了输出电压波形质量。通过合理的控制参数设计,输出电压具有较好的稳态精度和快速的动态响应。样机实验验证了该动态电压调节器方案的可行性和理论分析的正确性。
逆变器与UPS
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  低输入电压高效率并网微逆变器的研究

  张晓玲,王慧馨,马凯莉,刘拓夫,王正仕

  电源学报. 2016, 14(3): 56-61. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.56

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  针对单个光伏电池输出电压较低这一问题,提出了一种低输入电压、高效率的单相两级光伏并网微逆变器拓扑。该拓扑前级采用一种高效率的高增益DC/DC结构,实现了软开关技术;后级为全桥逆变结构,采用单电感滤波,应用软件锁相和重复控制电流内环、电压外环等软件控制方法实现逆变并网。研制了一台额定功率为300 W的单相光伏并网微逆变器。经测试,该逆变器满载时并网电流总谐波含量(THD)为1.3%,效率为93.6%,验证了所提拓扑的可行性与有效性。
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  一种并网逆变器的电容电流单周期控制技术

  吴静,刘晓东,方炜,刘宿城

  电源学报. 2016, 14(3): 62-68. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.62

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  在LCL型并网逆变器传统双环结构(电容电流内环、并网电流外环)基础上,提出一种结合数字单周期控制和准比例谐振控制的新型电流控制策略。在αβ静止坐标系下,将单周期控制应用于系统内环,推导出了电容电流单周期数字控制占空比函数,提高了系统抗干扰能力并简化调节过程;外环采用准比例谐振控制器直接控制并网电流,省去了复杂的坐标变换,计算简单。最后,实验结果表明所提出控制策略能够实现逆变器有效并网,且动态性能良好。
软开关技术
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  考虑寄生参数的LLC谐振倍压变换器优化设计

  鲁艳,李建兵,江桦,范卿

  电源学报. 2016, 14(3): 69-74. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.69

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  在LLC谐振倍压变换器的优化设计中,谐振参数对于变换器的性能具有重要影响。在高压电源中,由于其变压器升压比高,变压器寄生参数往往较大,给LLC谐振倍压变换器的谐振参数优化设计带来了困难。针对LLC谐振倍压变换器,建立了包含变压器寄生参数的电路模型,分析了变压器寄生参数对LLC谐振倍压变换器的影响,并带入参数优化设计过程,推导出了保证软开关条件下谐振电流最小的谐振参数优化设计方法,利用Matlab优化方法对LLC电路进行优化设计。最后通过仿真和实验验证了该方法的正确性和可行性。
电动汽车与电力机车
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  一种两级式隔离型双向DC/DC变换器的分析与设计

  张东,王一军

  电源学报. 2016, 14(3): 75-82. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.75

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  提出了一种两级式隔离型双向DC/DC变换器,该变换器包含一个闭环的前级DC/DC变换器和一个开环的后级LLC谐振变换器。当能量从低压直流母线传输到高压直流母线时,变换器等效为Boost变换器+全桥倍压LLC谐振变换器;当能量反方向流动时,变换器等效为半桥LLC谐振变换器+Buck变换器。通过分析变换器工作原理与设计要点,提出了以效率为目标的中间直流母线电压优化方法,并研制了1台12 V/336 V、1 kW的样机,其优化后的中间直流母线电压额定值为50 V。样机实验结果验证了所提变换器的良好工作性能。
储能控制及系统
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  基于组合型双向DC-DC变换器的超级电容储能系统控制策略分析与设计

  武伟,谢少军,张曌,陈文明,裴兴华

  电源学报. 2016, 14(3): 83-93,101. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.83

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  研究了一种基于组合型双向DC-DC变换器BDC(bidirectional DC-DC converter)的超级电容储能系统,该系统采用多组多通道交错Buck/Boost双向变换器串联,既可实现开关电流和电压应力的降低也可实现电感量的减小,同时有助于减轻超级电容单体电压低与应用场合电压高间的矛盾。串联变换器模块间的均压控制是该系统稳定运行的关键之一。基于双向变换器的小信号模型分析了超级电容储能系统电流控制与变换器模块均压控制的关系,设计了组合型双向DC-DC变换器的双闭环控制策略,在稳定控制超级电容充/放电电流的同时实现模块输入电压均衡的解耦控制。进一步根据母线电压变化及超级电容荷电水平提出了储能系统能量控制策略。通过两组三相交错Buck/Boost级联BDC储能系统的实验验证了控制策略的有效性。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  基于粒子群优化算法和变步长扰动观察法的局部阴影情况下MPPT控制

  马昊,张庆超

  电源学报. 2016, 14(3): 94-101. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.94

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  针对光伏阵列的输出特性在局部阴影情况下具有高度非线性、时变性以及多个局部功率极值点等特点,并导致传统MPPT(maximum power point tracking)算法失效的问题,提出一种基于粒子群优化算法和变步长扰动观察法的改进MPPT算法。其中粒子群优化算法用于系统启动和光照情况发生突变后迅速定位近似最大功率点,变步长扰动观察法则根据实际状况使光伏阵列精确稳定在最大功率点,以克服使用数学模型与实际输出特性偏差或微小扰动所导致的功率损失。通过建立Matlab/Simulink模型进行仿真实验,实验结果表明所提算法使光伏阵列在不同阴影情况下以及发生光照强度突变时都具有迅速精确的跟踪能力。
多电平、新颖PWM控制
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  三电平NPC逆变器的一种空间分区矢量提取的SHEPWM调制策略

  周熙炜,梅芳,陈金平,林海

  电源学报. 2016, 14(3): 102-107,117. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.102

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  深入分析基本空间矢量SV与特定谐波消去SHEPWM之间的内在联系,提出三电平NPC逆变器的一种基于空间分区矢量提取的SHEPWM调制策略,推导出空间电压矢量PWM的三相等效调制波规则采样的开关角矩阵,得出基本空间矢量SV的选用与规则采样的运算关系以及SHEPWM的脉冲状态由基本SV组成的矢量序列特殊解。在此基础上,在三电平NPC逆变器的矢量空间六边形所分区的两电平六边形中,研究SHEPWM脉冲序列的空间电压矢量组成的扇区分布,并提取相应的基本SV,求解作用时间。SHEPWM的脉冲状态由空间分区提取的基本SV矢量序列运算合成而实现,避开了其开关角非线性超越方程组的求解,并具有同样的消谐效果且便于实现。
新颖开关电源
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  光伏微逆变器前级磁集成高增益直流变换器研究

  王磊,郭瑞,杨玉岗

  电源学报. 2016, 14(3): 108-117. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.108

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  针对光伏微逆变器需要高增益Boost变换器的要求,为了提高传统Boost变换器电压增益,降低开关管电压应力,减小变换器损耗,提出了一种新型磁集成开关电感/开关电容单元Boost变换器,该变换器具有较高电压增益和低电压应力。并针对开关电感单元含有多个分立电感,导致变换器体积增大且输出电流纹波恶化的问题,利用平面磁集成技术对开关电感进行耦合设计,有效降低了变换器电感电流纹波,提高了转换效率。制作了1台原理样机,实验结果证实了理论分析的正确性。
LED驱动电源
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  基于单级PFC无频闪无电解电容的LED电源驱动设计

  王克峰,郑杜成,马悦,程红

  电源学报. 2016, 14(3): 118-123. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.118

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  在矿用大功率照明应用中,电解电容将指数级降低驱动电路寿命。通过分析Boost-Flyback不同电压下的不同工作状态及其约束条件,提出基于电压的分段控制策略,建立了不同电压下的动态小信号模型。最后通过仿真验证了此控制策略下单级PFC去除电解电容的可行性。
新颖开关电源
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  双RCD箝位的双管正激变换器研究

  宁平华,陈乐柱,丁鑫龙,夏兴国

  电源学报. 2016, 14(3): 124-130. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.124

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  针对传统单管和双管DC-DC变换电路分别存在的高开关应力与低占空比的不足,提出一种双RCD箝位的双管正激变换电路,并对该电路进行了稳态分析及仿真与样机试验验证。结果表明,该电路不仅可将最大可调占空比由普通双管时的0.5提升至0.8左右,而且能使最大开关应力较单管有大幅下降,同时,系统具有开关应力低和可调占空比高的优点。
多电平、新颖PWM控制
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  配电网重构的凸模型

  荣德生,胡举爽

  电源学报. 2016, 14(3): 131-136. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.131

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  推导出了配电网重构的混合整数二次规划模型、二次规划二次约束模型和二阶锥规划模型,并提出有连续凸松弛的AC潮流问题。所提各模型可由标准商业软件可靠、有效地解决最优性问题。在推导各模型的过程中,得到了放射性网络潮流的近似原始二次约束模型和二阶锥规划模型。
新颖开关电源
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  一种适用于波浪能发电系统的新型三端口DC/DC变换器

  陈美伊,王维俊,温亚东,叶盛

  电源学报. 2016, 14(3): 137-146. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2016.3.137

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  提出了一种新型的三端口DC/DC变换器电路拓扑。在全桥变换器的基础上,增加一个变压器副边,形成三端口全桥变换器。该拓扑不仅输入电压变化范围宽,输入输出变比大,安全性高,实现了升降压变换; 并且采用了软开关技术,适用于大功率场合。分析了该变换器的工作状态和开关模态,并通过Saber仿真验证了理论分析的正确性。