2017年, 第15卷, 第1期　刊出日期：2017-01-30

  

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  单相级联多电平光伏并网逆变器控制策略综述

  张承慧,周江伟,杜春水,陈阿莲

  电源学报. 2017, 15(1): 1-8. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.1

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  级联多电平逆变器不仅能够实现各级光伏阵列的最大功率点跟踪，提高光伏利用率，而且具有系统开关损耗小、能量变换效率高以及并网电流谐波含量低等优势，在大规模光伏并网系统研究和工程应用领域备受青睐。综述了近年来级联多电平光伏并网逆变器控制策略的研究成果，依据各个级联单元的调制比配置方式不同，将变换器的功率平衡控制策略分成了三类，在分析各类控制原理和特点基础上，推导出了系统功率平衡控制策略的约束条件公式，进而指出了级联多电平光伏并网逆变器拓扑结构和控制策略的改进方法。
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  基于ATMEGA128单片机的磁路互补型模块化磁通切换永磁同步直线电机空间矢量控制

  程明,孔龙涛,张邦富

  电源学报. 2017, 15(1): 9-14. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.9

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  为实现一种低成本的新型磁路互补型模块化磁通切换永磁同步直线电机（MLFSPM电机）控制，提出了采用ATMEGA128单片机作为控制系统核心的方法。对MLFSPM电机的结构特点和模型进行分析，介绍了查表SVPWM的原理，搭建基于ATMEGA128单片机为核心的控制系统，实现电机的调速和往复运动。实验结果表明，以单片机为核心，采用查表SVPWM控制方法的系统调速性能优越，运行稳定。
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  电动汽车用永磁同步电机弱磁控制策略综述

  康劲松,蒋飞,钟再敏,张舟云

  电源学报. 2017, 15(1): 15-22. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.15

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  结合电动汽车应用，分析了适合弱磁运行的永磁同步电机的结构特点，并在永磁同步电机的数学模型基础上，介绍了应用于矢量控制技术中不同的弱磁控制方法。受车载电源电压的限制，在转折速度以上，电机转速的提升必须依靠弱磁控制。为实现电机的最优使用，通常将弱磁区分为弱磁I区和弱磁II区，提出了多种基于电机模型和鲁棒控制的方法。综合近年来有关弱磁控制研究的发展现状，分类整理了弱磁I区和弱磁II区的弱磁控制方法，指出了各种方法的优缺点。最后，对电动汽车控制系统的最优设计的发展趋势进行了展望。
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  单相Buck型动态电容器无功补偿控制策略研究

  韩前前,戴珂,陈新文,刘浩田,戴子薇

  电源学报. 2017, 15(1): 23-30. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.23

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  电力电容器作为静态无功功率补偿的基本元件，被广泛应用于电力系统的功率因数校正。介绍了一种基于Buck型直接交流变换器的新型动态无功补偿器，即结合传统的电力电容器与Buck型变换电路对其加以改造形成动态电容器，使其具有动态无功补偿的性能。由于不需要使用大容量的储能元件，可以使系统的成本降低，可靠性增强。以单相Buck型动态电容器为对象，分析推导了其基本控制方程和无功补偿原理。在此基础上提出了动态电容器的无功补偿控制策略，并针对单相Buck型D-CAP进行了仿真分析和实验验证。仿真和实验结果表明，介绍的Buck型动态电容器能够实现无功功率实时、精确的动态补偿。
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  一种多端口结构的高频谐振变换器

  刘俊峰,胡仁俊,曾君,吴佳磊

  电源学报. 2017, 15(1): 31-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.31

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  提出一种具有高频逆变能力的多端口变换器。通过集成两个交错并联boost电感，实现了两个交错boost电路，有效地提高了变换器的增益范围，而且可以极大地减小纹波电流。同时该变换器采用了LCLC谐振电路，通过引入一个超级电容，将前面所述两部分结合在一起，实现了多端口输入输出。该变换器采用恒频脉冲宽度调制方式，因此调制方式简单且易于控制，其次恒频控制也可以简化磁性元件和谐振电路的设计。首先介绍了变换器的工作原理，之后通过时域分析，对变换器的增益特性、电流纹波以及软开关的实现条件等进行了详细的分析。最后通过实验对变换器的特性加以验证。
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  2.85 GHz回旋波整流器高频系统的设计及优化

  徐子枫,李天明,刘坤

  电源学报. 2017, 15(1): 38-42. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.38

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  对2.85 GHz回旋波整流器的高频互作用区进行了研究与设计；运用CST分析了高频结构中耦合环结构的变化对高频系统S参数的影响，在此基础上对腔体结构做了优化；并用CST PIC对其进行了粒子模拟，优化解决了电子注的加入对谐振腔特性的影响。最后设计出了工作在2.85 GHz，具有较高能量转化效率的回旋波整流器高频互作用区。
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  高效的插入式LED阵列驱动接口电路

  薛建军,陈怡

  电源学报. 2017, 15(1): 43-48. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.43

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  基于插入技术以及能量回馈策略，提出一种插入式LED阵列驱动接口电路，可高效率地驱动规则及不规则LED阵列。在分析电路工作原理的基础上，推导了其主要关系式。制作并优化了单通道的插入式LED阵列驱动接口电路样机。实验结果表明在全负载范围内实验数据与理论分析值大致吻合，而且样机能实现高效率的LED驱动。
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  一种单相MMC预充电控制策略

  何震,林磊,林艺哲,李昂

  电源学报. 2017, 15(1): 49-54. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.49

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  模块化多电平换流器（MMC）的预充电通常可分为两个阶段：不控整流以及boost升压。三相MMC的boost升压控制技术已经较为成熟。然而与三相MMC不同的是，单相MMC的直流侧具有独立电容。因此，单相MMC的boost升压阶段必须同时考虑子模块电容和直流侧电容，这是单相MMC预充电的难点所在。文中提出了一种基于单相半桥子模块（HBSM）的预充电策略。该策略的第一阶段仍为不控整流，第二阶段通过上下桥臂的能量之和与能量之差的控制来实现子模块电容的boost升压。之后，直流侧电容电压被交流侧持续馈入的能量充到额定值。该控制方案使整个启动过程快速、平滑、稳定，对单相MMC做整流运行具有重大价值。最后，所提方案的有效性及正确性在一台单相8个子模块的实验样机上得到了验证。
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  一种改进型EMF谐波自适应补偿的PMSG无位置传感器控制方法

  柴秀慧,张纯江,肖宏伟,赵晓君

  电源学报. 2017, 15(1): 55-61. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.55

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  提出一种改进型反电动势谐波自适应补偿的PMSG无位置传感器控制方法，该方法在滑模观测器SMO（sliding model observer）的基础上引入自适应广义二阶积分器SOGI（second order generalized integrator），减小了反电动势观测中谐波对转子位置的影响，提高了转子位置估计的准确性。由于电机参数的变化和变换器的非线性，在无位置传感器控制算法中含有大量的5、7、11次等低次谐波。使用自适应SOGI取代低通滤波器，对基频信号进行提取，一方面减小了低频谐波含量，从而减小了由低频谐波引起的转子位置估计偏差，同时消除了由滤波延时引起的相位偏差；另一方面提高了系统的跟踪性能，使得相位误差收敛于0。最后，通过仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。
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  一种Buck变换器大信号非线性模型

  韦李军,黄萌,孙建军,查晓明

  电源学报. 2017, 15(1): 62-68. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.62

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  多变换器系统广泛应用于航天航空、舰船电源以及新能源发电中。随着应用条件的变化，多变换器系统的工作点大幅改变，其大信号稳定性是系统分析与设计的关键。由于电力电子变换器的复杂性，多变换器系统大信号详细建模往往面临阶数过高、工作模式过多等问题。首先以平均电流控制的Buck变换器为例，分析了变换器不同工作模式的特征；然后，基于变换器平均模型给出一种大信号非线性模型，该大信号模型在DCM和CCM模式下具有统一的数学表达，并实现了系统的降阶；最后，通过逐周期仿真，验证了该模型的准确性。
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  基于新型四开关逆变器的集成式电动汽车充电器

  宣圣谢贤,高强

  电源学报. 2017, 15(1): 69-74. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.69

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  对基于新型四开关逆变器的集成式电动汽车充电器进行研究。这种充电器通过重复利用逆变器、电机绕组、传感器以及控制和驱动电路，大幅降低了电机驱动和电池充电系统的成本、重量和体积。在分析集成式充电器的运行原理，并提出了其运行于电力拖动模式和电池充电模式时所采用的调制和控制策略，并在此基础上搭建了仿真模型。仿真结果表明，当这种集成式充电器运行于电力拖动模式时能够在电机绕组上产生正弦电流，使电机正常旋转；当其运行于电池充电模式时，能对电池进行充电，输入功率因数接近于1，输入电流谐波含量较低。
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  半桥变换器与多变压器次级串联的超级电容均压

  李洪珠,王俏,张垒,孙佳月

  电源学报. 2017, 15(1): 75-80. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.75

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  针对于超级电容串联储能系统中单体电压不均衡的问题，介绍了一种基于半桥变换器和多变压器次级串联的均压电路，可利用多次级绕组减小因变压器单元漏感误差而引起的超级电容单体电压不均衡。该电路结构简单，还可以均衡超级电容器的电压，恒定开关频率和占空比时不需要反馈控制环节。通过分析半桥变换器每个工作模态，建立了输出电压方程，推导了串联超级电容电压均衡方程。根据电路特性，分析了变压器匝比设计方程及实现软开关变压器原边漏感要求。仿真及实验结果表明此均压电路具有均压速度快且均压效果好的特点。
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  一种采用霍尔传感器的永磁电机矢量控制

  张璞汝,张千帆,宋双成,陈爱棠

  电源学报. 2017, 15(1): 81-86. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.81

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  给出了一种基于低精度霍尔传感器检测转子位置与转速的永磁电机矢量控制策略。通过利用霍尔传感器进行速度计算与角度估算的理论分析，运用零阶算法实现了速度计算与角度估算，并使用一阶算法进行改进；使用电阻进行电流采样。实验结果证明，应用改进算法可以获得正弦度更好的电流波形和电机启动能力。
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  电网基波无静差正交正弦波观测技术

  李宗鉴,王俊,帅智康,尹新,沈征

  电源学报. 2017, 15(1): 87-91. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.87

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  快速准确地获取电网相位、频率等信息，对并网逆变器控制具有重要意义。在单相并网系统中，由于缺少与电网电压相互正交的正弦量，无法直接构建基于同步旋转坐标系的同步锁相环来获取电网相位信息。对此，提出一种无静差的正交正弦波观测器技术，可以无静差地提取电网基波和与电网基波相互正交的正弦量，并以此构建单相同步锁相环，实验验证了该方法的有效性。
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  一种全桥双谐振CLL谐振变换器的分析与设计

  姜龙飞,张展望

  电源学报. 2017, 15(1): 92-98. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.92

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  提出一种全桥双谐振CLL谐振DC-DC变换器拓扑。该变换器有两个谐振网络，共用一个变压器。该谐振变换器能在全负载范围内，实现开关管的零电压导通ZVS（zero voltage switching）和副边整流二极管的零电流关断ZCS（zero current switching），变换器开关管的开关损耗低，同时消除了二极管的反向恢复损耗，实现较高效率，适用于分布式电源系统中的直直变换模块。采用基波分析FHA（fundamental harmonic approximation）方法对该谐振变换器进行分析，得到了该变换器的直流增益特性。最后，制作了一台200 W的实验样机，验证了理论分析的正确性。
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  低压变频器功率单元温度波动问题研究

  高成海,万健如,孙彦虎

  电源学报. 2017, 15(1): 99-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.99

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  为了更好地在设计和运行中使强迫风冷式低压变频器和负荷相匹配，针对影响变频器寿命的IGBT芯片的温度波动问题，在变频器功率模块热路模型基础上运用非稳态传热理论研究。结合脉宽调制特点讨论典型功耗热源的产生和计算，以及周期负荷对功率模块其他部件和芯片的不同热效应及计算。基于热膨胀原理研究芯片温度波动与变频器寿命的关系。通过研究得出温度波动与功耗脉冲周期的关系，以及作为温度波动的主要影响区段，在变频器低输出频率区间如何计算以实施降低输出电流、开关频率等应对温度波动的措施。
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  高速铁路同相供电系统直接功率控制器设计

  夏焰坤

  电源学报. 2017, 15(1): 105-110. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.105

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  提出了一种应用于高速铁路的同相供电系统直接功率控制器设计方法。该方法在αβ坐标系下，通过分析变流器直流侧和交流侧有功功率和无功功率，利用瞬时功率理论推导了变流器输出电压指令，该指令值通过定频脉宽调制技术来控制变流器工作。该控制方法物理概念清晰，不需要复杂的坐标变换，控制方法简单。为避免低开关频率对电压幅值和相位延迟影响，提出采用电压幅值和相位修正补偿方法。最后仿真结果表明该方法能够实现系统功率传输的平衡，并且直流侧电压稳定，能够有效地消除系统侧负序分量。
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  单相电流型PWM逆变技术综述

  陈亦文,江加辉,邱琰辉,陈道炼

  电源学报. 2017, 15(1): 111-118. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.111

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  在分析了传统单相电流型PWM逆变器固有缺陷的基础上，系统地论述了从电路拓扑、控制策略等方面提出的多种解决其缺陷的方案，并给出了设计实例与特点，获得了重要结论。电路拓扑方面的解决方案包括差动双向Boost直流变换器型逆变器、组合式Boost/Buck/Buck-Boost逆变器、附加反激AC-DC能量回馈电路的单相电流型高频环节逆变器等，具有满足Boost变换器控制规律、电路复杂、损耗大等特点；控制策略方面的解决方案包括具有补偿环节的非线性调制控制策略和无源性控制策略等，具有输出波形质量高、储能电感大等特点；电路拓扑和控制策略两方面的解决方案包括输入侧串并联谐振器的单相电流型逆变器、具有储能电感电流限定非线性PWM单周期控制单相电流型逆变器等，具有输出波形质量高、储能电感小、变换效率高等特点。
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  适用于宽输出范围的混合控制全桥LLC电路

  杨瞻森,马皓,杜建华

  电源学报. 2017, 15(1): 119-124. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.119

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  提出了一种针对全桥LLC电路的混合控制方法，在低压低功率情况下采用移相控制，高压高功率情况下采用PFM控制，有效地拓宽了LLC的输出范围。对移相模式下的工况、移相频率的选择及控制方法进行了探讨和研究。搭建了一台2.5 kW、输入100 V、输出150~550 V样机，验证了混合控制方法的可行性和有效性。
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  分布式并网发电系统孤岛检测方法研究

  周晨,徐华电,刘欢,李春来

  电源学报. 2017, 15(1): 125-131. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.125

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  目前基本的分布式并网发电系统孤岛检测方法可分为远程检测法、本地被动法以及本地主动法三大类。综述了三大类中常用的孤岛检测方法，分析了它们的原理和性能并对其优缺点进行了比较；结合实际，提出了这些常用的孤岛检测方法的研究进展和发展趋势。
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  内置式永磁同步电机转子初始位置检测方法

  刘庆飞

  电源学报. 2017, 15(1): 132-137. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.132

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  针对无位置传感器内置式永磁同步电机的转子初始位置检测问题，提出一种基于旋转高频电压注入法和恒定磁场定位法的永磁同步电机转子初始位置检测方法。基于凸极跟踪的原理，通过注入旋转高频电压信号的方法获得估计转子位置，在此基础上，采用恒定磁场定位法对估计转子位置的磁极极性进行判断，实现对估计转子位置的极性校正，并且补偿估计转子位置的偏移误差，从而得到转子初始位置。在实验平台上进行了实验验证，实验结果表明文中提出的方法能够快速且准确地检测出转子初始位置，实现永磁同步电机无位置传感器可靠起动。
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  超高频DC-DC谐振变换器

  邹学文,董舟,周嫄,张之梁

  电源学报. 2017, 15(1): 138-145. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.138

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  电力电子的应用要求功率变换器具有更小的体积、更高的功率密度以及更好的动态性能，这一要求使得高频化成为电力电子发展的必然趋势。结合国内外研究现状，对超高频VHF（very high frequency）（30~300 MHz） DC-DC谐振变换器的主电路拓扑、谐振驱动电路、控制方法分别进行了介绍。
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  二次型Buck变换器的分析与设计

  王涛,巫旺,牛明哲,张骞

  电源学报. 2017, 15(1): 146-152. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.146

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  二次型Buck变换器因其可以拓宽输入电压范围而得到越来越广泛的关注。首先分析了二次型Buck变换器的工作原理，解析了其工作模态，运用伏秒平衡、电荷平衡推导了连续导电模式CCM（continuous conduction mode）下电压、电流关系表达式，给出了各电路元件的设计公式。根据各功率半导体器件的电压电流波形得到器件应当承受的最大电压和平均电流表达式，从而为器件选型提供依据。最后，根据前面的分析设计制作了一台样机，实验结果表明该样机达到设计要求，且具有良好的抗负载扰动能力。
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  一种牵引变电所无功和谐波补偿电流综合检测方法

  夏焰坤

  电源学报. 2017, 15(1): 153-158. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.153

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  针对电气化铁道存在的无功、负序等问题，结合通用瞬时无功功率理论，提出了一种基于平衡变压器的电源电压同步参考坐标矢量变换的变电所无功和谐波检测方法。该检测方法无需锁相环，计算方法简单，为潮流控制器实施变电所无功和负序综合治理提供了新的有效途径。最后分别从电源对称和畸变两种条件下进行了对比分析，仿真结果验证了所提方法的有效性。
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  光伏并网逆变器的LCL滤波器效率优化

  高成海,万健如,李江,吕海英,孙强

  电源学报. 2017, 15(1): 159-166. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.159

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  为了提高光伏发电系统的并网效率，降低并网谐波，根据模拟滤波器的理论和设计方法，指出LCL滤波器的优势所在。结合逆变器应用详细介绍了LCL滤波器主要参数的设计优化方法，对滤波器主要器件的损耗计算和效率优化做了量化分析。将滤波器与实际300 kW光伏逆变器连接试验，仿真和试验结果验证了设计的正确性，根据实验结果绘制的负载-效率曲线在50%负载和100%负载时滤波器电能转换效率均在99%之上，电流总谐波畸变率THD在100%负载时小于1%，均大大优于各国际、国内标准和技术规范的要求。
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  变电站屏蔽电缆端口的雷电感应电压计算方法

  赵军,张建功,刘震寰,干喆渊

  电源学报. 2017, 15(1): 167-172. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.167

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  变电站内屏蔽电缆容易受到雷电干扰，严重时会造成端接设备损坏，有必要开展电缆端口的雷电感应电压计算研究。基于电磁骚扰的耦合路径分析，提出了依次求解电缆屏蔽层响应和电缆内部响应的耦合分析步骤。对于电缆屏蔽层响应，指出了基于地电位差的传导耦合分析方法和基于空间磁场的感应耦合方法的不足，提出了基于电磁散射理论的更一般的分析方法；对于电缆端口响应，提出了基于转移阻抗和转移导纳的分布激励源的传输线计算方法。通过典型算例，计算了屏蔽电缆单端接地和双端接地时端口雷电感应电压，计算结果表明电缆屏蔽双端接地比单端接地具有更好地雷电屏蔽效果。
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  基于等效传递函数匹配的非侵入电容电流检测电路的设计与应用

  杨异迪,卢伟国,周雒维

  电源学报. 2017, 15(1): 173-178. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.1.173

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  结合一类简化的非侵入式电容电流检测结构，提出了检测和被测支路二者的等效传递函数近似相匹配的设计思路，给出了参数设计条件并验证了其非侵入检测特性。以Buck变换器的电容电流检测为例，应用所提检测电路构建了电容电流滞环控制电路方案。稳态实验结果表明所提采样电路能够实现电解电容电流的高精度检测，负载的动态实验结果表明所构建滞环控制具有快速负载动态调节能力。