2017年, 第15卷, 第3期　刊出日期：2017-05-30

  

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电力电子系统电磁兼容分析方法及干扰抑制技术专辑
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  电力电子系统电磁兼容分析方法与干扰抑制技术专辑-主编述评

  张波

  电源学报. 2017, 15(3): 1-02. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.1

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  电磁兼容是高频、高功率密度、大容量电力电子系统面临的共性问题。模型是分析电力电子系统电磁干扰机理的基础，参数辨识和测量是量化电力电子系统电磁兼容主要方法，EMI滤波器是抑制电力电子系统传导干扰有效技术手段之一，PWM是共模电压抑制的基本策略。而针对应用对象开展电力电子系统电磁兼容的分析更具有实际意义。为集中展现电力电子系统电磁兼容的建模与分析方法、测试技术、电磁干扰抑制技术等方面的最新研究成果和进展，电源学报特别推出“电力电子系统电磁兼容分析方法与干扰抑制技术”专辑，藉此，对电力电子系统电磁兼容的研究起到一定的促进作用。
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  并网逆变发电系统共模传导干扰累加效应的模型预估研究

  赵密招,和军平,郑博

  电源学报. 2017, 15(3): 9-17. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.9

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  分布式新能源并网发电系统因使用电力电子接口而易在电网中产生电磁干扰，对并网逆变发电系统中共模传导干扰的累加效应及其随机特性进行研究有重要的工业应用价值。首先提出了一种结构灵活的两电平三相逆变器共模传导干扰预测模型，在其基础上建立并网逆变发电系统的共模传导干扰预估模型。根据逆变器中有源/无源元器件参数的随机概率分布统计特性，利用蒙特卡罗法对并网发电系统共模传导干扰发射进行随机模拟，并对系统中主要影响因素随机变化的干扰发射作用进行了分析。Matlab模型仿真及样机实测证明了研究的有效性。
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  变频传动系统感应电机的共模阻抗模型

  叶世泽,严云帆,陈恒林

  电源学报. 2017, 15(3): 18-24. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.18

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  在变频传动系统中，脉冲宽度调制技术带来了严重的共模干扰问题，因此在进行变频传动系统设计时，有必要对系统的共模干扰进行预测和分析。为此，提出了两种用以分析变频传动系统共模干扰的感应电机共模阻抗模型，并研究了模型参数的提取方法。在分析电机内部结构的基础上，建立了基于阻抗测量的电机共模模型，通过阻抗分析仪提取了相关参数。针对只关注电机共模外特性的场合，提出了基于共模电压和电流测量的电机共模模型，考虑到频率失真和频率泄露，使用共模电压和共模电流的包络线计算模型参数。模型仿真结果与测试结果相符，验证了模型及建模方法的有效性。
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  变频空调传导干扰的建模及验证

  张有林,高小丽

  电源学报. 2017, 15(3): 25-29. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.25

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  本文验证了一种变频空调频域传导干扰的建模方法。使用测试设备提取变频空调各负载和各关键电气部件的频域阻抗特性，分别构造电路模型无限逼近各部件的阻抗特性曲线，达到设计精度要求后将此等效电路模型确定为该部件的等效电路，根据实际传递路径将各等效电路连接起来，通过联合仿真模拟变频空调整机的传导干扰特性。最后将仿真结果与实际测试结果进行对比，实现预测电磁兼容性能、优化各部件电磁性能设计的目的。
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  一种基于离散观测器的DC/DC变换器参数在线辨识方法

  吴杭举,周雒维

  电源学报. 2017, 15(3): 30-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.30

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  针对功率变换器参数在线辨识问题，提出了一种新的基于离散观测器的DC/DC变换器主电路参数非侵入式在线辨识方法。基于Lyapunov函数提出了一种用于离散系统参数辨识的观测器算法，进一步引入模型噪声估计使得观测器能够适用于经低速采样离散化的混杂系统的参数辨识。为将提出的观测器应用到DC/DC变换器参数辨识中，以Buck变换器为例给出了DC/DC变换器离散模型的建立方法。在此基础上，设计了用于Buck变换器主电路参数辨识的离散观测器。观测器根据电感电流、输出电压以及控制器输出即可对滤波电感及其等效串联电阻、滤波电容及其等效串联电阻、负载等效电阻等多个参数进行在线辨识。仿真和实验结果验证了该方法的有效性。
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  基于IGBT开关过程的变流器杂散电感分析方法

  肖文静,唐健,代同振

  电源学报. 2017, 15(3): 38-43. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.38

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  在IGBT 关断的瞬态过程中，变流器杂散电感会使 IGBT 的集、射极之间产生较高的电压尖峰，从而造成较大的电磁干扰，甚至导致IGBT损坏。若能测量变流器杂散电感，则可在一定程度上预估该电压尖峰，并设计适当的缓冲电路。本文分析了IGBT开通和关断瞬态过程中各阶段的电压和电流，提出了一种优化的基于IGBT 开关过程的大功率变流器杂散参数分析方法。通过双脉冲测试方法对西门康功率器件SKM400GAL176D的开关过程进行测试，获取其开通和关断瞬态过程曲线，利用前述方法计算出母排杂散电感。将计算结果与仿真软件提取结果、E4980A阻抗分析仪测试结果进行对比，验证了该方法的准确性与实用性。
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  椭圆形平面无源集成EMI滤波器的特性研究

  杨玉岗,陈晓静,靳明智

  电源学报. 2017, 15(3): 44-49. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.44

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  为了减小开关电源的体积，提高功率密度，提出一种椭圆形平面LC线圈结构的平面无源集成电磁干扰EMI（electromagnetic interference）滤波器。通过对矩形、椭圆形平面LC线圈进行有限元仿真，对比其综合因素确定了椭圆形平面LC线圈作为EMI 滤波器的基本组成单元，并基于该结构实现了无源集成EMI 滤波器。在考虑共模电感的寄生电容和共模电容的寄生电感以及它们的等效电阻情况下，建立了平面无源集成 EMI 滤波器的高频等效电路模型；利用二端口网络A参数矩阵推导了插入损耗的计算公式。仿真和实验表明了该结构的有效性，以及高频模型和插入损耗公式的正确性。
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  磁环线圈匝数谐振频率测量及在抑制传导干扰中的应用

  杜明星,杭州,丁一夫,魏克新

  电源学报. 2017, 15(3): 50-54. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.50

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  目前大部分文献专注于磁环在电磁兼容EMC整改中的应用和建立磁环的阻抗模型，有关谐振频率的研究比较少。为了更有效地抑制高频干扰噪声，以差模扼流圈作为研究对象，研究磁环线圈匝数对谐振频率的影响。首先通过理论分析得出电感和寄生电容是影响谐振频率的关键因素；其次使用阻抗分析仪测量不同匝数磁环的谐振频率、电感和寄生电容，量化线圈匝数引起的寄生电感和电容变化，进而确定线圈匝数增加导致谐振频率减小；最后，以电动汽车后视镜电机为例，分析了磁环线圈的接入对电磁干扰抑制效果的影响。试验证明，磁环匝数增加时，磁环抑制干扰的有效频段降低。
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  三相三电平逆变器的零共模电压空间矢量调制技术研究

  陈嘉楠,蒋栋

  电源学报. 2017, 15(3): 55-63. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.55

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  针对三相三电平逆变器实现零共模电压输出的主要调制方式，即空间矢量调制消除共模电压SVMCME进行研究。首先，为减小七段式SVMCME产生的开关损耗，提出一种五段式SVMCME的调制方式，并对调制比的变化做出详尽的解释。其次，对正弦脉冲宽度调制消除共模电压SPWMCME和SVMCME的等效性在理论上进行证明和仿真验证，以简化控制算法。无论是五段式SVMCME还是七段式SVMCME都可以用注入零序电压分量的SPWMCME来等效。最后，仿真和实验分析比较了3种调制方式在共模电压、开关损耗、总谐波畸变率THD和电磁干扰EMI等方面的性能，相关的技术能够有效地抑制三相系统中的共模噪声。
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  基于多涡卷混沌吸引子的电力电子变换器混沌PWM控制研究

  杨志昌,李虹,张波,吕金虎

  电源学报. 2017, 15(3): 64-70. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.64

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  基于多涡卷混沌吸引子，提出了一种新型混沌PWM控制方法抑制电力电子变换器电磁干扰。该方法将多涡卷混沌吸引子与传统混沌PWM控制结合，应用于电力电子变换器的控制中，实现从电磁干扰源头上抑制传导电磁干扰。对比传统混沌PWM控制，该方法能够在降低开关频率及其倍数次谐波峰值的同时，减少开关频率及其倍数次附近次谐波的生成，具有更好的EMI抑制效果。
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  变频器参数及调制方式对共模电压的影响

  刘瑞芳,孟延停,康强

  电源学报. 2017, 15(3): 71-77. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.71

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  PWM变频器被广泛应用于在电机驱动系统中，但其输出电压中的共模电压会产生许多负面效应，因此确定影响共模电压的各种因素对提出有效的共模电压抑制策略有重要的意义。采用解析、仿真和实验验证的方法围绕变频器参数和调制方式对共模电压的影响展开研究，研究结果表明：变频器参数中直流母线电压利用率增大时共模电压减小；载波比变化时共模电压基本不变；死区时间增加时共模电压增大；不同调制方式SPWM和SVPWM在相同直流母线电压利用率下的共模电压大小相近。进一步讨论了在VVVF控制调速时直流母线利用率和载波比同时变化时共模电压的变化规律，实验表明低速时共模电压更大，应当重视电机低速时共模电压产生的危害。
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  三相逆变器幅值可控的小波PWM技术

  张晓慧,丘东元,张波,郑春芳

  电源学报. 2017, 15(3): 78-85. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.78

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  三相逆变器的小波PWM具有总谐波含量低、直流电压利用率高、易于数字化实现等优点，但其无法在三相逆变器上实现对输出电压幅值的控制，这使得小波PWM的应用受到限制。为此，在单相逆变器幅值可控的小波PWM技术基础上，在三相逆变器的小波PWM中同样引入了一个调制度变量，使它在保持原有优点的基础上增加了输出电压可调的特性。分析了三相逆变器幅值可控的小波PWM的机理，并进行了仿真和实验研究，结果证明了机理的正确性，为三相逆变器小波PWM的广泛应用提供了基础。
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  电快速脉冲群试验的空间辐射场强特性研究

  杨志超,王望,曲秋莳

  电源学报. 2017, 15(3): 86-90. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.86

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  由于电快速瞬变脉冲群试验时域上的多变性和频域上的宽带特性，经常会引起设备的误动、拒动和延迟动作。根据IEC 61000-4-4 2012推荐的数学表达式，在时域和频域上分析了电快速瞬变脉冲群干扰机理。针对其由于高频效应所带来的辐射特性，首次采用基于光纤传输的瞬态电磁场测量系统对电快速脉冲群试验辐射场强进行了测试评估。在容性耦合夹水平面0~200 cm和垂直方向0~50 cm（在坐标为50 cm处和100 cm处）做出其辐射场强分布，可为今后的试验布置提供一定参考。
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  电动汽车充电桩对电能质量和电磁环境的影响

  王亮,汤佩文,颜伟,高翔,王恩荣

  电源学报. 2017, 15(3): 91-99. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.91

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  通过研究电动汽车充电原理，分别建立了交流和直流充电桩电路模型，分析了多台电动汽车充电时对电流谐波畸变率和功率因数的影响；建立了电动汽车充电桩传导和辐射EMI噪声模型，分析了噪声生成机理及其传输路径。理论分析与实验结果表明，随着充电台数的增加，交流充电桩的电流谐波畸变率增大、功率因数不变，直流充电桩的电流谐波畸变率不变、功率因数增大，且直流充电桩频段在25 Hz～1 kHz和5～50 kHz时产生强烈的EMI噪声。
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  ZVS E类逆变器的磁谐振无线输电系统参数分析和设计

  李甜,肖文勋,张波,黄雅琪

  电源学报. 2017, 15(3): 100-106. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.100

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  E类逆变器用作磁耦合谐振式无线输电MCR-WPT系统的激励源时，其等效负载由线圈参数和系统负载决定，由此导致E类逆变器的优化设计较为困难。为此，研究了两螺线管线圈间的互感算法，分析了互感随线圈间距变化的特性，并探讨了MCR-WPT系统两螺线管线圈的传输效率、输出功率及E类逆变器的等效负载与线圈间距的解析关系，给出E类逆变器实现零电压开关ZVS（zero voltage switch）的参数设计方法，仿真验证了互感算法和系统参数设计方法的精确性。实验结果表明，当线圈间距为26 cm时可实现ZVS，且系统效率达到86.3%，验证了理论和仿真分析的有效性和准确性。
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  三相逆变器共模传导电磁干扰建模及原始噪音抑制技术

  周锦平,周敏

  电源学报. 2017, 15(3): 107-111,117. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.107

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  建立了三相逆变器的共模噪音通路模型，基于此模型分析了连接在交流母线与直流母线之间的滤波电容对共模噪音特性的影响；提出了一种新的应用于三相变换器的原始共模噪音的补偿方案，基于所提方案可以减小整个系统对共模滤波器的要求，改善整个系统的体积和成本。实验结果验证了方案的可行性。
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  基于预测控制技术的逆变-电机系统共模干扰抑制

  陈希亮,焦慧方,韩亚强,张姣,张斌,陈文洁

  电源学报. 2017, 15(3): 112-117. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.112

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  共模电压幅值大小是衡量电磁干扰强弱的重要指标，较大的共模电压会对电机绕组间绝缘和电机轴承产生严重的危害。通过电压源逆变器驱动的三相电机共模电压的建模控制与分析，发现模型预测控制可以有效减小共模电压，比传统的屏蔽滤波技术有减少成本与体积等优势，但会带来输出电流波形的畸变。在传统的三相感应电机电流预测控制基础上，引入共模电压幅值的影响，通过调节代价函数相应影响因子的权重，达到低输出电流畸变与低共模电压的平衡。通过仿真分析验证了此控制策略的有效性与可行性。
其他主题
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  基于ADALINE神经网络的电能质量监测终端设计

  景飞,周雒维,卢伟国

  电源学报. 2017, 15(3): 118-125. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.118

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  谐波频谱检测是电能质量监测仪器的核心功能，其检测频谱是进行各种电能质量特征值运算的前提。传统以STFT为检测算法的电能质量终端由于时间窗固定，不具有暂态情况下的谐波分析能力。而诸如小波变换、S变换等算法则由于运算量巨大不利于谐波实时在线监测。针对这种情况，设计了一种以DSP为处理器，基于自适应线性神经网络（ADALINE）的电能质量监测终端。详细介绍信号接口电路、调理电路、PLL倍频电路、AD转换电路的硬件设计，给出了自适应线性神经算法推导和DSP数据处理框图。实验表明，所构建系统在运算量不大的情况下增强了暂态谐波测量能力，同时利用ADALINE误差信号可对电压暂降进行精确时间点定位。
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  3 kW车载充电机的研究与实现

  刘晓东,徐朋,方炜,徐瑞,刘宿城

  电源学报. 2017, 15(3): 126-132. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.126

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  电动汽车以其显著的节能减排优势成为全球汽车工业的主要发展方向之一。车载充电机是电动汽车的重要组成部分，作为电动汽车动力电池与电网之间的接口，高效率是其最重要的技术指标，同时还应减小其对电网的谐波污染。设计的车载充电机采用AC/DC到DC/DC的两级隔离式电路结构：前级采用基于单周期控制的单相Boost-APFC电路，后级是移相全桥ZVZCS变换器，同时副边辅助电路采用由电容和二极管组成的新拓扑结构，可以进一步提高系统效率。另外，提出单-双环充电切换的控制方法，来满足蓄电池的恒压-恒流充电要求。为验证理论分析的正确性，在Matlab/Simulink环境下对整个系统进行仿真，并采用TMS320F2812控制芯片完成3 kW的样机实验。
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  200 W级磁耦合谐振式无线电能传输频率特性的研究

  李亚楠,崔玉龙,范好亮,刘会军

  电源学报. 2017, 15(3): 133-139. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.133

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  采用磁耦合谐振技术提供了一种新型无线电能传输方式，其安全、可靠、灵活的特点受到广泛关注。为进一步扩展无线电能传输的应用领域，设计较大功率的无线电能传输系统是十分必要的。基于串并结构谐振电路等效模型，通过电路理论推导出补偿电容、电压增益、效率等表达式，应用Matlab软件对系统的谐振频率进行了仿真分析，得出谐振频率偏移对系统性能影响规律。在此基础上设计了一套无线电能传输实验平台，传输距离为1～7 cm，该装置负载端获得功率可达200 W，最高传输效率为80%。
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  一种改进的主动频率偏移孤岛检测算法

  陈佳斌,陈阿莲

  电源学报. 2017, 15(3): 140-147. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.140

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  孤岛检测是光伏并网系统必须具备的功能之一，要求其能快速准确地检测出孤岛的发生，并且要尽量减少对电网质量的影响。本文分析了现有孤岛检测算法在谐波畸变率与检测速度、检测盲区上存在的固有矛盾，并提出了一种改进的主动频率偏移孤岛检测算法。在低频率差时采用固定反馈系数，保证了良好的电能质量；在较高频率差时采用基于三次幂函数变化的反馈系数，保证了孤岛检测的准确性和快速性。该方法能有效降低主动式孤岛检测对电能质量的不良影响，快速检测出孤岛的发生，并且不会增大检测盲区。仿真与实验结果证明了该方法的有效性。
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  开关电感Boost变换器的失效机理及基于参数扰动的混沌控制方案研究

  李姿,陈艳峰,张波,丘东元,陈曦

  电源学报. 2017, 15(3): 148-155. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.148

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  开关电感Boost变换器是新能源系统中应用较为广泛的一种高增益DC-DC变换器。由于变换器本身的特性，当电路参数的变化超出一定范围时，会发生分岔、混沌等非线性现象，造成变换器失效，此时变换器无法正常稳定运行并且工作性能下降，因此有必要控制变换器从混沌态重回稳定态。基于参数扰动混沌控制法的基本原理，设计了适用于峰值电流控制型开关电感Boost变换器的混沌控制方案。该方案可使工作于混沌状态的变换器能迅速返回周期-1态稳定工作，其输出电压增益得以提高、输出纹波显著降低，并且在输入和负载有较大扰动时变换器系统均能稳定工作。利用非线性理论对变换器失效机理进行分析和混沌控制，对于DC-DC变换器参数设计、稳定性分析和性能提升具有一定的实际应用价值。
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  双馈风电机组MPPT动态功率特性分析

  苏勋文,徐殿国,杨荣峰,岳红轩

  电源学报. 2017, 15(3): 156-162. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.156

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  为研究双馈风电机组DFIG最大功率跟踪MPPT动态特性，在Matlab/Simulink仿真平台上建立了功率信号反馈算法的风机MPPT控制模型。以矩形风速为例，理论推导了MPPT静态工作点的过度时间和风机输出能量的计算公式，通过仿真和理论分析了不同转子惯性对风电机组动态功率、转速、叶尖速比、风能利用效率的影响，结合转子动能阐述了双馈风电机组MPPT动态功率特性，指出风机惯性时间常数越大风能利用系数越低。最后比较了几种不同风速下的风机MPPT动态特性，结果表明，随机风的风机转速跟踪能力最差，阵风和渐进风的风机转速跟踪效果较好。
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  大功率电网模拟器系统研究

  朱虹,张兴,李飞,刘芳,金结红

  电源学报. 2017, 15(3): 163-167. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.163

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  提出了一种适用于大功率电网模拟器的拓扑结构，并给出了相应的控制策略以及硬件参数设计方法等，保证电网模拟器具备电压频率可调、模拟电网不平衡以及各次谐波发生等功能。分析、设计并搭建了2 MW电网模拟器系统，完成了基本功能的测试实验，验证了理论的正确性和可行性。
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  多输入单相MMC整流器控制方法的研究

  覃理,丘东元

  电源学报. 2017, 15(3): 168-175. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.168

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  多输入MMC整流器是一种可以连接多个交流电源的新型多端高压变换器。针对多输入单相MMC整流器的拓扑特点，提出了一种开关组独立控制方法。该方法对同一桥臂上各开关组的调制信号进行解耦，并加入电容均压和稳压控制功能，实现了每个功率子模块电容充放电的平衡，同时保证了直流侧电压稳定。最后通过仿真验证了所提控制方法的可行性。
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  电励磁同步发电机的变励磁控制策略

  胡斌,王琰,喻俊鹏

  电源学报. 2017, 15(3): 176-180. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.3.176

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  考虑到风电领域的电励磁同步发电机稳定工作需求，在恒定励磁电流的情况下分析电机的功角特性和运行风险，提出了结构简单、控制灵活的变励磁控制方案，该励磁模块直接由稳定的直流母线供电，省去了复杂的相控整流电源，安全可靠且成本低。基于Matlab仿真，研究了不同功率的励磁电流对电机功率因素和定子电流的影响。最后，通过实验结果证明了变励磁方案的可行性，及其相对恒励磁控制在发电效率上的优势。