2017年, 第15卷, 第4期　刊出日期：2017-07-30

  

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软开关技术
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  软开关逆变器中动态损耗的测试和建模

  杜成瑞,朱楠,何宁,徐德鸿

  电源学报. 2017, 15(4): 1-9. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.1

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  相比较传统硬开关电路，软开关逆变器可以显着地提高效率和功率密度。为了能够更加有效地设计软开关逆变器中的电路参数，探讨了IGBT器件零电压关断损耗和磁性元件磁芯损耗的测试和建模方法。该方法包括测试过程中探头延时校准、测试平台的设计以及测试得到的损耗数据拟合为数学模型的方法，利用该方法对典型IGBT模块的关断损耗进行评估和选择，结合磁性元件的损耗模型对软开关逆变器进行了损耗分析和优化设计。根据理论计算结果设计了1台30 kW软开关逆变器样机，实验结果验证了该动态损耗模型的准确性，并且实现了高功率密度和高效率的设计目标。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  一种具有频率适应性的nk±m次谐波重复控制策略及其在四桥臂APF中的应用

  周娟,郑婉玉,刘刚,王超,宋振浩

  电源学报. 2017, 15(4): 10-16. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.10

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  针对重复控制动态性能和频率适应性差的缺点，提出一种具有频率适应性的nk±m次谐波重复控制器，采用该重复控制器的有源电力滤波器可以选择性地补偿nk±m次谐波，满足不同应用场合的需求；与传统重复控制CRC（conventional repetitive controller）相比，该重复控制器具有延时时间小、动态响应速度快等优点。当电网电压频率波动时，该重复控制器通过采用新型有限冲激响应FIR（finite impulse response）滤波器逼近CRC内模无法实现的小数延时部分z-F,并根据电网实际频率快速调整FIR滤波器的系数，实现其对电网频率变化的适应。仿真结果验证了该重复控制器的有效性和优越性。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  基于输出电压反馈的虚拟同步发电机多环控制策略

  石荣亮,张兴,刘芳,徐海珍,胡超,曹伟

  电源学报. 2017, 15(4): 17-25. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.17

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  基于虚拟同步发电机VSG（virtual synchronous generator）控制的微网用储能逆变器广泛应用于分布式发电系统中，VSG输出电压的波形质量是衡量其性能的重要方面。为提高VSG的供电质量，提出了只采用输出电压反馈的多环控制策略。其中，输出电压一次微分反馈回路起到有源阻尼的作用，可有效地抑制LC滤波器的谐振；输出电压以及输出电流前馈解耦回路可使电流内环等效成一阶系统，从而提高系统的动态响应。在考虑系统控制延时的基础上，采用极点配置技术对电压与电流双环控制器参数进行设计。所提控制策略，在负载阶跃扰动情况下既能实现快速的动态响应，又能获得很好的稳态特性。仿真和实验结果都验证了该控制策略的可行性与有效性。
高频磁元件和集成磁技术
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  四相交错并联双向DC-DC变换器中耦合电感的设计准则

  杨玉岗,代少杰

  电源学报. 2017, 15(4): 26-33. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.26

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  深入研究了四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC磁集成变换器运行在Buck模式下的稳态电流纹波和暂态电流响应速度，同时研究了耦合电感的非对称性对变换器性能的影响，通过分析磁集成变换器的占空比和电感耦合系数对稳态电流纹波和暂态电流响应速度的影响，总结出四相Buck+Boost交错并联双向DC-DC非对称磁集成变换器运行在Buck模式下的设计准则，即在设计这种非对称变换器时，利用给出的设计公式和设计区域选择相关参数。最后，通过实验验证了理论分析的正确性。
其他
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  分数阶电路的相量分析法及正弦稳态特性研究

  王东东,张波,丘东元,谢帆

  电源学报. 2017, 15(4): 34-40. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.34

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  实际存在的电感和电容事实上是分数阶元件。对于含有分数阶元件的电路，利用整数阶的方法显然无法获得准确的电路特性，且由于分数阶算子具有记忆和遗传效应，使得分数阶电路的分析繁琐复杂。因此，基于分数微积分理论，将整数阶的相量法推广应用于分数阶电路的分析中。给出了分数阶电感和分数阶电容的相量形式，分析了它们的阻抗及功率特性，研究了分数阶RLC串并联电路以及复杂分数阶电路的正弦稳态特性，探讨了分数阶元件的阶次对电路有功功率和无功功率的影响，仿真计算验证了相量法在分数阶电路中应用的正确性。
多电平、新颖PWM控制
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  三相SPWM调制时的谐波相序及“零序”谐波流动

  齐元瑞,肖国春,卢勇,卢大鹏,郑家禄

  电源学报. 2017, 15(4): 41-47. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.41

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  对于三相逆变电路中广泛采用的共用一个载波的三相正弦脉冲宽度调制（SPWM）,当载波比不是3的整数倍数时，会出现“零序”（3k次）谐波电流的流动。“零序”谐波具有对称性，其相序有可能为正，也有可能为负，且传统概念上谐波的正序变为了负序，而谐波的负序变为了正序。这些现象对于三相系统的正常运行将带来不利影响。为此，对共用一个载波的三相SPWM调制在不同载波比时的谐波相序特性及“零序”（3k次）谐波电流流动现象进行了深入分析，为三相SPWM的调制方法应用提供了依据。理论、仿真和实验验证了分析方法和结论的正确性。
其他
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  模块化多电平DC-DC变换器研究综述

  任强,孙驰,肖飞,艾胜

  电源学报. 2017, 15(4): 48-59. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.48

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  模块化多电平结构相比常规箝位型多电平和级联型多电平结构，具有更好的模块化设计、高压应用、多电平输出等性能。基于模块化多电平结构的DC-DC变换器特别适合中高压大容量直流输配电及新型直流负载供电。首先介绍了模块化多电平结构的组成及特点；其次对现有模块化多电平DC-DC变换器的主要拓扑结构及相应的调制控制方法进行了详细的总结梳理，并分析了变换器的故障隔离保护机制；最后对模块化多电平DC-DC变换器的研究难点及前景进行了展望。已有的研究表明，模块化多电平DC-DC变换器以其优越的电能变换性能，在价值需求的牵引下必然引领新的直流输配电技术的革新高潮。
系统仿真、建模与控制
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  一种基于椭圆拟合的三相电压不平衡条件下的锁相环

  史旺旺,严建鹏

  电源学报. 2017, 15(4): 60-64. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.60

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  针对传统的三相电网相角检测方法在电网频率波动及故障情况下存在的不足，提出了一种新型数字锁相环设计方法。所提出的锁相环通过递推最小二乘法椭圆拟合辨识出椭圆参数，利用锁相环产生不对称的正弦余弦输出，消除了电网不平衡状态下的鉴相二倍频分量；在此基础上对锁相环输出信号进行移相和正序分量的提取，从而实现90°移相与电网频率无关；推导了不对称幅值和相位与椭圆参数的关系，设计了递推最小二乘法，最后给出了仿真和实验结果。仿真和实验结果验证了本方案的有效性。
其他
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  基于多目标优化算法的IPT系统谐振网络参数设计

  黄永灿,戴欣,邹洋

  电源学报. 2017, 15(4): 65-71. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.65

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  传统IPT系统的谐振网络参数设计方法存在着低效、准确性差以及难以对具有多个设计目标的系统进行谐振网络参数设计等缺陷。首先提出了一种基于NSGA-II多目标优化算法的谐振网络参数的设计方法，经一次运算即可得到多组满足系统设计目标的谐振网络参数值，克服了传统谐振网络参数设计方法的缺陷。以PP结构的IPT系统为例，把高电压增益和系统效率最优设计作为目标，设计出了最优谐振网络参数。仿真和实验结果表明，设计出的谐振网络参数能够满足系统需要。
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  新型三相-单相交流发电系统拓扑结构及其控制策略仿真研究

  何健,魏佳丹,赵刚,周波

  电源学报. 2017, 15(4): 72-78. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.72

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  针对传统三相-单相交流变换器拓扑结构复杂且需要额外的滤波器等的不足，基于永磁同步电机开绕组的特点，提出了一种新型三相-单相交流发电系统拓扑结构。分析了通过对双变换器直流侧电容电压的控制实现单相交流输出的工作原理，并在此基础上提出了一种通过永磁同步电机的正序电流和零序电流分别实现变换器直流侧的电容电压和单相交流输出电压解耦控制的新型控制策略。该策略采用MATLAB构建系统仿真模型，在不同发电机转速和负载情况下对系统进行了仿真分析，验证了该新型三相-单相交流拓扑无需使用额外的滤波电路即可实现高质量的单相交流电压输出，其幅值、频率均可以灵活调节，且具有优异的动态特性。
电池及充电技术
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  基于灰色模型的锂电池充电技术研究

  王枫,史永超,崔纳新,李超群

  电源学报. 2017, 15(4): 79-83,90. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.79

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  由于电池系统具有非线性和迟滞性等特点，电池模型的准确性和实用性难以兼顾。针对此问题，建立和验证了基于灰色控制理论的锂离子电池灰色模型。应用该模型研究了相关的电池充电技术，并提出了基于灰色模型的充电终止判断技术以消除电池系统迟滞性带来的影响，以及采用灰色PID控制技术跟踪充电曲线以减轻电池系统非线性带来的控制精度不高的问题。实验结果表明，相对于传统PID控制，灰色PID跟踪充电曲线具有更高精度。
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  基于开关矩阵拓扑的蓄电池组均衡控制策略

  李川,夏超英,刘红锐

  电源学报. 2017, 15(4): 84-90. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.84

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  提出一种应用于直流不间断供电系统蓄电池组单体电池均衡的桥式开关矩阵拓扑，利用LC均衡器进行能量的存储和转移，实现了能量从电池组中荷电状态（SOC）最高的单体电池向最低的单体电池转移，给出了参数设计方法，在避免迂回均衡带来蓄电池充放电次数增多的同时，延长了蓄电池的寿命，提高了均衡和能量转移效率。在Matlab-Simulink环境下搭建了均衡系统模型并进行了仿真，结果验证了所提出均衡策略的有效性和可行性。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  超级UPS中光伏发电单元的功率调控

  刘曌煜,李海津,胡长生,陈敏,徐德鸿

  电源学报. 2017, 15(4): 91-96. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.91

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  超级UPS包含电网、燃气发电机、电池以及光伏等多种类型能源，是一种具有很高供电可靠性的电源系统。在这样的多能源储能系统中，光伏发电单元需要配合其他多种能源，在保证稳定性的前提下，通过不同模式的灵活切换，提高其电能利用率。针对超级UPS特点及其工作模式，讨论了光伏单元的功率调控，并针对此应用场合优化了传统的光伏最大功率点跟踪算法，最后在30 kW的平台上进行了初步验证。改进后的算法，可以在保证收敛性和跟踪精度的条件下，有效加快光伏最大功率点跟踪速度。
单相、三相功率因数校正技术
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  考虑电压畸变的电气弹簧功率因数校正策略研究

  张骕骦,丘东元,张波

  电源学报. 2017, 15(4): 97-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.97

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  为了解决新能源发电系统并网所带来的电力系统稳定问题，提出了新型电力电子装置“电气弹簧”.目前电气弹簧功率因数校正PFC策略是在电网电压为理想正弦波的前提下提出的，不适用于电网电压含有较大谐波分量的实际场合，如整流装置和电弧炉等非线性负荷比重比较大的工厂配电网。为此，在详细分析电气弹簧功率因数校正原理的基础上，提出了一种考虑电网电压畸变的功率因数优化控制策略，通过在电流控制环中加入电流谐波环，将电流畸变率控制在规定范围内，从而在限制电流畸变率的同时，实现电气弹簧的最大功率因数校正功能。最后给出了仿真结果，验证了所提功率因数校正策略的可行性。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  一种新型PV AC Module的研究

  胡茂,秦岭,谢少军,罗松,候虚虚

  电源学报. 2017, 15(4): 105-111. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.105

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  为了解决传统的两级式光伏交流模块PV AC module存在的结构复杂、成本高、效率低等问题，提出了一种新型PV AC module.该AC module的前级为传统的Boost变换器，完成光伏组件的最大功率点跟踪和光伏接口电压的泵升；后级采用高增益集成式逆变器，实现直流母线电压的泵升和并网发电功能。分析了PV AC module的系统结构，工作原理及控制策略，并通过一套250 W/40 kHz的样机仿真模型，验证了方案的可行性与理论分析的正确性。研究结果表明：该新型PV AC module具有结构简洁、控制简单、成本低、效率高等优点。
电源技术、产业发展展望
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  一种新颖四象限隔离型反激双向直流变换器

  万应才,王磊,郭瑞,杨玉岗

  电源学报. 2017, 15(4): 112-118. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.112

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  摘要：隔离型反激DC-DC变换器具有较高增益和较大功率等级，成为高增益大功率场合的研究焦点，针对传统反激变换器存在的变压器漏感尖峰的问题，本文提出一种带反激缓冲器的隔离式四象限全桥双向DC-DC变换器，。电路中应用钳位电容和反激缓冲器来钳位因流馈式电感和隔离变压器漏电感间的潮流差而引起的尖峰电压，成功地把电压钳位到理想水平，；同时消除了因漏电感的续流带来的开关损耗，提高了变换器工作效率。；缓冲器还限制漏感电流 在全桥开关中循环，在超载情况下降低了开关电流应力（在超载情况下），提高了系统可靠性。实验证明了理论分析正确性和可行性。
其他
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  感应电机滑模观测器矢量控制系统研究

  赵有乾,尹忠刚,伍文俊,杜超,钟彦儒

  电源学报. 2017, 15(4): 119-124. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.119

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  研究了一种基于滑模观测器的感应电机无速度传感器矢量控制技术。根据感应电机两相α-β静止坐标系下数学模型的特点，设计了一种电流型滑模观测器。利用李亚普诺夫稳定定理，分析和证明了此观测器的稳定性，并在此观测器的基础上，根据等效控制的概念，估算了电机转子磁链和转速。仿真结果表明，基于滑模观测器的感应电机无速度传感器矢量控制技术对于电机启动和突加负载转矩时均能呈现很好的调速性能。
新颖开关电源
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  高频AC-Link高压充电电源

  张政权,刘庆想,王庆峰,李伟

  电源学报. 2017, 15(4): 125-130. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.125

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  提出了一种基于AC-Link技术的新型充电电源，在各个工作过程都能实现零电流开关。采用电荷量分配的控制策略，分析电网电压对换流相位的影响。对输入线电流、线电流谐波和开关电流进行了仿真，最后进行了实验验证。实验结果表明：电源平均充电速率为62.5 kJ/s,功率密度为0.6 W/cm³；电流波形能够很好地跟随电压波形，实现高的功率因数，每相总的电压谐波含量小于2%,总电流谐波含量小于10%；矩阵开关工作在软开关条件且实现软切换过程时，能够实现高的效率；在阻性条件下，效率为93%.
其他
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  基于行为模型的飞机电源系统建模仿真技术研究

  王丹阳,张惠娟,徐红专,戴泽华,杨善水

  电源学报. 2017, 15(4): 131-137. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.131

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  针对新型飞机电源系统部件种类多、控制复杂以及电路级仿真运算量大、速度慢的特点，提出了基于行为模型的飞机电源系统电能部件的建模方法。从电能部件的输入输出出发，依据功率平衡关系，并且结合受控源，来描述部件功能特征。利用Simulink软件，建立了系统中的关键部件的行为模型，并且构建了整个电源系统仿真模型。通过该模型，开展了飞机电源系统的特性仿真研究。仿真结果表明，所建立模型简单、方便、可以反映部件和系统的行为特性，仿真速度比电路模型更快。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  基于10kV高压自取能光电触发TSC装置的延时触发角谐波分析

  关寒星,曾光

  电源学报. 2017, 15(4): 138-142,149. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.138

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  高压晶闸管投切电容器（TSC）无功补偿装置作为传统高压无功补偿装置在高压领域应用较为广泛，但因其晶闸管全导通时阀组端电压为0,无法从阻尼回路中取能用于晶闸管触发，故自取能光电触发电路一直是研究攻克的难点。为解决这一难题，自主研制了一套基于自取能光电触发10 kV高压TSC装置，通过延迟一定的触发角度实现晶闸管触发电路的自取能。但TSC与TCR不同，当存在延迟角时必然会因duc/dt的影响引起冲击电流，造成触发脉冲的紊乱。因此，为了抑制冲击电流，在实际使用中必须配置电抗器。通过理论和仿真分析了TSC触发脉冲延迟角及电抗器与谐波含量的关系。
其他
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  分数阶互感及变压器模型的特性分析

  刘潇,张波,谢帆,丘东元

  电源学报. 2017, 15(4): 143-149. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.143

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  目前涉及磁能耦合、电能转换等方面的分数阶特性研究较少，因此针对分数阶互感及变压器模型的特性进行了分析。首先分析了传统分数阶LC电路的阻抗特性和相位特性；沿用该分析方法，研究了分数阶互感及变压器模型的阻抗矩阵特性，分析了阻抗矩阵在不同阶数下的相位特性以及分数阶条件下特有的纯实部特性和纯虚部特性；最后推出不同阻抗特性下，阻抗频率、幅值与电感阶数的关系。从分析中可知，自感和互感的分数阶数增加了整个模型设计的自由度，更具有一般性。
电源的数字控制
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  BUCK电路间接电容电流控制数字算法研究

  李航,张昆仑

  电源学报. 2017, 15(4): 150-155. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.150

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  V²控制BUCK变换器拥有快速的负载响应速度，但是V²控制正确工作需要大寄生电阻的电容，在数字V²控制中也同样存在相同的问题。首先分析了V²控制技术的不足，然后提出了一种能够在不依赖寄生电阻参数也能正常工作的基础上拥有同样快速负载响应速度的BUCK电路数字控制算法，并研究了此种算法的稳定性问题。最后通过仿真与实验验证了算法的正确性。
太阳能、风力、燃料电池发电
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  一种电源-电容串联型直流变换器

  陈梦星,高峰,蒋涛

  电源学报. 2017, 15(4): 156-161. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.156

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  提出了一种电源-电容串联型直流变换器，这种拓扑结构可以同时为两路直流电源升压，并且有效降低了半导体器件的电压与电流应力。与双路Boost型直流变换器相比，该电源-电容串联型直流变换器在不增加功率器件数量的前提下，显着降低了半导体器件的电压与电流应力，适用于分布式光伏并网逆变器的直流变换级。主要涉及该直流变换器的运行方式、电压与电流应力分析、效率对比，并通过实验验证了该直流变换器的可行性。
电力传动与变频调速
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  变压器磁饱和对低压变频器驱动高压潜油电机系统影响

  张嵘,安健辰,郝丽翠,栾德爵,李志鹏,李继承

  电源学报. 2017, 15(4): 162-167. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.162

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  介绍了海上采油平台上实际应用的一种低压变频器驱动的高压潜油电机系统构成，论述了系统中低电压变频器、三相正弦波滤波器、三相升压变压器、三芯长电缆和高压潜油电机等关键设备的选取原则。系统中的三相升压变压器主磁路磁密设计值比较低，以防止变频器采取低频电压补偿恒压频比控制方式起动潜油电机时，由于磁路饱和而引起的变频器输出电流直流暂态分量过大现象。为此，搭建了低频变频器高压驱动高压潜油电机系统仿真模型。仿真结果表明，该直流暂态电流分量幅值较大、衰减速度较慢。
高频磁元件和集成磁技术
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  高频大电流电抗器近场损耗分析

  卢增艺,吴伟华,杨海军,章进法

  电源学报. 2017, 15(4): 168-172. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.168

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  高频大电流电抗器要求磁路能够承受较大安匝电流而不饱和，在结构设计上往往需采用开放的空间磁路，但这会对周围元件造成电磁耦合，带来额外的近场损耗和引发局部高温问题。因此，详细分析了高频大电流电抗器的磁场分布特征，讨论了近场磁场对周围金属支撑件带来的高频附加损耗影响，并结合实际工程应用案例，进行理论分析与建模仿真，最终得出改善方案。
单相、三相功率因数校正技术
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  断续模式无桥Boost PFC变换器的研究

  高伟俊,陈乾宏

  电源学报. 2017, 15(4): 173-177,182. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.173

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  相较于传统的Boost PFC变换器，无桥Boost PFC变换器省略了开关管前的整流桥，大大提高了变换器的效率。首先主要讨论电流断续模式下无桥Boost PFC的工作原理，推导理想状态下其PF的表达式和电感的计算，探讨实际工作中电路寄生参数对电感电流畸变的影响。然后针对DCM Boost PFC仅适用于中小功率场合这一缺点，引入了交错并联技术，提升了电路的功率量级。最后分别完成了单路500 W和两路交错1 kW的变换器样机实验，实验结果验证了理论分析的正确性。
新颖开关电源
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  单相PFC输出母线电压波动抑制与脉动功率转移技术

  任玉虎,马凯莉,王慧馨,王正仕

  电源学报. 2017, 15(4): 178-182. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2017.4.178

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  采用电解电容抑制单相功率因数校正PFC（power factor correction）输出母线电压波动的方式受到电解电容本身寿命短、体积大等因素限制，难以做到高功率密度以及长时间稳定性。因此，提出一种采用双向升降压电路实现输出母线功率解耦的策略，从而可移除母线处的电解电容。详细分析了解耦电路的基本工作状态，并基于相关参数的设计考虑提出一种新型控制方案，在双闭环的基础上引入输出母线电压波动加权控制，进一步增加在功率解耦支路与输出母线之间转移的脉动功率，减小母线电压纹波，实验结果验证该电路及控制方案的有效性。