电源学报

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微电网功率变换与运行控制专辑特邀主编评述

李武华,何晋伟

电源学报. 2018, 16(2): 1-02. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.1

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由于分布式发电的间歇性、电力电子装置的脆弱性和装置-电网交互的复杂性，微电网系统也面临着一系列挑战性新问题。《电源学报》特别组织了本期“微电网功率变换与运行控制”专辑，旨在集中展现微电网电力电子技术方面的最新研究成果和学术进展，推进微电网相关领域的技术进步与技术创新。

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三电平直流变换器的交错式PWM方法

刘威,吕征宇

电源学报. 2018, 16(2): 11-17. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.11

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三电平结构可将开关管的电压应力箝位于输入电压的一半，因此在高输入电压场合得到了广泛应用。为保证三电平变换器的正常运行，输入分压电容和隔直电容上的电压必须基本平衡，而实际电路中驱动电路延时不一致等问题可能导致电压失衡。本文提出了一种具有更强均压能力的脉冲宽度调制PWM（pulse width modulation）方法，该方法通过交错使用两种传统的PWM方法实现。交错式PWM方法将隔直电容电压与输入分压电容电压解耦，同时保证前者一直维持在理想值附近，大大简化了采样电路和均压策略，因此只需要调节驱动信号间的相位差便可以实现电压平衡。实验结果验证了所提调制方法和均压策略的有效性。

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风电变流器改进型断续脉宽调制策略

耿毓廷,李姗,李武华,何湘宁,曹丰文

电源学报. 2018, 16(2): 18-24. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.18

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大功率风力发电变流器中，存在开关损耗和电流总谐波失真THD（total harmonic distortion）难以均衡的矛盾。如何优化调制方式，以提高系统效率，减小电流谐波，是大功率风电变流系统的核心技术之一。针对风电变流器宽频率、宽电压运行范围的特点，分析直驱风电变流器采用断续脉宽调制策略下的损耗和谐波性能，发现不同工况下主要关注指标不同，轻载时电能质量恶劣、开关损耗低，而重载时开关损耗严重、电能质量好；但是常用调制方式很难兼顾。为解决该问题，提出一种适用于永磁同步机直驱风电变流器的新型断续脉宽调制策略，该调制策略对开关损耗和THD的优化特性随变流器工作范围变化，实现不同工况下主要关注指标的优化。最后通过实验平台验证了该方案在重载时减小开关损耗，在轻载时降低电流谐波的有效性。

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快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法

谢志为,陈燕东,欧阳红林,周乐明,伍文华,欧素妤,张兵,罗安

电源学报. 2018, 16(2): 25-31. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.25

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提出了一种快速响应的多电平双向电源及高精度电压控制方法，通过负载电流的中高频分量前馈，有效提高了系统的动态响应速度，并降低冲击性负荷下电源输出电压的剧烈扰动，增强了多电平电源的抗扰性能；同时针对电压环提出准比例谐振QPR（quasi-proportional resonance）+重复控制的控制方式，实现了输出电压在基频和主要次谐波频率处的无静差控制，从而提高了多电平电源输出电压的控制精度。所提控制方法能够有效提高系统的动态响应性能及其输出电压的控制精度，增强系统稳定性，可用于解决海岛国防设施和民用设备可靠供电的难题。

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基于参数扰动的混沌控制方案在Buck-Boost变换器中的应用研究

杨昌烨,陈艳峰,张波,丘东元,陈曦

电源学报. 2018, 16(2): 32-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.32

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分布式直流微电网中，直流母线与大电网的接口变换器通常选择具有升、降压功能的DC-DC变换器，如Buck-Boost变换器，来提升或降低光伏阵列或其他储能单元的输出电压，使之与直流母线电压匹配。Buck-Boost变换器作为一个强非线性系统，在输入电压、参考电流等电路参数变化时容易产生分叉、混沌等非预期情况，使变换器性能变差甚至不能正常运行。基于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的频闪映射模型，分析了变换器的非线性动力学现象。基于参数扰动的混沌控制原理，设计了一种适用于峰值电流控制型Buck-Boost变换器的混沌控制方法，该方法可使进入混沌状态的变换器重新回到周期态，并使变换器的稳态性能、输出纹波等得到显著改善。

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基于重复控制的微电网逆变器控制策略

孙龙庭,张旸,陈新

电源学报. 2018, 16(2): 38-44,94. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.38

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微电网逆变器有两种工作模式：当电网正常时，微电网逆变器工作于并网模式；当电网发生故障时，微电网逆变器能工作于孤岛模式提供电压支撑。为了微电网逆变器能够在两种工作模式之间平滑切换，提出了针对控制环路切换和相位锁定的优化方法。考虑到微电网逆变器在并网模式下的供能质量会受到电网电压背景谐波的影响。因此，引入了一种与传统重复控制相比具有6倍响应速度的T/6重复控制方法抑制谐波电流。最后通过实验样机验证了所提控制策略的有效性。

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基于V2G的双向AC/DC变换器控制技术及电流畸变问题的研究

荆磊,张俊峰,邱茂航,刘波,陈敏

电源学报. 2018, 16(2): 45-50. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.45

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随着智能电网和电动汽车技术的发展，V2G（vehicle-to-grid）概念受到越来越多的关注，其核心思想在于电动汽车和电网的双向互动，通过调度实现电动汽车的有序充放电，缓和新能源发电接入电网带来的波动，优化电网运行。双向变换器是实现V2G技术的核心装置，其不仅需要实现能量的双向流动，还要能够控制输入输出的电能质量，这便对变换器的控制提出了更高的要求。针对双向变换器的关键控制技术进行了分析、比较，选取了单极性PWM调制和平均电流控制作为本文所提双向变换器的控制策略；同时就单极性调制下电流过零点畸变的问题进行了理论分析，并且提出了一种改进的过零点控制策略。最后通过一个3 kW的双向AC/DC变换器实验平台证实了所提方法的有效性和可行性。

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注入式有源谐波电阻谐振抑制方法

聂程,王跃,雷万钧,李甜,许嘉沄

电源学报. 2018, 16(2): 51-58. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.51

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微电网的电压等级逐步向中压发展。为了补偿微网中大量无功功率的传输，在中压配电网中一般加设无功补偿电容。无功补偿电容有可能导致电网谐波电流放大，严重的谐振问题会危及配电网的安全。首先，利用谐振模态分析法对中压配网的谐振进行分析；然后，基于注入式结构的有源谐波电阻AHR（active harmonic resistance），建立电压控制电流源方式下有源谐波电阻的阻抗模型，分析其对谐振阻尼的作用。仿真和实验结果证明了所提出的谐振分析与抑制方法对谐振有明确的预测与阻尼作用，可以有效保障系统的正常运行。

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基于自适应下垂控制的柔性能源变换器

华磊杰,江峰,赵斌,陆翌,陈敏

电源学报. 2018, 16(2): 59-68. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.59

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采用传统下垂法控制的柔性能源变换器能够实现并离网的无缝切换，但是由于缺乏惯性导致其在输出指令突变时系统容易产生频率突变从而影响系统的稳定性。对基于下垂控制的柔性能源变换器加入低通滤波器使频率平滑转变，等效达到了同步发电机的惯性效果。低通滤波器的截止频率越低则模拟的惯性效果越大，但也使逆变器调节速度越慢，从而产生能量过冲以及导致调整时间过长。为使柔性分布式能源变换器不仅具有抑制输出功率指令突变时所需要的惯性，而且能够减小惯性导致的功率过冲，并更快地达到稳定状态，充分利用逆变器灵活的参数调节能力，提出了根据逆变器输出情况对低通滤波器时间常数T进行自适应变化的自适应下垂控制。同时将该方法用于并网前同步，使并网前同步既具有惯性又能够快速完成同步过程。最后对柔性能源变换器输出功率指令突变时的自适应下垂控制进行了暂态能量的推导，从理论上分析了所提方法的有效性和可行性，并通过仿真和实验进行了验证。

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不平衡及谐波电网下基于多模块复数滤波器的电网阻抗检测方法

杨莹,张兴,李明

电源学报. 2018, 16(2): 69-75. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.69

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为保证电网不平衡及电网背景谐波情况下快速获取准确的电网阻抗信息，提出了一种基于多模块复数滤波器MCCF（multiple complex coefficient filters）和非特征次谐波注入的电网阻抗检测方法。所提电网阻抗检测方法使用MCCF实现对公共耦合点电压非特征次谐波分量和电流非特征次谐波分量的准确提取，从而计算得出电网阻抗的阻性分量和感性分量。研究了在电网不平衡及电网背景谐波情况下MCCF提取非特征次谐波的基本原理及设计方法，并从提取精度和动态性能等方面对MCCF的参数进行了优化设计，最后仿真验证了所提电网阻抗检测方法的可行性和有效性。

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光储直流微网能量协调控制方法

谭文娟,陈燕东,杨苓,周小平,周乐明,唐杰

电源学报. 2018, 16(2): 76-85. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.76

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直流微网中分布式电源出力的随机波动性，不仅会引起直流母线电压大范围波动，还会影响系统的稳定运行。对此，提出了一种光储直流微网能量协调控制方法，实现了因系统功率供需不平衡引起的母线电压波动的快速平抑。该方法优先利用新能源为负荷供电，通过设定并网变换器和储能模块的工作阈值以协调管理各模块间的能量流动，避免直流母线电压小范围波动引起电力电子器件频繁动作，实现能量的最优利用。在并网状态下，直流微网通过并网变换器与大电网进行能量交换；在离网状态下，光伏模块与混合储能模块协调配合给本地负载供电。其中，考虑混合储能模块的充放电裕量，结合超级电容功率密度大和锂电池能量密度高的特点，混合储能模块让超级电容先工作来平衡系统瞬时功率，提高系统的动态响应特性，减少锂电池动作次数，延长使用寿命。锂电池工作后，可以配合超级电容调整直流母线电压，防止超级电容达到饱和的速度过快。仿真验证了所提方法的有效性。

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基于比例积分谐振的微网逆变器电压均衡控制策略研究

张梦帆,傅明月,陈新

电源学报. 2018, 16(2): 86-94. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.86

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对于工作在离网模式下的微网逆变器，在可能会出现的负载不对称或者单相负载运行场合，采用传统的电压电流双闭环控制方法会导致输出电压严重不平衡，从而危害供电设备以及整个系统。基于分裂电容式的三相四线逆变器系统，针对逆变器在离网模式下带不平衡负载运行的问题，建立相关数学模型分析抑制不平衡问题，分析传统比例积分控制的缺陷，并在此基础上采用正负序分离独立控制和比例积分准谐振控制策略。同时针对微电网运行状态平滑切换的要求，给出一种基于间接电流控制策略的平滑切换控制策略。仿真结果证明该控制策略的正确性。最后在微电网逆变器实验平台上通过实验验证了该方案的实用性和可行性。

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应用于智能配电网的子模块混联MMC-HVDC系统配置及启动策略

苏欣,王玥娇,施雨,张浩,程艳,滕玮,王士柏,刘博,王俏俏,张海龙

电源学报. 2018, 16(2): 95-103. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.95

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为了提供更优的具备直流故障穿越能力的柔性直流输电系统方案，在多种子模块混联的模块化多电平换流器系统基础上，提出了一种新型子模块混联MMC-HVDC系统配置方法及与其匹配的启动策略。该系统配置方法主要包括系统子模块数目配置方法及子模块内部参数配置方法两部分。子模块数目配置方法能使换流器在具备直流故障穿越能力、提升系统容量等优势的同时，尽量节约经济成本及减小系统损耗；而子模块内部参数配置方法则主要为了限制穿越过程中全桥子模块电压变化量，保证故障穿越能够正常进行。由于不同子模块选用了不同电容，传统MMC-HVDC系统的启动策略不再适用，因此提出了与配置方法相匹配的启动策略。最后基于Matlab/Simulink搭建了MMC-HVDC双端系统仿真模型，验证了所提出的新型系统配置方法及其启动策略的可行性和有效性。

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一种新型无电解电容Buck-Boost正反激LED驱动电路的研究

曾怡达,朱仁伟,唐丽,李宝

电源学报. 2018, 16(2): 104-109,130. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.104

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提出了一种无电解电容Buck-Boost正反激LED驱动电路，该电路继承了传统驱动电路中将漏感能量回馈至输入端的优点。由于传统拓扑在无电解电容并增大输出功率的条件下存在输出电压纹波较大的缺点，在研究现有LED照明驱动的基础上，将正反激电路成功应用于传统驱动电路中的DC/DC级。变压器原边和副边均有电容作为中间级储能元件，变压器工作在正反激模态，提高了变压器的功率密度，同时变压器副边存在续流电感，大幅度降低了输出电压纹波率。详细分析了变换器稳态工作特性；最后，研制一台30 W的实验样机，测试结果表明了该设计的合理性和可行性。

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VIENNA整流器的设计与优化

刘源,梅烨,曹丰文,李武华,何湘宁

电源学报. 2018, 16(2): 110-118. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.110

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三相AC/DC整流器作为许多电力电子设备中不可或缺的电气环节得到了广泛的应用。相比于传统的二极管整流器及相控整流器，VIENNA整流器具有网侧谐波含量低、功率因数高的优点。同时，VIENNA整流器比普通桥式PWM整流器具有更少的功率开关数量，进一步提高了系统功率密度。在简要介绍VIENNA整流器原理的基础上，结合3 kW系统进行了相应的工程设计，主要包括储能元件设计、滤波环节设计和控制环路设计。此外，针对电网电压畸变带来的输入电流谐波问题，采用了一种结合VIENNA整流器控制环路的指定次谐波优化方法，并针对其中LCL滤波器带来的谐振问题，从工程设计的角度进行了相应的优化。3 kW工程样机的实验结果进一步验证了设计方法以及所采用的优化方法的有效性。

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一种新型开关电感、开关电容的高增益Boost变换器

马智文,曾怡达,杨辉金

电源学报. 2018, 16(2): 119-123,177. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.119

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为提高DC-DC工作增益，提出一种基于开关电感/电容的新型高增益Boost变换器。该新型变换器综合了开关电感和开关电容的优点，降低功率元件的电压应力，实现对导通电阻较小的功率元件的选择，减小功率元件的导通损耗，使得变换器能应用于增益较大、元器件电压应力较小的场合。基于开关电感/电容的新型高增益Boost变换器的工作原理进行理论分析，并设计制造了一台原理样机。通过和实验验证了理论分析的正确性。

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寄生电容对LLC谐振变换器的影响分析

俞珊,徐志望,董纪清

电源学报. 2018, 16(2): 124-130. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.124

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在进行LLC变换器的设计过程中，极易忽略寄生电容对变换器的影响。从寄生电容的产生机理出发，分析了寄生电容对LLC变换器工作原理特性的影响。寄生电容的存在不仅影响原边开关管的软开关过程，而且会使输出电压增益在轻载或空载下出现失真现象。在优化死区时间的基础上，综合比较已知增益失真解决方案，提出一种新颖的双滞环自适应Burst数字控制方案，在稳定变换器输出电压的同时，提升轻载下的变换效率。最后，通过样机实验验证了所提控制方案的正确性与合理性。

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基于三阶广义积分器的谐波检测算法

武健,张彩红,王蕊,漆岳,尤燕飞,徐殿国

电源学报. 2018, 16(2): 131-136. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.131

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分布式电源的快速发展使并网逆变器、有源阻尼器等主动型电能变换器得到广泛应用，这就要求在畸变电网下谐波检测应具有一定的精度。针对现有的谐波检测算法在存在直流偏置的畸变电网下不能保证输出精度的问题，提出了基于三阶广义积分的谐波检测算法。利用三阶广义积分的输出特性，消除直流偏置对频率自适应环节的影响，实现角频率的稳定输出，提高了基波和各次谐波的检测精度。最后在Matlab中进行了仿真研究，仿真结果证明了该算法在存在直流偏置的畸变电网下进行谐波检测的有效性。

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改进的并网逆变器模型预测控制方法

张子成,陈阿莲,邢相洋

电源学报. 2018, 16(2): 137-143. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.137

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三相并网逆变器因具有高效率、高功率以及低成本等优点而备受关注，模型预测控制鲁棒性强、动态响应快，因此被广泛应用于并网逆变器的控制中。但传统预测控制存在开关状态切换不规律的缺点，将降低电流跟踪精度，产生输出脉动和电磁噪声。针对上述缺点，提出了一种基于开关状态选择和矢量作用时间的改进预测控制方法，将矢量作用时间作为一个维度参与控制，使电流的跟踪精度得到改善，并减少逆变器输出电流畸变和电磁噪声。仿真和实验结果验证了算法的可行性与有效性。

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基于分数阶重复PI控制的并网逆变器设计

邹叶,陈嵘,沈正斌,李鹏,郭有贵

电源学报. 2018, 16(2): 144-150. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.144

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针对三相LCL型并网逆变器并网电流中存在周期性谐波以及滤波电路产生谐振尖峰的问题，提出一种基于分数阶相位超前法的重复PI复合控制方案。采用分数阶相位超前设计，克服整数阶相位超前法相位校正精确度不高的问题，保证系统的稳态输出特性；将LCL滤波器中电容并联的电阻进行等效，替代重复控制补偿器中的低通滤波器，简化重复控制器的参数设计；在重复控制器中叠加PI控制，克服了重复控制器动态响应差的问题。通过仿真分析和实验验证，结果表明该方法提高了系统的稳态性能和动态响应速度。

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电网对称故障下无刷双馈电机低压穿越分析

于洋,侯晓鑫

电源学报. 2018, 16(2): 151-158. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.151

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通过控制电机转子磁场定向得到同步坐标系下的仿射非线性状态空间模型，针对无刷双馈发电机组机侧控制器应用反馈线性化解耦控制方法。在电网电压三相对称跌落下，分析控制电机定子电流和控制电机定子反电动势的暂态响应。推导得出BDFM稳定运行时，控制电机转子磁链与功率电机定子电压满足线性比例关系，在低压穿越模式下来改善系统控制性能和稳定性，提高机组低压穿越能力。仿真结果证明了理论分析的正确性和有效性。

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基于支路交换和声搜索算法的配网重构

荣德生,胡举爽,韩淑敏

电源学报. 2018, 16(2): 159-164. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.159

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采用标准和声搜索算法HSA（harmony search algorithm）进行配网重构时，在搜索最优方案的过程中容易陷入局部最优，且搜索结果受初始参数值的影响。为此，引入结合启发式规则的支路交换法对新和声进行局部搜索，生成第2个新和声，增加了和声记忆库的多样性，使得算法能够逃离局部最优，进而提高了算法的全局搜索能力；采用基于环路分解的编码方式对和声编码，保证初始解集中每个和声都是可行解。采用IEEE 33节点系统进行算例分析，与标准和声搜索算法、遗传算法进行对比分析，结果表明该算法的收敛更迅速，可以快速逃离局部寻优，且寻优性能不受初始参数的影响，验证了改进算法满足可实现性较高的寻优性能。

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发电机外部故障切除后励磁调节器动态特性仿真研究

段俊东,陈家林,谢芸卉

电源学报. 2018, 16(2): 165-170. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.165

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励磁调节器改善了发电机的调压特性，但对其引入电流测量值后的分析存在不足。为了研究电流测量值对励磁调节器调整特性的影响，分别建立了发电机单机运行和并网运行两种仿真模型，得到了两种运行状态下励磁调节器的调整特性，并利用戴维南等效电路对励磁调节器中的电流进行分析。仿真分析结果表明，励磁调节器在发电机单机运行和并网运行故障切除后的调整特性不同，且引入的电流测量值是由发电机电势与系统电势矢量差振荡产生，是呈低频振荡特性的交流电流；仿真进一步表明，加装自动励磁调节器后会在一定程度上加剧发电机与系统间的低频振荡。

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铅酸电池机理模型的简化求解

吕超,葛腾飞,丛巍,于洪海,赖庆智

电源学报. 2018, 16(2): 171-177. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.171

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为了更加准确便捷地估计铅酸电池的充放电性能和健康状态，提出了一种简化的机理模型。首先，基于经典的铅酸电池机理模型，对电极动力学过程、开路电势和固相电势平衡过程进行了近似处理；然后，针对简化模型的控制方程，采用伽辽金法进行求解，选取余弦函数作为试函数。最后，针对不同工况进行仿真验证，实验结果证明该模型具有很高的仿真精度。简化模型的提出使得铅酸电池机理模型兼顾了精确度和复杂程度，为机理模型用于电池端电压行为的在线仿真和健康状态的评估提供了一定的理论基础。

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基于双轴各向异性磁阻传感器电流测量系统的研究

尹栋,张秀峰,Kian Hoong KWAN,王谷城

电源学报. 2018, 16(2): 178-184. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.2.178

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根据各向异性磁阻传感器（AMR）测量导线产生磁场强度的原理，利用两个双轴各向异性磁阻传感器建立虚拟等腰直角三角形结构的理论模型，并提出计算虚拟等腰直角三角形中任意位置的定位算法，实现对电流的非接触式测量。建立传感器单元和测试平台，设计Kaiser窗函数和卡尔曼滤波器处理外部磁场的影响。最后通过实验验证了提出结构、定位算法和信号处理的正确性。

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2018年, 第16卷, 第2期　刊出日期：2018-03-30

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