2018年, 第16卷, 第4期　刊出日期：2018-07-30

  

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新颖开关电源
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  储能关键技术及应用专辑特邀主编述评

  蔡旭,文劲宇,方家琨

  电源学报. 2018, 16(4): 1-02. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.1

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  针对目前储能技术及应用研究中的热点问题，《电源学报》特别推出“储能关键技术及应用”专辑，以期推进储能应用及储能研究中技术难点和热点问题的讨论。此专辑共录用11篇稿件，比较系统地反映了当前储能研究领域的热点问题。
储能控制及系统
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  基于虚拟负电阻的航空静止变流器并联控制策略

  李昱泽,裴雪军,王涵宇,陈志,康勇

  电源学报. 2018, 16(4): 14-20. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.14

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  在航空微电网系统中，通常需要航空静止变流器提供稳定的电压和频率。为了提高微电网的容量，通常采用多台变流器并联运行，但并联变流器的输出阻抗以及线路阻抗的差异会导致系统功率分配不均问题。在负载不对称的情形下，微网系统的线路阻抗会增加公共点电压的不对称度，影响微网的供电质量。为解决上述问题，采用有互联线的分散逻辑控制策略对系统功率进行均分，并加入了虚拟负电阻策略，降低了当不对称负载出现时并联系统三相电压的不对称度。最后通过实验平台验证了策略的正确性。
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  具有储能功能的链式STATCOM研究

  刘畅,蔡旭,陈强

  电源学报. 2018, 16(4): 21-27. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.21

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  针对具有储能功能的无功补偿器BS-STATCOM（STATCOM with battery energy storge system），讨论了其拓扑演化过程与系统集成特点，研究了其有功无功耦合问题，并分析了采用类STATCOM控制策略存在的问题。提出一种基于bangbang原理的新型控制策略，并对比分析，结果表明所提出的基于bangbang原理的新型控制策略能够有效地改善功率控制性能，扩大有功输出的范围。基于MATALB/Simulink构建了2 Mvar的BS-STATCOM仿真分析平台，分别对两种控制策略进行了仿真分析，验证了理论分析的正确性。
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  基于混合储能系统的风电跟踪目标出力优化控制

  谢志佳,李建林,程伟,刘昭亮

  电源学报. 2018, 16(4): 28-34. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.28

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  风电固有的随机性、波动性和间歇性使其难以跟踪调度计划运行。引入储能系统可以改善风电场的可调度性，但单一类型的储能系统不具备应用的经济性，为此，提出了一种混合储能系统提升风电跟踪目标出力能力的优化控制策略。该优化控制策略可分为混合储能系统的内部能量协调控制和多目标优化控制两部分，在不同储能系统的荷电状态下SOC（state of charge）采用适合的控制方法，实现了优化跟踪控制。其中，多目标优化模型一方面考虑了延长电池寿命，另一方面充分利用了超级电容器的特性，采用NSGA-Ⅱ法求解，实现了合理地对分配电池和超级电容器的功率目的，并在Matlab平台上进行仿真，结果验证了该控制策略的有效性。
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  基于功频下垂控制的并网型储能系统惯量与阻尼特性分析

  修连成,刘娣,康志亮,宋汉梁,林健

  电源学报. 2018, 16(4): 35-42,86. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.35

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  基于功频下垂控制的并网型储能系统可有效解决分布式电源大规模接入导致的电网频率稳定性降低的问题，同时等效提高电力系统的惯量水平与阻尼能力。以基于功频下垂控制的并网型储能系统为研究对象，通过建立其直流电压时间尺度的动态模型，利用静止同步发电机模型分析了影响储能系统惯性水平、阻尼效应和同步能力的主要参数及其影响规律。研究结果表明：下垂控制环节和功率控制环节是储能系统惯性效应与阻尼效应的主要来源，通过下垂系数和功率环PI参数的优化设计即可等效改变系统的惯性/阻尼特性。仿真实验的结果证明了研究结论的正确性，研究结论将有益于设计有效的储能系统控制策略，以辅助提升电网的惯性水平和阻尼能力，增强分布式发电系统及其接入电网的稳定运行能力。
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  基于直流储能的15电平混合级联变换器调制策略比较

  周思璇

  电源学报. 2018, 16(4): 43-51. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.43

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  多电平级联变换器由H桥子模块串联而成。将3个H桥子模块级联而成的传统级联7电平变换器的直流储能供电电压之比从1：1：1改为4：2：1，可得到一种改进版基于直流储能的15电平混合级联变换器。针对此调制策略进行研究，提出了一种新的适用于由直流储能装置供电的多电平变换器开关角度的算法。基于Saber仿真软件，分别应用阶梯波调制、PWM以及部分PWM 3种不同的调制策略进行验证和比较。最终，基于不加任何滤波器的输出电压总谐波失真、低次谐波分量以及该变换器开关损耗方面的仿真结果进行了对比，并对相应的调制策略进行了探讨。
其他
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  基于含储热的热电联产与抽水蓄能的风电消纳协调控制策略

  董开松,李守东,马喜平,沈渭程,董海鹰,张蕊萍

  电源学报. 2018, 16(4): 52-61. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.52

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  在研究电热负荷与不同时间尺度风功率波动特性的基础上，分析了含储热的热电联产与抽水蓄能协调运行对风电消纳的影响，并提出了基于含储热的热电联产与抽水蓄能的两级协调控制策略。一级协调控制以系统运行成本最小和风电消纳电量最大为目标，根据电热负荷和风电预测出力，通过含储热的热电联产与抽水蓄能在调节容量上的优化配置，提高系统运行经济性和风电消纳率；二级协调控制针对风电出力的实时波动，根据风电计划上网偏差，通过含储热的热电联产与抽水蓄能的协调控制，平抑风电实时波动。以6节点系统为例，验证了所提协调控制策略的有效性，结果表明含储热的热电联产与抽水蓄能的两级协调运行可以有效降低系统运行成本，提高风电消纳水平，保证大规模风电接入情况下电网安全稳定运行。
储能控制及系统
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  计及微电网并离网两种工况的储能容量优化配置

  田星星,李征,李利明

  电源学报. 2018, 16(4): 62-70. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.62

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  对于并网型微电网的容量配置需同时考虑并离网状态。离网工作时，单靠储能满足微电网长时间内的能量平衡，往往配置容量较大且经济性欠佳。针对离网状态，提出了一种考虑充放电倍率特性的储能与柴油发电机协同配置方案，同时计及了电池的寿命模型。分别给出离网时考虑切负荷率的每个时段储能、柴油机联合出力模型，以及并网时考虑削峰填谷每个时段储能、联络线联合出力模型。以切负荷率和切负荷期望为指标参数，经济性和电网依赖度为优化目标，采用磷酸铁锂电池进行容量配置。最后，采用实际工厂数据进行仿真计算，验证了方法的合理性。
电动汽车与电力机车
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  基于加权Voronoi图和自适应PSO算法的电动汽车充换电站联合规划

  董彦君,闫志杰,马喜平,刘丽娟,张蕊萍,董海鹰

  电源学报. 2018, 16(4): 71-79. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.71

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  充、换电站是为电动汽车提供电能补给的基础设施，合理规划充、换电站对推动电动汽车普及具有重要意义。首先，预测规划区域电动汽车保有量，根据保有量及各类型电动汽车行驶特性数据，得到电动汽车总换电需求和各路网节点换电需求；其次，以充、换电站建设运维成本、用户损耗成本和电池配送成本之和最小为目标，建立了充、换电站联合规划模型；最后，采用加权Voronoi图与自适应粒子群算法对模型进行求解。算例结果表明，在综合考虑电动汽车用户和充、换电站运营商的利益下，所提方法既能满足用户电能补给需求，又能使充、换电站年均综合成本达到最优。
储能控制及系统
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  集装箱式储能系统用梯次利用锂电池组的一致性管理研究

  朱运征,李志强,王浩,高翔,郑益,屈园,徐剑虹,谢建江

  电源学报. 2018, 16(4): 80-86. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.80

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  在介绍梯次利用电池在储能应用所面临的战略机遇的基础上，针对影响梯次利用电池应用过程中最关键的一致性问题进行了深入研究：根据梯次利用电池的一致性特点，采用独特共用母线的主动均衡设计实现任意2个电池间能量的转移，提出了基于电源总线平衡的多因素综合评价分析均衡策略，以此改善梯次利用电池组的能量利用率低、一致性差等问题，可延长了电池组的使用寿命，具有均衡效果明显、应用范围广等特点；并设计了一套标准集装箱式梯次利用电池储能系统集成方案，为动力电池退役后规模化应用于储能系统提供了重要参考。
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  灵活电源的协调运行策略与配电网潮流计算

  黎静华,梁浚杰

  电源学报. 2018, 16(4): 87-98. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.87

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  协调确定储能与灵活电源的出力，提高可再生能源的接纳能力，从而获得较高质量的潮流分布方案，是含可再生能源、储能、灵活调节电源配电网规划和运行的基础性工作。针对此提出了一种协调储能、灵活电源出力的实用策略。该策略计算简单、使用方便，在获得收敛的潮流方案的同时，有效提升了配电网对可再生能源的接纳能力。首先给出了所研究配网系统的拓扑结构，针对该结构建立了配电网潮流计算的数学模型，并基于模型分析了以可再生能源电源为主的配电网潮流计算的特点以及存在问题；随后，分别针对潮流模型解算之前以及当出现潮流越限之后两个阶段，提出了协调确定储能与其他灵活机组出力的实用策略，并给出了基于前推回代法解算配网潮流的详细过程；最后，采用改造后的IEEE33节点配网系统作为算例，对所提方法的有效性进行了验证。本研究工作可为以光伏、风电为主的配电网制定潮流分布方案提供一种实用可行的策略。
LED驱动电源
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  一种单级串联型N路输出电流独立控制LED驱动电源

  黄健,罗全明,何青青,周雒维

  电源学报. 2018, 16(4): 99-106. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.99

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  在多彩LED环境照明、LED投影等应用场合，多路输出电流需要实现独立控制。针对此应用目标，提出一种单级串联型N路输出电流独立控制的LED驱动电源，单级结构保证自动实现功率因数校正功能，N-1个由开关管、二极管和输出滤波电容组成的有源输出单元AOU（active output unit）和1个仅由二极管和输出滤波电容组成的无源输出单元POU（passive output unit）串联构成串联型N路输出结构，通过对N路输出电流采样并进行闭环控制，保证各开关管工作占空比不同，即可实现N路输出电流独立控制。以3路输出为例，详细分析了驱动电源的工作原理及其闭环系统控制方法，并搭建了1台总输出功率为120 W的实验样机，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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  三相无变压器型H7光伏逆变器漏电流分析抑制

  张志文,周滔,刘军,范威

  电源学报. 2018, 16(4): 107-112. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.107

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  对于无变压器非隔离型光伏逆变器，其漏电流的大小与逆变器的调制策略有关。以三相无变压器非隔离型H7光伏逆变器为研究对象，针对传统正弦脉宽调制SPWM（sinusoidal pulse width modulation）直流电压利用率低的问题，采用线电压PWM控制的方法。通过开关之间的逻辑关系，提出一种改进型的线电压PWM控制方法，研究了H7光伏逆变器在SPWM、线电压PWM和改进型线电压PWM 3种控制方式下的漏电流及输出电压波形。最后，通过MATLAB仿真研究，验证了所提控制方法的正确性和可行性。
电源的数字控制
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  非对称半桥LLC谐振变换器同步整流数字设计

  洪良,杜建华,王均,马皓

  电源学报. 2018, 16(4): 113-119. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.113

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  主要针对非对称半桥LLC谐振型变换器同步整流技术的数字化控制进行设计。由于工程应用中要求原边电流进行软件保护，因此在不增加额外电流互感器且满足工程需求的情况下，提出基于原边谐振电流和输出电压控制副边同步整流管导通时间的控制策略，有利于效率的提升，并给出了详细的时域分析。最后搭建了基于FPGA的300 W实验样机，实验结果表明，样机整机效率达到了92.1%。
软开关技术
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  三相四线制软开关SiC逆变器软开关工况分析

  朱应峰,何宁,胡长生,徐德鸿

  电源学报. 2018, 16(4): 120-125,142. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.120

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  逆变电源的开关频率上限受到功率器件的动态损耗限制，导致较大的输出滤波元件的体积。零电压开关正弦脉宽调制（ZVS-SPWM）三相四线制逆变器电路只需引入1个辅助开关和2个较小的无源元件，就可以实现电路中所有开关器件的零电压开关。重点分析了SiC MOSFET寄生电容对零电压开关实现的影响，并在此基础上探讨了等效寄生电容值的提取方法，修正了零电压开关条件和功率器件电流、电压应力的计算值。最后在10 kW SiC MOSFET三相四线制零电压开关逆变器实验平台进行了验证。
多电平、新颖PWM控制
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  基于单相H桥级联变换器的高斯模糊算法电压平滑调制策略

  韩鹏程,何晓琼

  电源学报. 2018, 16(4): 126-132. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.126

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  为了在提高H桥级联整流器的均压能力的同时保持各个模块开关状态平滑变换，提出了一种基于高斯模糊算法的电压平滑调制策略。通过对H桥级联整流器工作状态的分析以及对负载不均衡状态下级联整流器均压原理的分析，对基于高斯模糊算法的电压平滑调制策略的原理进行了推导。最后搭建了4模块（9级）级联H桥整流器实验平台，并通过实验验证了所提调制策略的正确性。
逆变器与UPS
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  三相电压型准Z源逆变器电路拓扑和调制策略

  屈艾文,许俊阳,陈道炼

  电源学报. 2018, 16(4): 133-142. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.133

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  准Z源逆变器具有宽范围升压能力，适用于光伏风力等可再生能源发电。从拓扑和调制策略两方面详述了三相电压型准Z源逆变器的发展与现状，并获得了重要结论。其电路拓扑包括基本型、强升压能力改进型、低电压应力改进型和能量存储型4类，其中强升压能力改进型又分为单阻抗网络和级联阻抗网络2类，给出了电压应力、升压能力等特性比较；低电压应力改进型包括三相三电平中点钳位、级联多电平和级联Trans等。调制策略有正弦脉宽调制SPWM（sinusoidal pulse width modulation）、改进空间矢量脉宽调制SVPWM（space vector pulse width modulation）和消除共模漏电流改进脉宽调制PWM（pulse width modulation）3类，给出了调制系数、电压应力特性比较。
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  并网逆变器系统的谐振抑制研究综述

  黄亚申,汪海宁,马志保,杜燕

  电源学报. 2018, 16(4): 143-156. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.143

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  总结了并网逆变器系统谐振抑制方法的国内外研究现状。分别针对单机型和多机型两个类型进行综述。建立了并网逆变器系统等效模型，并据此分析了单机和多机并网系统的谐振机理；分析了各无源阻尼方法的阻尼特性、滤波特性以及损耗特性，指出了影响单电流闭环控制系统稳定性的因素，从系统降阶、串联滤波器以及状态反馈3种不同的谐振抑制思想总结了现有有源阻尼方法，并从系统性能方面分析了各有源阻尼方法的优点和不足。依据多机并网谐振机理归纳和探讨了谐波源消除法和阻抗重塑法的谐振抑制思路，指出两者均具有全局性的特点，并展望了多机并网系统谐振抑制的进一步研究方向。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  级联H桥APF软启动方式的研究

  汪玉凤,段本涛,冯颖

  电源学报. 2018, 16(4): 157-161. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.157

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  针对级联H桥多电平有源滤波器APF（active power filter）在投入电网启动过程直流侧电容电压上升对级联APF的冲击问题，在不改变级联拓扑结构的前提下，提出一种适用于级联APF的软启动方式。整个软启动过程包括预充电阶段、升压充电阶段和切除充电电阻阶段，可以有效地将级联APF的电容电压充电至设定值，不会对APF造成冲击。级联H桥七电平仿真和实验验证了所提方法的正确性和可行性。
电池及充电技术
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  航空锂离子电池组过放电工作特性研究

  王顺利,胡宜芬

  电源学报. 2018, 16(4): 162-167. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.162

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  航空锂离子电池组工作不同于通常动力锂离子电池组，是长时间搁置、间歇补充电和瞬时大电流放电的工作状态，其过放电工作特性对能量管理和航空安全至关重要。基于反应机理分析和过放电实验研究，通过电池等效模型构建和状态空间描述，实现过放电过程分析，获得极限条件下的电池工作特性。通过使用7串45 Ah航空锂离子电池组进行测试验证该方法的可行性和精度。实验结果表明，在电池组过放电过程中，输出电压存在缓慢变化、快速变化和陡坡变化3个阶段，输出电压跟踪误差低于5%，确定放电截至电压（拐点）为20.14 V；通过宽温度范围工作特性的研究，确立最佳工作温度范围为5~35℃，基于加热片和散热器的方式实现了其最佳温度范围控制。该方法能够实现对过放电特性准确数学描述，有效分析航空锂离子电池组的工作特性，提供工作特征突变关键点监测方法，为航空安全的关键性突破奠定基础。
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  基于最优权阈值ELM算法的锂离子电池RUL预测

  刘柱,姜媛媛,罗慧,周利华

  电源学报. 2018, 16(4): 168-173. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.168

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  针对锂离子电池剩余使用寿命RUL（remaining useful life）预测结果不准确及极限学习机ELM（extre-me learning machine）权阈值随机选取等问题，提出利用ELM模型间接预测锂离子电池RUL的方法，并利用遗传蚂蚁算法GAAA（genetic algorithm ant algorithm）选取ELM的最优权值与阈值，建立基于等压降放电时间间接寿命特征参数的最优GAAA-ELM锂离子电池RUL预测模型。基于NASA锂离子电池数据集预测和评估锂离子电池的RUL，并与BP模型预测方法、ELM模型预测方法和GA-ELM模型预测方法相比较，结果表明该方法能够更准确有效地实现锂离子电池RUL预测。
储能控制及系统
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  混合储能多目标容量优化配置

  李世泽,高素萍,郭朝江

  电源学报. 2018, 16(4): 174-180. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.4.174

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  针对蓄电池和超级电容混合储能系统的容量配置，提出了混合储能系统多目标容量优化配置模型，该模型以经济成本、供电可靠性、能量过剩和供需平衡为目标，以蓄电池的SOC、超级电容的端电压和最大功率为约束，同时考虑能量控制策略的影响，应用改进粒子群优化算法同时对蓄电池和超级电容的容量和功率进行设计，并通过仿真验证了所提多目标容量配置算法的快速收敛性和可靠性。