电源学报

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新型解耦控制的级联型整流器控制策略

郑征,李秋思,乔美英

电源学报. 2018, 16(5): 1-8. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.1

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针对级联H桥整流器自身非线性特性，通过分析单相两级级联H桥整流器拓扑结构，提出了基于级联H桥交流侧合成电压解耦控制的二维调制平衡控制策略。采用新的解耦控制方法和二维调制算法，提高了系统直流侧电压的响应速度和系统的抗干扰能力。搭建了基于MATLAB/Simulink的仿真模型和基于RT-lab的半实物实时仿真实验平台，仿真和实验验证了所提出的控制策略的有效性与可行性。

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基于单周期控制的三相VIENNA整流器中点电压平衡控制策略

许冠军,王聪

电源学报. 2018, 16(5): 9-15. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.9

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三相VIENNA整流器作为三电平Boost型中点箝位NPC（neutral point clamped）结构变换器，其具有所需开关器件少、功率因数高、开关管电压应力小和控制环节简单等特点，具有较高的研究价值。而中点电位波动是NPC结构变换器固有的问题，以单周期控制的三相VIENNA整流器作为研究对象。对其直流母线电压利用率较低和中点电压交流波动的问题进行建模分析，提出了在单周期控制基础上加入中点电压平衡控制环，不仅可以基本消除中点电压波动，而且可以提高直流母线电压利用率。最后通过仿真验证了所提控制策略的正确性。

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三相VIENNA整流器双闭环控制策略及其参数研究

汪鹏,李山,郭强,陈敏,宋立风,李晓

电源学报. 2018, 16(5): 16-24. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.16

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通过对VIENNA整流器基本原理分析，建立了d-q坐标系下的数学模型。由于系统具有强耦合、非线性的特点，利用前馈解耦控制策略实现对d、q轴的解耦控制。一方面，基于频域法对电流内环进行分析，借助MATLAB单输入-单输出SISO（single input-single output）设计工具，合理配置电流内环控制器零点位置与环路增益，实现对网侧电流快速性与稳定性的控制；另一方面，电压外环易受到负载电流影响，通过对外环控制器零点和环路增益优化配置，提高系统鲁棒性。此外，重点分析了在负载电流干扰的情况下影响电压外环控制器稳定性的成因。最后，利用MATLAB/Simulink软件搭建仿真平台，验证了电流内环和电压外环控制器参数设计的正确性与合理性，使VIENNNA整流器双闭环控制系统具有良好的稳定性能和动态性能，并在负载波动的情况下，保持良好的控制效果。

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交错并联双向直流变换器的一种新型相频控制策略

杨玉岗,江威,苗闯,张书淇

电源学报. 2018, 16(5): 25-30. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.25

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为解决多相DC/DC变换器轻载工作效率低的问题，提出了一种用于多相交错并联DC/DC变换器的相频结合的控制方式，该控制方式能够有效提高变换器的中轻载效率。多相交错并联DC/DC变换器采取减少工作相数的方式降低开关管损耗，提高一定负载范围内的效率。在PFM频率控制技术的基础上，通过多频控制技术，提高变换器的轻载效率。而针对更轻负载变换器采取PSM频率控制技术，提高变换器的能量传输效率。相频控制的结合应用能够拓宽变换器的高效运行区间，提高变换器全负载范围内的效率。最后，通过实验验证了理论推导的正确性。

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软开关单相光伏并网逆变器原理及并网实验

陈烨楠,徐德鸿

电源学报. 2018, 16(5): 31-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.31

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为了优化效率及提升功率密度，提出了一种采用MOSFET的软开关单相光伏并网逆变器及零电压调制方法。介绍了软开关单相并网逆变器的工作原理，通过零电压调制方法控制辅助谐振电路，实现MOSFET的零电压开通，并抑制MOSFET体二极管的反向恢复。因此，逆变器等效开关频率为100 kHz，并网滤波电感减小。组建了一个30 kW光伏并网发电系统，对10台3 kW软开关单相光伏并网逆变器进行光伏发电测试，验证理论分析及可靠性。

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希尔排序算法优化偏差控制的MMC电容均压模型

付华,于翔

电源学报. 2018, 16(5): 38-44. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.38

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模块化多电平换流器MMC（modular multilevel converter）子模块均压控制问题一直是高压直流输电系统能否稳定运行的关键。当子模块数目较为庞大时，传统基于排序算法的均压模型会使得电容电压排序计算量加大，占用大量资源，为硬件的设计带来巨大困难。为此，设计了一种希尔排序算法优化偏差控制的MMC电容均压模型。通过对当前与上一个周期中所投入子模块的数量及各子模块电容电压与其平均值的偏差是否超过界限，判断是否再次计算触发脉冲，偏差的大小决定子模块是否投入，利用希尔排序算法对桥臂处于不同状态时满足相应判定条件的子模块进行排序，按照排列后的顺序依次投入，保证了系统的高效可靠运行。在PSCAD/EMTDC上搭建模块化多电平换流器的仿真模型，验证所提出的子模块均压控制模型的正确性。仿真结果验证了该控制模型在低频下能够很好地实现子模块电容电压的均衡控制。

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基于复合重复控制的LCL型三相四开关有源电力滤波器

张帅,郭源博,张晓华

电源学报. 2018, 16(5): 45-52. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.45

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三相四开关有源电力滤波器TF-APF（three-phase four-switch active power filter）作为一种容错拓扑，能够在容错状态下运行，有效抑制谐波电流，其研究对于电力电子功率器件及系统可靠性运行具有重要意义；采用LCL型输出滤波器能进一步提高TF-APF中开关次高频谐波的滤波效果，提高补偿精度。针对LCL三阶系统的谐振峰问题，采用一种电容电流反馈的控制策略，有效抑制谐振峰，提升系统稳定性与可靠性；为提高系统对指令电流跟踪的稳态特性与动态特性，采用一种复合重复控制策略，以实现对TF-APF指令电流的精准、快速跟踪控制。基于Matlab仿真实验，验证了所提基于复合重复控制的LCL型TF-APF系统的可行性与有效性。

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APF直流侧电压控制小信号建模及参数整定

朱茂琨,盘宏斌,阳建

电源学报. 2018, 16(5): 53-58,66. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.53

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直流侧电压控制是并联型有源滤波器APF（active power filter）的关键环节，精确设计控制器参数有助于提高系统性能。在传统直流侧电压控制模型基础上建立了其控制小信号模型，进而提出一种基于小信号模型的PI参数整定方法。采用零极点配置将含有右半平面零点的小信号模型转化为普通的二阶滞后系统，根据劳斯判据和两步整定法详细讨论了PI参数的选取原则，重点分析不同PI参数对系统性能的影响。该方法在实验参数已知的情况下，可以准确计算出PI控制器参数，在保证系统谐波补偿性能的同时具有较小的直流侧电压超调。仿真和样机实验结果都表明了该方法的可行性。

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指定次谐波补偿并联型有源滤波器电流重构限流策略

郑征,田世克,张国澎

电源学报. 2018, 16(5): 59-66. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.59

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针对有源滤波器指定次谐波补偿时负载谐波电流突增导致有源滤波器过流的现象，在并联型有源滤波器传统比例限流的基础上，提出了一种谐波电流重构的限流策略。本策略首先利用滑窗迭代FFT的方法，求出指定次谐波电流的幅值与相位，然后通过指定次谐波电流的叠加重构出被补偿的谐波电流，重构电流与比例系数之积作为新的参考电流参与并联型有源滤波器的控制。此方法可充分利用并联型有源滤波器的补偿能力，实现并联型有源滤波器的准确限流，并能使并联型有源滤波器在超出其补偿容量的系统中安全运行。仿真和试验结果验证了本方法的正确性与有效性。

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恒功率区无零矢量SVM对功率器件结温的改善

汪绪彬,王学梅,张波

电源学报. 2018, 16(5): 67-75. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.67

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电动汽车变流器功率器件的损耗不仅浪费了有限且宝贵的车载能量，而且会造成功率器件过高的结温，严重影响其可靠性。空间矢量调制SVM（space vector modulation）工作在线性调制范围虽然可以保持较低的电压谐波畸变，但高的开关频率会带来高的开关损耗。过调制虽然在一定程度上导致相对较高的谐波，但在提高逆变基波电压的同时还降低了器件的开关次数。为了能兼顾逆变电压谐波与功率器件损耗，基于已有的过调制研究，采用了一种不需要零矢量的过调制点，将该特定调制度点（无零矢量）运用于驱动电机基速以上的弱磁调速区，并推导了其损耗表达式。研究表明，与线性范围内调制对比，该方法能显著降低变流器功率器件的损耗，且谐波也在可接受范围内。

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新型集成式DRV8301驱动BLDCM的控制器设计

邵文权,赵肖雄,吕涛,程远

电源学报. 2018, 16(5): 76-81. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.76

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针对无刷直流电机BLDCM（brushless DC motor）的精确控制和快速动态响应的需求，设计了一种新型集成式DRV8301驱动BLDCM的控制器。在分析PID控制算法的基础上，采用增量型PID算法实现速度闭环调节；采用TMS320F28035型DSP为控制器主控芯片，设计了高集成度的驱动保护电路、三相桥式逆变电路以及转子位置检测电路，简化了硬件电路结构，并完成了控制器的软件设计。实验结果验证了所设计的BLDCM控制器具有良好的控制精度和动态响应性能。

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两相导通型凸极式永磁无刷直流电机DTC中换相区间转矩跌落抑制策略

王祖靖,周扬忠,陈旭东

电源学报. 2018, 16(5): 82-88,103. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.82

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两相导通空间矢量调制型直接转矩控制SVM-DTC（space vector modulation-direct torque control）可以有效抑制永磁无刷直流电机BLDCM（brushless DC motor）非换相期间转矩脉动及换相期间的转矩增长现象，但却不能抑制换相期间的转矩跌落现象。为此，对凸极式BLDCM SVM-DTC方法中换相区间转矩脉动进行了分析，提出一种抑制高速区换相区间转矩跌落新方法。根据转矩跌落的大小，调节关断相功率管的占空比，以达到抑制非换流相电流跌落和抑制转矩脉动的目的。实验结果验证了所提转矩跌落抑制控制策略的有效性。

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PWAM控制的Quasi-Z源电机驱动系统

李艺,梁伟华,郭明珠,葛宝明

电源学报. 2018, 16(5): 89-97. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.89

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针对传统的quasi-Z源电机驱动系统效率低、体积大等缺点，提出了一种新型的脉冲宽度幅值调制PWAM（pulse-width-amplitude-modulation）方法。与其他广泛应用于电机驱动系统中的PWM方法有很大不同，该调制方法中每个调制周期内只有一个桥臂的上下开关管进行PWM的开关动作。因此，整个逆变器的开关动作和开关损耗大大减少，电机驱动系统的效率也随之提高；与传统PWM方法相比，混合调制方法所需的电感、电容明显减小，这使得系统的体积减小，经济性更强。通过建立1 kW的quasi-Z源逆变器仿真模型，其仿真结果验证了基于PWAM的磁场定向控制的永磁同步电机具有良好的运行结果。

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阵列式无线能量传输系统的准静态电磁特性

杨晨,马光同,王志涛,周鹏博,李兴田,麦瑞坤

电源学报. 2018, 16(5): 98-103. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.98

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磁耦合谐振式无线电能传输技术作为一种实现非接触电能传输的新技术，由于其相对于松耦合感应技术具有高传输功率和远传输距离等优势，成为了目前电气工程领域的一大研究热点。针对电动汽车和轨道交通车辆等大功率对象动态无线充电的应用趋势，根据准静态下的麦克斯韦数学方程，利用有限元电磁仿真软件，建立了多发射线圈阵列式磁耦合谐振式无线电能传输系统的三维仿真模型，通过实验测试验证了仿真模型的可靠性。在此基础上，通过有限元分析的方法研究了准静态下不同系统结构时接收端负载电压的稳定性及系统的电磁场分布特征，为电动汽车和轨道交通车辆动态无线充电系统结构的设计提供一定的理论参考。

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基于导抗变换器的ICPT恒流源补偿网络设计

朱旺,周知,王明锦,王龙,于东升

电源学报. 2018, 16(5): 104-111. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.104

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针对感应耦合电能传输系统负载切换时输出电流不稳定问题，提出一种用于恒压输入、恒流输出的二次侧补偿网络。该补偿网络将松耦合变压器及补偿元件等效为导抗变换器，不仅可以实现输出电流与负载无关，而且可以保证系统处于完全谐振状态。依据互感模型，利用二端口理论建立了系统的阻抗模型，推导了输出电流与输入电压关系，给出了整个系统实现输出恒流以及单位功率因数输入的参数配置方法，并分析了主要参数对系统性能的影响。另外，对系统参数进行了优化设计，以便减小装置体积，降低成本。仿真与实验结果证明了理论分析的正确性。

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不同温度的双卡尔曼滤波算法电池组SOC估计

何耀,黄东明,刘新天

电源学报. 2018, 16(5): 112-118. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.112

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动力锂电池组的荷电状态SOC（state of charge）是整个电池管理系统的重要参数，能直接反映电动汽车剩余可行驶里程，因此如何精确地估计电池组的SOC值是至关重要的。由于电池组各单体电池的不一致性，以及电动汽车在行驶过程中的复杂环境，所以在电池组内单体电池负载电压的最小值V_min模型的基础上运用统计学的方法，对模型中的各参数进行有关温度因素的拟合，并通过模拟汽车的实际行驶环境，在不同温度下进行实验，从而得到改进的V_min模型；结合双卡尔曼滤波算法，实现对整个电池组的SOC估计。仿真和实验结果表明该方法对电池组SOC的估计精度有优越性。

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直流与间歇高频谐振脉冲叠加式铅酸蓄电池修复仪

魏芝浩,王春芳

电源学报. 2018, 16(5): 119-123,129. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.119

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为了修复因硫化而报废的铅酸蓄电池，设计了一台输出直流电压与间歇高频谐振电压脉冲叠加式铅酸蓄电池修复仪。给出了修复仪的系统电路结构，介绍了其工作原理；详述了间歇式高频脉冲修复电路的原理，列写了修复电路的状态方程并进行了分析；设计了以PIC16F887单片机为核心的控制系统，介绍了控制器的特点；设计了以线性光耦HCNR201为核心的电压检测电路和电流检测电路及其PWM驱动电路；针对不同体积的硫酸铅晶体所需的能量不同，提出了一种变占空比的控制策略。实验结果表明，所设计的铅酸蓄电池修复仪能够较好地修复因硫化而报废的铅酸蓄电池，满足设计要求。

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基于改进EKF算法的锂离子电池SOC估算方法

张方亮

电源学报. 2018, 16(5): 124-129. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.124

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针对锂离子电池在变电流放电过程中荷电状态SOC（state of charge）估算精度的问题，提出了一种基于改进扩展卡尔曼滤波EKF（extended Kalman filter）算法的新估算方法。首先，通过放电实验和混合脉冲功率特性HPPC（hybrid pulsepower characteristic）实验，分析计算了等效电路模型参数；然后，利用该方法获得了该模型参数与放电倍率和SOC之间的关系，提出了一种估算SOC时在线修正开路电压和欧姆内阻的新原理和方法；最后，通过变电流放电的SOC估算结果，验证了该改进算法的可行性与有效性，从而解决了锂离子电池在复杂工况下估算精度不足的问题。

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非隔离型地铁机车工况模拟能量回馈系统

顾靖达,杨晓峰,郑琼林

电源学报. 2018, 16(5): 130-137. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.130

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提出一种基于升压单元和降压单元级联结构的非隔离型地铁机车工况模拟能量回馈系统，模拟地铁机车负载的典型运行工况与能量回馈过程。在升压单元和降压单元级联结构负电位线的不同位置串入2个二极管，并据此提出相应的占空比控制策略，实现两单元输入输出电流解耦。为验证模拟系统理论的正确性与控制策略的可行性，搭建传统牵引供电系统的数字仿真平台。仿真结果表明，模拟系统能够正确实现地铁机车负载的典型工况与能量回馈过程，因而在城市轨道交通牵引供电系统的相关研究中具有良好的应用前景。

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偏远山区风光水储互补发电系统容量优化配置

张志文,范威,刘军,周滔,石建可

电源学报. 2018, 16(5): 138-146. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.138

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贵州省现有众多小水电仅靠汛期发电，全年不能经济高效运行。针对该问题，结合该省丰富的太阳能资源和风能资源优势，在现有小水电基础上加入风力发电和光伏发电，并配置蓄电池储能部件，构建风光水储互补发电系统。基于HOMER仿真软件研究发电系统在离网模式和并网模式下的最优容量优化配置方案，并探究系统联合发电的成本和经济性。研究结果表明：发展离网型风光水储互补发电系统投资成本高，回收期长，但若以满足偏远山区用电需求为目的，此互补系统仍具有必要性和可行性；发展基于小水电的并网型互补发电系统，由于不需考虑蓄电池其投资成本大大降低，具有较好的经济性。

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大功率分数阶电感的电路实现

卢曰海,丘东元,张波,陈艳峰

电源学报. 2018, 16(5): 147-152,166. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.147

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现有研究结果表明，自然界中的许多物理现象本质上都具有分数阶的特性，如电感实际上是一种分数阶元件，理想的整数阶电感并不存在。目前普遍采用的分数阶电感等效电路均存在功率等级受限、电感阶数和感值不易调节等缺点，为此，利用电压型逆变器，构造了一种大功率分数阶电感电路的等效模型，通过更改逆变器的控制参数，可以实现分数阶电感阶数和感值的灵活调节。此外，该分数阶电感等效电路模型的功率等级取决于逆变器，故可适用于各种不同的应用场合。最后，将提出的大功率分数阶电感等效模型应用到分数阶RL_βC并联谐振电路中，验证了该模型的工作性能。

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数据丢包对DC/DC无线并联均流系统的影响

承良超,葛芦生,陈宗祥,刘雁飞

电源学报. 2018, 16(5): 153-158. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.153

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研究了数据丢包对DC/DC无线并联均流系统的影响。首先建立了离散时间系统下的数据丢包模型；然后建立了基于主从均流法控制的DC/DC无线并联系统，并对该系统稳定条件下数据包丢失的概率范围进行了估算，得出了系统所允许的最大丢包率；最后通过实验验证了不同丢包率对主从模块的影响，并对比了理论计算的最大丢包率与实际实验的效果。

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基于数学形态谱的逆变器功率管开路故障诊断

宋平岗,章伟,陈欢,林家通,周振邦

电源学报. 2018, 16(5): 159-166. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.159

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针对逆变器功率管开路故障，提出一种基于数学形态谱的逆变器开路故障诊断方法。利用逆变器故障状态下的三相输出电流出现波形上缺失、下缺失、上下都缺失以及严重畸变的差异，求取正常电流信号及上述4种故障电流信号的形态谱，提取形态谱中前11个归一化谱值作为特征向量输入ELM神经网络进行区分，并结合简单的三相输出电流故障判别机制，实现故障功率管的准确定位。仿真结果表明，该方法的故障区分率超过96%。最后利用实验数据验证了所提方法的有效性。

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变压器绝缘故障类型的改进型RBF神经网络识别算法

李浩,王福忠,王锐

电源学报. 2018, 16(5): 167-173. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.167

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为精确诊断电力变压器内部潜在绝缘故障类型，通过对变压器内部油过热和油纸绝缘中局部放电等8种潜在绝缘故障发生时所产生的气体成分分析，提出了一种以人工免疫网络与粒子群算法改进径向基函数RBF（radial basis function）神经网络的变压器故障诊断算法。重点介绍了基于RBF神经网络的变压器故障诊断模型的构成原理、基于人工免疫网络算法的故障模型隐层中心确定方法以及基于粒子群算法的网络模型权重寻优方法，并进行了仿真实验。实验结果表明：该算法能有效地识别其绝缘故障类型，且识别精度可达90%以上。

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大气压下同轴圆柱反应器DBD等效电路模型参数预测

王帅,邱祁,刘星亮,胡斯登,何湘宁

电源学报. 2018, 16(5): 174-180. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2018.5.174

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大气压下同轴圆柱反应器介质阻挡放电在气体处理领域应用广泛。反应器等效电路模型是高性能介质阻挡放电电源设计的关键。然而，反应器等效电路模型参数随工作状况而非线性变化，这增加了复杂工况下系统精准设计的难度。针对这一问题，在非线性钳位等效模型的基础上采用遗传算法优化的神经网络对反应器等效模型参数进行预测。以系统的电压幅值、工作频率、气体流速和气体温度作为模型输入，以非线性钳位模型的钳位电压、介质等效电容和气隙等效电容作为模型输出。实验结果表明，在较宽的预测范围内，该方法保持较高的预测精度。利用该方法在全局范围内对反应器介质阻挡放电等效模型参数进行预测，可以为复杂工况下的电源设计提供更准确的反应器等效模型。

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2018年, 第16卷, 第5期　刊出日期：2018-09-30

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