2025年, 第23卷, 第6期　刊出日期：2025-10-30

  

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DC-DC 变换器
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  LLC谐振变换器电荷自抗扰控制策略研究

  陈宗祥, 赵欣雨, 张武林, 刘康, 李松

  电源学报. 2025, 23(6): 1-9. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.1

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  针对LLC谐振变换器在动态需求较高、负载变化频繁的应用场合,难以兼顾动态性能和抗扰动能力的问题,提出1种电荷自抗扰控制策略。该方法是通过采集谐振电容电压对谐振变换器的内环进行电荷控制,并在外环引入自抗扰控制来构成双闭环控制的复合控制策略。通过推导LLC谐振变换器谐振电容电压与谐振电流的关系,利用电荷控制方法设计变换器电压内环的控制器参数,并基于线性化自抗扰控制对电压外环控制器进行设计,进一步提高系统整体的抗干扰能力。设计并搭建了1台额定功率300 W的实验样机,通过与传统PID-PI控制进行对比实验,验证了改进控制策略的可行性与有效性。
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  基于LLC谐振变换器的开关电源优化方法综述

  谷彦洁, 于人杰, 张岩

  电源学报. 2025, 23(6): 10-22. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.10

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  开关电源SMPS(switch mode power supply)中的DC-DC变换器是影响装置体积质量和工作效率的核心。LLC谐振变换器作为经典的DC-DC拓扑结构,其运用软开关技术和磁集成技术,具有高效率、高功率密度及抑制谐波等特点。从变压器绕组结构方案和控制拓扑优化方案出发,综述了应用于开关电源中的LLC谐振变换器的优化方法研究现状,并针对同步整流和APR(all-primary-referred)磁集成模型下平面变压器对电路的影响提出自身见解,最后依据第三代宽禁带材料及电磁兼容性进行优化方法的展望。
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  基于有限元仿真的LLC谐振变换器集成式高频变压器优化设计

  顾泽煜, 谢小高

  电源学报. 2025, 23(6): 23-31. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.23

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  LLC谐振变换器集成式高频变压器的气隙通常放置在磁心的中心,且采用单气隙结构。采用有限元分析法,基于Ansys分别建立了不同气隙位置的三维非线性变压器模型,研究了气隙位置对损耗的影响。通过仿真模拟,得到不同气隙位置的损耗曲线,证明了气隙位置放置于二次绕组侧更有利于降低变压器损耗和提升变换器效率,为集成式高频变压器的优化设计提供了参考。在此基础上,提出了1种二次侧三气隙磁路结构的集成式高频变压器结构,可进一步降低变压器损耗。最后,在1台160 W的LLC调光型LED驱动器实验样机中进行了实验验证,证实了所提方法的正确性与可行性。
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  基于等效谐振腔的半桥CLL谐振变换器回流功率优化方法

  黄何伟, 曹太强, 李蔚, 郭军宏

  电源学报. 2025, 23(6): 32-44. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.32

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  针对半桥CLL谐振变换器产生回流功率的问题,提出1种基于等效谐振腔的参数设计方法,以优化回流功率,提高转换效率。首先,根据LLC变换器工作特性得出可以用谐振电流过零点时间t'表征回流功率大小,在满足电压增益要求和一次侧开关管零电压开通ZVS(zero-voltage switching)的条件下,根据表征回流功率的函数曲线选取最优谐振腔参数;然后,通过CLL与LLC谐振腔之间的定量关系式,使两者谐振腔等效,从而使CLL变换器具备与LLC变换器相同的回流功率特性;最后,采用2组满足设计条件的谐振腔参数通过仿真及实验进行对比验证,结果显示在基于谐振腔等效的条件下,2种变换器有相同的谐振电流过零点时间,并且在准谐振模式、满载情况下,转换效率提高了约1.3%,验证了理论分析的正确性和可行性。
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  新移相角下双有源桥变换器的优化控制策略

  刘晓悦, 李月, 刘飞龙

  电源学报. 2025, 23(6): 45-56. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.45

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  电路结构简单且易于控制的典型隔离型双有源桥DAB(dual-active-bridge)变换器,在需要能量双向流动的场合被广泛应用。因此,研究如何提高变换器的工作效率尤为重要。首先,对比分析国内外学者提出的效率优化策略,发现基于移相控制的优化方法中两侧桥内移相角和桥间移相角具有很强的相关性,造成变换器工作特性分析困难。然后,基于扩展移相EPS(extended-phase-shift)控制对变换器的整流平均电流进行优化,定义新的移相角,分析新移相角下变换器的传输功率和平均电流。最后,搭建Simulink仿真和实验平台进行验证。
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  双有源桥直流变换器三移相下回流功率和电感电流峰值优化策略

  杨康诣, 陈帝发, 陈艳慧

  电源学报. 2025, 23(6): 57-65. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.57

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  以双有源桥直流变换器为研究对象,提出以减小回流功率和电感电流峰值为优化目标的三移相控制策略。通过分析三移相下6种工作模式的特点,得到升压和降压模式下电感电流峰值较小的输入侧零回流功率模式和双边零回流功率模式,给出了不同工作模式下的移相比约束和功率范围。双边零回流模式下电感电流峰值更小,并能够实现功率器件的零开关,在此基础上通过KKT法进一步优化,得到不同传输功率时电感电流峰值最小的工作点。最后,对所提出的三移相优化方法与扩展移相下电感电流峰值优化方法进行实验验证。实验结果表明,该优化策略可消除回流功率并减小电流应力,提高变换效率,验证了理论分析的正确性。
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  基于模型预测控制的多相交错Buck变换器动态响应优化方法

  张鹏, 刘洋, 王伟康, 陈之秀, 夏晔

  电源学报. 2025, 23(6): 66-75. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.66

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  针对传统线性控制动态性能不足、鲁棒性差的问题,以多相交错Buck变换器为对象提出了一种基于模型预测控制的动态响应优化方法。首先优化了交错并联Buck变换器的状态空间模型,并提出一种虚拟阻抗方法,实现了各相变换器的解耦控制。其次设计了负载扰动观测器和基于一步预测的连续集模型预测控制器,根据负载电流观测值以及输出电压偏差计算参考电流,以最小化电流偏差为目标将其代入预测模型中,求解得到各相最优占空比。最后在Matlab/Simulink上搭建仿真平台进行仿真验证,并在三相Buck变换器上进行实验。仿真和实验结果表明,所提算法能有效抑制由负载扰动而引起的输出电压变化,提升系统的动态性能,同时保证了系统的鲁棒性。
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  一种新型车载充电DC-DC变换器的变论域模糊PI预测控制

  尚俊杰, 曹太强, 林轩, 代锦, 郑敏

  电源学报. 2025, 23(6): 76-85. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.76

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  针对传统车载充电DC-DC变换器软开关范围窄、动态响应差及整流二极管存在电压尖峰等问题,设计了1种新型宽范围软开关全桥变换器,并采用1种变论域模糊PI与模型预测相结合的双闭环控制策略。首先,分析新型全桥变换器的工作模态,建立简化后的变换器状态空间平均模型。然后,在电流环采用模型预测控制,并进行补偿改进,得到k+2时刻电感电流的预测表达式,进而改善实际系统的大时滞问题。其次,将电压环改用模糊论域自适应的变论域模糊PI控制,优化系统适应性、提高控制精度。仿真结果表明,新型变换器的软开关范围扩大至30%负载,并消除了整流二极管电压尖峰。所提控制策略在负载突变情况下,输出电压调节时间分别减少17.8%、25.6%和12.9%、9.1%。最后通过实验验证了所提拓扑和控制策略的有效性。
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  基于神经网络的Boost变换器无源自适应控制

  王路, 王久和, 赵燕, 李建国, 张雅静

  电源学报. 2025, 23(6): 86-94. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.86

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  为了提升带恒功率负载情况下直流Boost变换器无源控制PBC(passivity-based control)受外部扰动时的动态性能,提出了1种基于神经网络的无源自适应控制策略。该策略采用含比例、积分项的无源自适应控制结构,利用单神经元网络对注入阻尼、比例系数、积分系数进行实时优化。此外,采用功率观测器对未知恒功率负载CPL(constant power load)的功率进行实时观测,可提高CPL变化时Boost变换器的动态和稳态性能。与PI+PBC、PI双闭环控制策略相比,基于神经网络的无源自适应控制可使Boost变换器具有更好的性能。仿真结果表明,所提控制策略具有可行性和有效性。
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  输入串联输出并联组合系统的均流控制策略

  曲璐, 刘贺, 佟强

  电源学报. 2025, 23(6): 95-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.95

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  DC-DC变换器输入串联输出并联的组合技术广泛应用于大功率高电压场合。为了实现模块扩展连接后的平均运行,研究模块电源串并联组合后的输入均压和输出均流特性,提出一种从输出端进行模块均流的控制策略。控制策略包含2个环路,分别为输出电压环和输出均流环。所有模块公共的输出电压环采样组合系统的输出电压进行反馈调节,每个模块具有的输出均流环采样模块的输出电流进行平均控制。所提控制策略中所有的采样和控制芯片均在低压输出侧,可省去隔离单元,提高系统可靠性。选取半桥LLC谐振拓扑作为子模块搭建原理样机,验证所提输出均流控制方法的有效性。
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  一种具有快速瞬态响应的无片外电容低压差线性稳压器

  程铁栋, 谈泽辉, 许立军, 徐振轩

  电源学报. 2025, 23(6): 105-113. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.105

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  针对无片外电容LDO(low dropout)瞬态响应差的问题,提出了1种具有快速瞬态响应的无片外电容低压差LDO线性稳压器,并通过电压上冲和下冲抑制电路来对电压的跳变进行抑制,改善了LDO的瞬态响应特性。设计了改进的误差放大器,其增益在静态工作状态下较一般误差放大器更大。此外,在输出电压跳变时,所设计的误差放大器可输出更大的瞬态电流,实现对功率管的快速充放电。使用Current buffer的Miller补偿,通过较小的电容面积完成了电路相位裕度的补偿。仿真结果表明：在2.8~3.3 V时,该电路的输出电压为1.8 V,最大负载电流为50 mA;负载电流在1~50 mA之间跃变时,在瞬态增强电路的作用下,输出电压的下冲幅度减少了46 mV,下降了51%,响应时间为1.16 µs;上冲幅度减少了29 mV,下降了35%,响应时间为1.18 µs。
DC-AC 逆变器
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  非理想电网下并网变换器频率自适应特定次谐波重复控制策略

  胡立聪, 卢闻州, 王尉, 周克亮, 周小期

  电源学报. 2025, 23(6): 114-122. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.114

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  电力系统在各种新能源接入的背景下,网侧存在频率波动的非理想状态,固定参数下传统重复控制器会使并网变换器的并网电流质量严重下降,提高非理想电网下并网变换器的频率自适应能力尤为重要。基于此,提出1种频率自适应特定次谐波重复控制器FSA-SHRC(frequency self-adaptive and selective-order harmonic repetitive controller),通过内模与无限脉冲响应IIR(infinite impulse filter)滤波器的结合,能够实现对于基频波动带来参数变换部分的精确近似和补偿。相较于常规重复控制器,FSA-SHRC在结构上具有内模所需内存单元小的优点,在性能上具有误差收敛速度快、精度高的优势,在基频波动时能够在线调节IIR的系数,具有一定的 频率自适应性能。将FSA-SHRC应用到三相并网逆变控制系统中,验证了理论的正确性及在非理想电网条件下的适应性。
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  虚拟同步发电机并网逆变器微分平坦控制策略

  李子阳, 王洪希, 王璞, 王永琛

  电源学报. 2025, 23(6): 123-131. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.123

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  为解决基于虚拟同步发电机VSG(virtual synchronous generator)控制的逆变器并网时电压、电流双闭环传统控制动态响应速度慢、鲁棒性差的问题,提出一种基于微分平坦理论的VSG新型双闭环控制策略。首先,根据三相并网逆变器拓扑结构建立dq坐标轴下的数学模型,并根据微分平坦理论证明了系统的平坦性;其次,设计了包括前馈参考轨迹和误差反馈补偿的电压和电流微分平坦控制器;最后,在MATLAB/Simulink中搭建了系统仿真模型。仿真结果表明,在功率扰动和电网三相短路的工况下,所提控制策略提高了基于VSG的并网逆变器的动态响应速度和鲁棒性,验证了VSG应用微分平坦控制策略的有效性和可行性。
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  多功能光伏并网逆变器优化控制策略

  江周鹏, 郝武帮, 李琰

  电源学报. 2025, 23(6): 132-141. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.132

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  随着对传统电网的安全稳定性提出更高要求,能源危机和环境污染问题日益加剧,“绿色”“低碳”成为电力系统发展的迫切需求,基于此现状提出一种含有电能质量治理的多功能光伏并网逆变器。根据改进自适应谐波检测法检测出并网电流中的谐波分量,随后通过准比例谐振对指令电流进行跟踪控制。通过主客观CRITIC(criteria importance through intercriteria correlation)博弈论组合赋权法,建立电能质量综合评估模型,对谐波分量、无功分量进行综合评估,然后考虑到实际中逆变器容量有限的情况下,构建容量匹配系数,对突出问题进行重点补偿。最后,通过仿真验证并网逆变器在并网过程中对谐波分量和无功分量进行优化补偿,改善了并网点的电能质量,大大提高了逆变器的利用率。因此,验证了所提策略的有效性和可行性。
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  基于加权平均电流的并网逆变器鲁棒反步控制策略

  周子淳, 何国锋, 罗霜, 李国娇

  电源学报. 2025, 23(6): 142-151. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.142

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  为解决应用于LCL型并网逆变器的传统反步控制策略所存在的计算量大、测量噪声被成倍放大的问题,提出一种基于加权平均电流控制WACC(weighted average current control)的改进反步控制策略。首先,利用WACC策略将LCL三阶滤波系统降阶为一阶,在有效减少整体计算量的同时,降低对虚拟控制量的求导次数;然后,利用滑模观测器对加权平均电流进行观测,以减小LCL滤波器参数摄动对加权平均电流精度的影响;最后,依据所建立的等效系统模型设计反步控制器,控制并网电流。仿真与实验结果表明,所提控制策略具有良好的稳态性能和较高的鲁棒性。
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  加权平均电流控制下基于观测器的准Z源逆变器直流偏置抑制策略

  林俊芳, 何国锋, 周子淳, 王航

  电源学报. 2025, 23(6): 152-161. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.152

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  针对准Z源逆变器采用无隔离变压器并网时电流存在直流偏置问题,提出一种加权平均电流控制下基于观测器的直流偏置抑制策略。首先,分析准Z源逆变器的拓扑及其直流偏置产生的原因。其次,利用加权平均电流控制将三阶LCL滤波器降为一阶,简化系统模型,同时消除谐振问题。然后,采用扰动观测器对逆变器输出电压直流偏置量进行实时观测,通过反馈对直流偏置量扰动进行动态补偿,并对其稳定性进行分析。最后,通过实验对所提策略进行验证。实验结果表明,所提策略可以有效减小入网电流的直流偏置量,满足并网直流偏置小于0.5%的要求,同时使逆变器具有良好的稳态和动态性能。
AC-DC 变换器
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  兼具高可靠性高效率的大功率电解制氢电源研究

  贺明智, 谭杨, 孟鑫, 陈茂林

  电源学报. 2025, 23(6): 162-171. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.162

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  针对目前相控型和全控型整流器在电解制氢领域无法兼顾高功率等级、高制氢效率和高可靠性的问题,提出一种由主功率整流器和辅助变换器并联构成的整流器混合拓扑及其控制策略,其中主功率整流器为晶闸管整流器,辅助变换器由脉宽调制电压源型变换器和移相全桥变换器级联构成。通过分析辅助变换器数学模型,并以补偿纹波电流和吸收谐波电流为控制目标,给出重复控制+比例谐振控制的电流控制方法,实现制氢单元高效运行的同时保证输入电流质量优化。此外,还提出整流器混合拓扑的3种容错运行模式,以提高其可靠性。通过搭建电解制氢平台以及半实物仿真对整流器混合拓扑及其控制策略进行验证,结果证明了所提整流器混合拓扑的正确性和有效性。
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  不对称电网下Vienna整流器改进的功率控制策略

  高梁, 张庆岩, 胡业波

  电源学报. 2025, 23(6): 172-179. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.172

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  针对由电网不对称引起的Vienna整流器有功功率波动和电流不对称问题,介绍了有功功率波动的抑制控制APFSC(active power fluctuation suppression control)和对称的正序电流控制SPSCC(symmetric positive-sequence current control)。由于受到功率器件的电流限制,采用APFSC会导致Vienna整流器运行的最大有功功率降低;采用SPSCC可以扩展Vienna整流器运行的最大有功功率,但有功功率波动较大。基于此,提出1种改进的功率控制IPC(improved power control)策略。当Vienna整流器处理功率较小时,以保持有功功率无波动为首要目标,此时IPC与APFSC的效果一致,对比SPSCC,IPC可有效抑制有功功率的波动;当Vienna整流器处理功率较大时,以满足功率需求为首要目标,但尽可能地减小有功功率波动,此时APFSC无法满足功率需求,但IPC可以满足有功功率需求,且在满足功率需求的前提下,对比SPSCC,IPC下有功功率的波动更小。最后通过实验验证了控制方法的优越性。
AC-AC 变换器
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  具有限流能力的电气化铁路双网互联变换器研究

  刘贻军

  电源学报. 2025, 23(6): 180-189. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.180

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  实际工程设计面临的矛盾问题证明了电气化铁路双网互联变换器研究的必要性和迫切性。对双网互联变换器实际应用中的重大需求和工程挑战展开分析。针对铁路电力供配电网络的特性提出一种具有限流能力的电气化铁路双网互联变换器拓扑结构,详细分析该双网互联变换器的工作原理和构成,提出互联变换器的电压控制模式、限流切换控制模式下的变阻抗控制策略;并通过仿真模型证明了变阻抗控制策略的可行性;特别地,工程原型机实验证明了互联变换器中变换器的电压控制模式具有良好的可实施性,并能解决实际勘察设计难、造价高、电能质量恶劣等问题。最后,对该互联变换器的未来发展潜力进行展望。
建模与控制
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  并网变换器电流-内电势与端电压-电流激励-响应特性的等效机制及仿真分析

  付天照, 袁小明, 龚轩

  电源学报. 2025, 23(6): 190-198. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.190

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  系统动态过程中,当网侧电流变化时变换器电流控制将通过调节输出的电压来实现电流与指令的平衡,表现为电流激励下的电压响应。由于变换器交流电压通过控制幅值和频率产生且系统运行需要维持电压的幅值和频率水平,因此当发生功率不平衡时,电流控制应被描述为有功/无功电流激励下的内电势幅值和频率响应。与此同时,从变换器对所并入电网影响的角度看,端电压幅值和频率激励下的有功/无功电流响应也是认识并网变换器特性的另一视角。因此对于变换器电流控制,提出了服务于大系统动态分析的有功/无功电流-内电势特性以及从单机视角认识设备对电网影响的端电压-有功/无功电流特性。在此基础上,通过说明电流控制中电流和端电压间的冗余关系,解释了2种特性在本质上是等效的。最后,通过仿真验证了2种特性间的等效性,并初步探究了锁相控制参数对电流控制特性的影响。
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  一种基于级联H桥多电平变换器的故障容错控制方法

  朱旭, 胡长生, 董璧韬

  电源学报. 2025, 23(6): 199-207. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.199

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  级联H桥多电平变换器由多个单元模块组成,故障发生率相对较高,采取容错运行控制可以有效提高系统的性能和可靠性。通过注入零序电压来增强变换器故障后输出能力的容错控制方法具有不增加额外成本、实现简单的优势,不同的实现方式所注入的零序电压值和基波分量值各不相同,但是过大的零序电压会在电机驱动中对电机轴承和绝缘产生较大的影响。针对该问题,探讨了1种包含三次谐波的零序电压注入方法,减小所注入零序电压的基波分量,从而减小注入的零序电压对电机运行的影响。通过仿真和10 kW七电平变换器样机实验,验证了所提出的容错控制策略的有效性。
新能源系统
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  不控整流中压直流并网型双馈风电系统宽频率运行控制方法

  崔学深, 刘勇鑫, 仉琪炜, 罗慧达, 刘其辉

  电源学报. 2025, 23(6): 208-217. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.208

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  分布式电源接入直流电网可提高新能源的消纳水平。针对双馈风力发电机组通过二极管不控整流接入中压直流电网拓扑,提出了在全风速范围都能限制转子侧馈送功率,进而大幅度降低转子侧换流器成本的宽频率运行控制方法。在风速和转速较高时适当增大定子频率,以一定的负转差将转子侧功率限制在较小的恒定功率下运行;风速转速较低时以低于工频的恒定子频率运行,使转差率在较小范围内正负变化,从而限制转子侧功率的绝对值。以全风速范围内将1.5 MW双馈风电机组转子侧功率的绝对值限制在140 kW内为例,仿真验证了所提宽频率运行控制方法降低转子侧变流器容量的有效性。最后通过实验室5.5 kW双馈机组不控整流直流并网实验平台验证了本文宽频率运行控制技术的可行性。
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  海上风电直流送出用混合型直流耗能装置及调制策略

  李峰, 彭穗, 王彦峰, 余浩, 任子俊, 曲小慧

  电源学报. 2025, 23(6): 218-226. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.218

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  海上风力发电柔性直流送出系统中,陆端大幅卸荷或出现交流系统故障时将产生系统盈余功率,致使直流传输电压快速上升。直流耗能装置能够快速耗散盈余功率,是保证系统故障平稳穿越及可靠性运行的关键技术方案。为了解决系统盈余功率较大时耗能阀调制电压出现负值的问题,提出了一种基于半桥和全桥子模块的混合式直流耗能装置及其调制策略,利用全桥子模块负压输出的能力能够扩大系统盈余功率匹配范围,加快直流传输母线电压的恢复速度。通过理论分析验证了所提耗能装置及调制策略的有效性,在PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真平台上搭建了海上风力发电柔性直流送出系统的仿真模型,仿真验证了不同系统盈余功率工况下所提直流耗能装置及调制策略的可行性。
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  基于SDBR-SCESS的永磁直驱风电低电压穿越研究

  林海东, 匡洪海, 张群峰, 王俊, 于锡琪

  电源学报. 2025, 23(6): 227-236. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.227

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  为提高永磁直驱风电并网系统低电压穿越能力,提出采用串联制动电阻SDBR(series dynamic braking resistors)和超级电容储能系统SCESS(supercapacitor energy storage system)协调控制方法。当电网电压跌落时,串联在并网点与电网之间的SDBR消耗一部分不平衡能量同时抬升并网点电压,剩余的不平衡能量由并联在直流链的SCESS吸收。利用MATLAB/Simulink软件进行仿真,结果表明SDBR-SCESS协调控制策略在故障期间能够有效抑制直流链电压峰值以及抬升并网点电压,降低故障切除瞬间的并网电流峰值,在故障切除后有效缩短直流链电压及并网电流的恢复时间,提高永磁直驱风电低电压穿越能力;与单独使用SDBR或SCESS相比,SDBR-SCESS协调控制具有更优越的效果。
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  基于SOGI和CDCCF的复合前置滤波锁相环研究

  石径, 杨军, 文龙, 沈俊庆, 车广磊, 李淞轩

  电源学报. 2025, 23(6): 237-246. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.237

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  锁相环PLL(phase-locked loop)是控制光伏逆变器实现并网同步的重要结构之一。针对α型锁相环在电网发生不平衡故障和谐波干扰时检测频率和相位误差较大的问题,提出一种新型的基于交叉解耦复系数滤波器CDCCF (cross decoupling complex coefficient filter)与二阶广义积分器SOGI(second-order generalized integrator)这2种结构复合前置的PLL,即PFPLL(prefiltering PLL)。将具有特定次数谐波消除能力的二阶广义积分器多重消谐结构作为PFPLL的前置滤波环节;将具有反馈回路的CDCCF作为PFPLL的信号解耦环节,提出的PFPLL结构可消除电压不平衡和谐波分量,实现频率自适应。搭建了仿真模型和实验平台,并验证了PFPLL结构的滤波能力。
无线电能传输
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  电动船舶无线充电新型螺线管磁耦合机构设计与优化

  王维, 王硕, 吕晓飞, 窦真兰

  电源学报. 2025, 23(6): 247-257. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.247

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  针对电动船舶充电应用的无线充电技术逐渐受到关注,由于电动船舶无线充电传输距离较大,磁耦合机构的耦合系数和抗偏移能力会随着传输距离的增大而急剧减少,从而降低传输效率和输出功率。提出1种日字螺线管磁耦合机构,并搭建不同结构的磁耦合机构的有限元仿真模型对其性能进行对比;同时对提出的日字螺线管磁耦合机构进行优化,设置相应的磁屏蔽装置,与传统螺线管相比磁心使用减少了32%,利兹线使用减少了38%,有效地提高了磁耦合机构的耦合系数和抗偏移能力。最后搭建了1套无线充电样机,其传输效率可以达到88%,实验与仿真结果一致。
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  基于垂直解耦线圈组的WPT系统金属异物检测方法

  项飞, 钟文兴

  电源学报. 2025, 23(6): 258-266. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.258

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  针对单个平面方形线圈的无线电能传输系统,提出1种基于垂直解耦线圈组的金属异物检测MOD(metal object detection)方法。检测线圈通过合理组合形成检测线圈组,与发射线圈和接收线圈同时实现解耦。在无金属异物时,检测线圈组的感应电压接近0,且受接收线圈偏移影响小。当金属异物落在发射线圈顶部时,会产生涡流,在检测线圈组中感应出电压。所提方法的检测准确度基本不受接收线圈偏移的影响,无需针对不同的线圈偏移位置进行检测电路置零或调整阈值。检测线圈的参数通过有限元仿真进行优化设计。基于300 W无线充电系统进行MOD实验,结果表明所提方法可以在偏移情况下实现准确的金属异物识别。所提方法解决了平面检测方案受接收线圈偏移影响的问题,检测灵敏度高,具有较高工程应用价值。
电池与储能
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  基于PCA-CEEMDAN和改进SVR的锂电池RUL预测

  吴伟丽, 卢双双

  电源学报. 2025, 23(6): 267-280. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.267

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  针对锂离子电池在进行剩余使用寿命RUL(remaining useful life)的直接预测时容量难以获取及间接预测时特征参数存在冗余或不足的问题,提出了1种基于数据预处理技术和改进支持向量回归SVR(support vector regression)的锂离子电池RUL间接预测方法。首先在电池充放电阶段提取多个间接特征参数,利用主成分分析法对众多参数进行去冗余处理,重构出1个包含充分信息的融合健康因子HI(health indicator);然后搭建基于鲸鱼优化算法和SVR的融合HI预测模型及容量预测模型,利用自适应白噪声完备集成经验模态分解将融合HI分解为若干模态分量,将各分量分别输入融合HI预测模型进行HI预测,将预测结果叠加并输入容量预测模型实现RUL间接预测;最后采用NASA电池退化数据集进行验证。结果表明,所提方法RUL预测结果的平均绝对误差和均方根误差控制在1.78%和2.5%以内,有效提高了RUL的预测精度,为锂离子电池RUL预测提供了新思路。
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  PCM-风冷耦合的锂电池冷却系统优化设计

  徐晶, 相飞飞, 王翔, 徐鑫, 施苏航

  电源学报. 2025, 23(6): 281-287. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.281

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  针对采用单一冷却方式的锂离子电池模组LIBM(lithium-ion battery module)冷却效果不佳的问题,提出了1种相变材料PCM(phase change material)风冷耦合电池冷却系统。讨论了不同入口空气风速IAV(inlet air velocity)、不同电池间隙BG(battery gap)和不同入口空气温度IAT(inlet air temperature)对LIBM内最高温度和最大温差的影响;以IAV、BG和IAT为设计变量,以最高温度和最大温差为目标函数,通过响应面模型对设计变量与目标函数进行了数值拟合;采用非支配排序遗传算法对响应面模型进行了优化预测;利用计算流体力学仿真对优化预测结果进行了验证。结果表明,经过优化后的冷却系统能将LIBM内的最高温度降低 4.68 ℃(13.8%),最大温差降低 0.57 ℃(30.3%)。
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  基于变分模态分解和核极限学习机集成模型的电动汽车锂电池健康状态预测

  巫春玲, 吕晶晶, 相里康, 孟锦豪, 黄鑫蓉, 张震

  电源学报. 2025, 23(6): 288-299. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.288

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  在传统电动汽车锂电池预测中,往往将健康状态SOH(state-of-health)预测视作一个整体,进而给出单一SOH预测结果。但在汽车实际运行中,直接进行SOH的单一预测误差大,预测效果不好。为了提高电动汽车电池的SOH预测精度,提出了1种基于变分模态分解和麻雀搜索算法优化的核极限学习机集成模型的新预测方法VMD-SSA-KELM。该方法通过变分模态分解电池SOH序列,降低SOH回升的影响;同时利用Person相关法减少噪声的影响,提高预测的准确性;引入核极限学习机KELM,在保留极限学习机优点的基础上,提高了预测的精度。基于4辆电动汽车的运行数据对提出的模型进行验证,结果表明与VMD-DBO-KELM、VMD-POA-KELM、VMD-KELM、VMD-ELM模型相比,所提模型的预测趋势与原数据趋势一致,其他模型的结果波动较大,新模型预测的均方根误差在0.20%内,预测精度更高,预测效率更快,所用时间更短,故可以证明所提方法具有更高的准确性和鲁棒性。
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  一种高精度磷酸铁锂电池OCV-SOC曲线获取方法

  林加顺, 周娟, 吴乃豪, 杨晓全

  电源学报. 2025, 23(6): 300-308. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.300

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  准确的开路电压特性OCV-SOC(open-circuit voltage-state of charge)曲线是保证锂离子电池建模精度的基础。静置法与涓流法在获取磷酸铁锂电池OCV-SOC曲线时分别存在无法描述非静置点OCV特性与极化效应影响的问题,为此,基于对磷酸铁锂电池特性的分析,结合静置法与涓流法提出1种高精度磷酸铁锂电池OCV-SOC曲线获取方法。该方法以分段形式拟合的涓流放电曲线为优化对象,基于静置法测量数据与一阶RC等效电路模型设计约束条件,采用差分进化方法寻优获取OCV-SOC优化曲线。实验结果表明,OCV-SOC优化曲线能够精确模拟磷酸铁锂电池的OCV特性。相比静置法获取的OCV-SOC曲线,基于OCV-SOC优化曲线进行的电池建模与SOC估算精度更高,其模型精度提升41.8%,SOC估算精度提升58.3%。
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  燃料电池客车模型预测控制能量管理策略

  徐鑫, 武小花, 杨佳珞, 舒俊豪

  电源学报. 2025, 23(6): 309-319. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.309

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  为提高燃料电池客车燃料经济性,针对基于规则能量管理策略依赖工程经验和参数校准的问题,提出1种模型预测控制的能量管理策略。为减少计算量,策略采用分层控制方式实现。在顶层,采用动态规划能量管理策略确定锂电池荷电状态最佳参考轨迹;在底层,采用径向基函数神经网络预测未来车辆速度,以预测时域内燃料电池功率高效输出与荷电状态跟随最佳参考轨迹为目标,并通过二次规划算法求解出功率分配最优决策。详细研究了速度预测模型和预测时域范围的确定、荷电状态参考轨迹对所提策略的影响及不同策略下荷电状态变化和燃料经济性。结果表明,在初始荷电状态为0.7时,所提模型预测控制策略的燃料经济性能够达到动态规划策略燃料经济性的92.99%以上,相比基于规则的策略,燃料经济性至少提高11.78%。随着初始荷电状态的增加,所提策略表现出更好的燃料经济性。
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  基于改进支持向量回归的超级电容器寿命预测

  刘晓明, 任宇朋, 陈海, 冯大伟, 田俊

  电源学报. 2025, 23(6): 320-328. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.320

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  超级电容器作为1种新型储能器件,其服役性能与剩余寿命会影响其所在系统的可靠性。以2.7 V/10 F超级电容器为研究对象,搭建了储能器件老化实验与测试平台,通过采集超级电容器的特征量变化,分析其性能退化规律和影响因素。为了解决超级电容器寿命预测训练集小样本和预测精度之间的矛盾,提出了1种精英保留策略的非支配排序遗传算法II NSGA-II(non-dominated sorting genetic algorithm II)与支持向量回归SVR(support vector regression)相结合的寿命预测方法;确定了将充放电循环次数和充放电时长均值作为超级电容性能退化的表征量;建立了训练集样本最小和预测精度最高的双目标模型。相比于神经网络BP(back propagation)、SVR和长短期记忆网络LSTM(long short-term memory)方法,所提NSGA-II-SVR方法在超级电容器寿命预测中,可实现样本训练集数量小的前提下,预测均方根误差和平均绝对百分比误差评价指标均提升5~10倍。最后使用NASA提供的锂离子电池开源数据集进行泛化性实验,证明了NSGA-II-SVR方法具有较强的泛化能力。
功率半导体器件
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  续流二极管反向恢复电流峰值模型及其在结温预测中的应用研究

  焦乾明, 祝令瑜, 占草, 刘占磊, 王伟丞, 汲胜昌

  电源学报. 2025, 23(6): 329-339. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.329

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  准确预测功率模块芯片结温对保证其正常可靠运行具有重要意义。目前对于续流二极管芯片结温预测的研究尚不充分,缺乏二极管的温敏电参数模型与机理研究。基于续流二极管关断过程推导二极管反向恢复电流峰值模型,建立反向恢复电流峰值与母线电压、负载电流和结温的关系。进而提出基于随机变异粒子群优化算法的反向恢复电流峰值模型参数辨识方法,利用双脉冲实验结果提取模型参数并对模型进行验证。为了避免载流子线性分布和线性变化带来的模型误差,进一步增加模型中负载电流及母线电压指数参数,实现了峰值电流预测的优化。最后基于优化后的模型提出功率模块续流二极管芯片结温预测方法,相较查表法具有更高的预测精度,满足续流二极管结温预测需求。
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  GaN HEMT功率器件的改进型在线死区补偿方法研究

  高赟翔, 刘伟, 黄珊, 王孝洪, 姜庭豪

  电源学报. 2025, 23(6): 340-352. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.6.340

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  为了保证三相桥臂安全可靠运行,需要设置合理的死区时间。氮化镓高电子迁移率晶体管GaN HEMT (gallium nitride high-electron mobility transistor)由于器件本身特性,死区时间内电压变化情况与传统Si器件存在差异。对GaN HEMT功率器件反向导通压降较大的问题进行分析,提出了一种基于GaN HEMT功率器件的改进型在线死区补偿方法。该方法既可以避免电路噪声对电流方向判断的影响,同时又可以减小相电压误差,降低电流谐波,提高电路稳定性。最后通过仿真实验和搭建实验平台验证了改进型在线死区补偿方法的有效性,在反向导通压降较大的情况下较传统的死区时间补偿方法具有明显的优势。