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  • 电力系统
    史宇昊, 王鸿, 薛枫, 宋静毓, 赵兴耀, 杨兰均
    电源学报. 2023, 21(5): 118-127. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.118
    电容取能电源由于体积小、装置成本低和取能稳定等优势,成为10 kV一二次融合柱上开关的就地取能电源。为了在取电电流限制下提高最大取能功率,基于简化取能模型进行了输出电压和取能功率的电源特性研究,给出了不同补偿关系下的电源特性;通过影响取能功率上限的设计参数分析,得到了最大取能功率下的设计原则;考虑到典型负载如柱上开关的动态特性,进行了负载等效为储能电容器、恒功率负载及瞬时大功率负载下的仿真,其结果表明了不同动态负载下的电源特性,验证了理论计算的电源特性。
  • DC-DC变换器
    李伟, 潘尚智, 林子森, 王明龙, 查晓明
    电源学报. 2023, 21(5): 1-8. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.1
    在新能源发电占比不断提高的当下,一个具有高效率宽输入范围的大功率变换器的提出十分有必要。在现有研究的基础上,提出了由Buck-boost LLC和LLC-DCX两个变换器共同构成的Sigma结构变换器,能够很好地实现高效率、宽输入范围的需求。Buck-boost LLC通过桥臂集成能够有效地减少元器件同时降低损耗,但是其Buck-boost电感上流过的是全部输入电流,在大功率场合这会造成很大的损耗。因此采用Sigma结构和部分功率传输的理念,减小了Buck-boost LLC变换器所产生的损耗。最后实验证明了所提出拓扑优越的调压特性和高效率。
  • DC-DC变换器
    吴靖, 夏晓春, 蒋燕萍, 郑伟彦, 高珊珊, 王懿杰
    电源学报. 2023, 21(5): 9-15. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.9
    凭借高电压增益及低电压应力的特点,改进型SEPIC变换器广泛地应用于光伏、不间断电源等领域。同时由于其具有良好的软开关特性,可应用于高频场合,以提升功率密度。为了拓宽负载变化范围,改善动态响应,其数学模型的建立至关重要。采用广义状态空间平均法,对基于开关电感的准谐振改进型SEPIC变换器进行建模,建立其对应的小信号模型,并得到系统输出的传递函数。使用K-factor的方法设计补偿器,优化系统的动态性能,设计恒流输出的数字控制实现方法,并通过实验进行了验证。
  • 电能质量
    牛健, 张志飞, 汤铭辉, 赵才, 王坤
    电源学报. 2023, 21(5): 128-137. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.128
    随着新能源技术的发展和普及,大量非线性用电设备接入电网对其电能质量产生了严重影响。为解决谐波扰动信号对电力系统带来的影响,提出将改进的局部均值分解LMD(local mean decomposition)和概率神经网络相结合,构造一种电压扰动分类器,对电力系统中的电压扰动信号进行识别分类。通过构造三角波形自适应地延拓扰动信号的方法抑制LMD的端点效应,应用改进LMD算法对扰动信号进行3层分解,得到具有电压信号幅频信息的乘积函数PF(product function)分量,将由PF分量构造的信号能量作为概率神经网络的输入,以识别和分类电压干扰信号。通过建立训练模型对电压扰动信号进行仿真实验,结果表明,该方法可以准确识别电压扰动信号,有助于提高电力系统中电压扰动信号的识别精度。
  • 电池与储能
    张若可, 郭永芳, 余湘媛, 胡晓亚
    电源学报. 2023, 21(5): 182-190. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.182
    剩余使用寿命预测技术对于锂离子电池的安全使用及维护具有重要意义。由于锂离子电池的长寿命特性以及复杂的非线性退化机制,目前剩余使用寿命预测仍是电池状态预测的难点问题。数据驱动方法不需要考虑电池内部电化学特性,而仅从数据角度出发,是目前主流的预测方法。通过实例介绍了剩余使用寿命概念,分类阐述了各种基于数据驱动的预测方法,并对其优缺点进行了分析。最后,针对现有方法的不足,提出未来需要改进的方向。
  • 新能源系统
    李惠庸, 张宏, 张海平, 冯杨州
    电源学报. 2023, 21(5): 83-90. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.83
    为了有效控制逆变器谐振现象,保障逆变器稳定运行,设计基于LCL滤波器优化的微电网多逆变器稳定运行控制系统。依据LCL多逆变器拓扑结构,创建LCL滤波器三相微电网多逆变器的状态空间数学模型。依据该数学模型,分析滤波器的谐振特性,采用2个互相独立的单相逆变器实现对平衡三相LCL逆变器中谐振控制,利用单相LCL逆变器完成控制策略研究;利用被动阻尼策略,通过电容支路串、并联阻尼法对LCL滤波器的逆变器进行振荡控制优化;利用主动阻尼策略,在不添加其他传感器和控制闭环的条件下,运用2对零极点使闭环系统中全部的主导极点都在垂直平面单位圆中,抑制LCL滤波器谐振问题,以实现系统稳定运行控制优化。实验表明,该方法通过主动阻尼和被动阻尼控制策略对LCL滤波器进行优化,能够确保微电网多逆变器的母线电压以及暂态波形的稳定,控制效果好。
  • DC-DC变换器
    皇金锋, 任舒欣, 谢锋
    电源学报. 2023, 21(4): 1-10. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.1
    为解决传统单电感双输出SIDO(single-inductor dual-output)Buck变换器降压比低的问题,引入了二次型单元,提出一种高降压比双输出Buck变换器。对高降压比双输出Buck变换器的工作原理进行了深入分析,发现其存在4种工作模式,求出了变换器的电压增益表达式,得到了各个工作模式的临界电感,总结出了工作模式与电感和负载之间的关系。建立了各个工作模式的纹波电压解析式,并分析了纹波电压与电感的关系。以电感纹波电流和电容纹波电压为约束条件,获得了电感和电容的设计公式。搭建了实验平台,实验结果验证了理论分析的正确性。
  • 电池与储能
    舒征宇, 翟二杰, 李镇翰, 黄志鹏
    电源学报. 2023, 21(5): 173-181. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.173
    针对变电站铅酸蓄电池容量预测模型存在的预测准确率低、泛化能力差等问题,提出一种基于Dropout优化算法和长短期记忆LSTM(long short-term memory)神经网络相结合的容量预测模型。该模型以LSTM神经网络为基础,结合变电站蓄电池充放电特性,将长时间跨度的蓄电池运行数据作为模型的输入,建立多层级LSTM预测模型来提升预测结果的准确率。同时基于Dropout优化算法完成LSTM预测模型的训练,提升模型的泛化能力。工程实际应用表明,相较于传统的LSTM神经网络和BP神经网络,改进模型在长时间跨度预测时具有更高的准确率和更好的泛化能力。
  • 电力系统
    王玉梅, 张家康
    电源学报. 2023, 21(5): 110-117. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.110
    针对矿井电网消弧线圈接地系统单相接地故障选线方法准确率和可靠性不高的问题,提出基于卷积神经网络多判据融合的选线方法。主要分析了深度学习模型——卷积神经网络的结构与原理,通过快速傅里叶变换和小波变换从故障信息中提取5次谐波分量、小波分析模极大值、衰减直流分量和高频暂态分量作为原始输入数据,并利用改进LeNet-5模型强大的学习能力和泛化能力对其进行融合。基于Matlab软件搭建井下电网仿真模型,结果表明该方法准确性高、可靠性强。
  • 新能源系统
    杨蕾, 向川, 黄伟, 张丹
    电源学报. 2023, 21(5): 91-100. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.91
    风电大规模并网虽然会降低电力系统对传统化石能源的依赖,但双馈风电机组自身的解耦控制会降低电力系统惯性和频率响应能力。针对该问题,将风电机组纳入系统频率调节体系,提出基于不同工况下双馈风机响应控制的孤岛电力系统频率控制方法。首先,研究了不同风况下双馈风电机组的有功频率控制模式及不同风况下的协调控制方案;然后,在深入分析双馈风电机组参与频率控制机理的基础上,提出风电机组频率控制启动判据以及风电卸载容量计算方法,该方法可降低风电备用储能,避免过多降低风电正常情况下的消纳水平;最后,仿真结果验证所提频率控制策略可在不同风速工况下有效参与系统频率控制,显著增强高渗透率风电接入电力系统的频率稳定水平。
  • 无线电能传输
    冯宏伟, 刘媛媛, 黄从贵, 谢林柏
    电源学报. 2023, 21(5): 166-172. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.166
    探讨了带中继谐振器的磁耦合谐振式无线电能传输MCR-WPT(magnetic coupling resonant-wireless power transfer)系统的传输效率优化问题。通过构建和分析带中继线圈的等效电路模型,引入功率传输性能参数|Sij|2推导出当中继线圈和接收线圈位置固定时,发射线圈和带中继谐振器之间的最佳耦合系数的闭合形式解,进而确定发射线圈和带中继谐振器之间的最优距离,实现总系统传输效率最大化。通过线圈设计及相关实验,验证了分析结果与实验结果的一致性。研究结果表明,MCR-WPT系统可方便配置最佳耦合系数以实现电能传输效率最大化,为带中继谐振器的WPT系统效率优化提供重要参考。
  • 新能源系统
    刘聘凭, 程若发, 许立斌, 夏震
    电源学报. 2023, 21(5): 58-66. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.58
    针对传统电导增量INC(incremental conductance)算法在跟踪最大功率点的过程中无法兼顾跟踪速度与稳态精度的问题,以及传统变步长算法在光照变化时容易发生误判的问题,提出了一种新型的自适应变步长INC算法。光照强度变化较大时,利用负载曲线与I-V特性曲线的工作原理,在暂稳态和非稳态下都可以根据最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)采样电流的变化,自适应调节跟踪速度;光照强度变化较小时,能够根据输出电压与功率的变化自适应减小步长,提高稳态精度。追踪速度是传统算法的9.3倍,是现有变步长算法的4.2倍,有效减少了光照强度变化带来的功率损失。
  • 无线电能传输
    张智翔, 张宣
    电源学报. 2023, 21(5): 157-165. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.157
    无线电能传输技术具有灵活性高、安全、美观等优点,因而受到广泛关注和研究。传统线圈由于磁场分布不均匀,导致接收端在发生偏移时,互感系数发生变化,进而影响系统稳定性。针对上述问题,提出一种利用穷举推导抗偏移线圈参数的方法。该方法首先根据所需发射和接收线圈尺寸、线圈气隙,穷举出不同匝数和匝距的发射线圈。然后利用互感公式计算线圈发生偏移过程中的互感数值,并判断线圈发生偏移时互感是否稳定,最后通过筛选可以得到所需线圈的绕制参数。利用所提方法推导抗偏移线圈,计算时间较短,设计精度较高。通过实验验证,证明了所提方法的有效性。
  • 新能源系统
    刘强, 赵文晶
    电源学报. 2023, 21(5): 75-82. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.75
    传统新能源微电网功率控制系统因忽略虚拟阻抗而不利于随机位置分布式电源的结合,导致容易发生电网故障,致使微电网整体瘫痪。为了解决上述问题,本文提出基于自适应虚拟阻抗的新能源微电网功率控制系统的研究。引入虚拟阻抗,降低逆变器输出功率的耦合程度。通过逆变器额定容量比值确定虚拟电阻取值范围,计算微电网输出电压,保障微电网输出电能质量。在积分控制器下控制虚拟阻抗电阻数值,使逆变器输出功率趋近于积分控制器计算得到的功率参考值,保障输出功率的稳定性,实现对新能源微电网的功率控制。设计仿真实验,结果显示:本文方法控制的逆变器在同容量逆变器并联条件下,输出的有功功率最为稳定,无功功率保持均分状态;不同容量逆变器并联条件下,输出的有功功率稳定用时最短、无功功率基本与额定容量比匹配,充分说明提出方法对新能源微电网的功率控制及运行具备较好的控制效果。
  • 新能源系统
    潘健, 陈凤娇, 张琦, 刘松林
    电源学报. 2023, 21(5): 101-109. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.101
    在孤岛模式下的微电网中由于线路阻抗存在差异,采用传统下垂控制的逆变器不仅无法精确分配负载功率,还会产生环流。为解决该问题,提出了一种基于抑制环流的自适应下垂控制改进策略。该策略采用旋转坐标的环流来构造虚拟阻抗,通过PI控制使线路等效阻抗不断相向趋近直至相等,从而均衡分配负载功率。所提出的改进策略无需实时检测线路阻抗,也无需借助通信网络。此外,构造的虚拟阻抗不仅能有效抑制环流,还不会引起输出电压大幅跌落。仿真结果验证了改进控制策略的有效性。
  • 电池与储能
    马浩, 陈希, 张斌荣, 杨元健, 全雯琳, 阚加荣
    电源学报. 2023, 21(5): 200-206. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.200
    电动汽车应用日益广泛,车载充电器是其重要装置之一。充电过程需要同时检测电池的电压与电流,而采用电压、电流双闭环控制进行先恒流、再恒压的充电过程,成本相对较高且控制器较复杂。为此,提出一种基于导抗网络的充电器电路,分析了充电器的工作原理,给出了导抗网络的设计方法。该充电器不仅可以实现全部开关器件的软开关,而且器件电流应力低,充电过程不需检测充电电流就可以实现恒流、恒压两阶段充电,降低了充电器的成本与控制策略的复杂程度。实验结果表明,所提充电器具有良好的性能。
  • 电池与储能
    何平, 雷勇, 杜佳耘, 王进武
    电源学报. 2023, 21(5): 191-199. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.191
    为平抑风电功率波动,弥补单一储能的不足,引入氢和超级电容构成的混合储能装置平滑风电功率波动。针对传统功率分配方法难以建模,容易出现模态混叠现象等问题,以及为了提高储能系统可靠性,提出了一种经验小波变换EWT(empirical wavelet transform)-模糊控制FC(fuzzy control)策略方法。首先,为了验证EWT算法能实现储能设备间功率精确分配,将EWT算法与经验模态分解EMD(empirical mode decomposition)和小波变换WT(wavelet transform)算法进行对比;其次,采用EWT算法分解重构风电原始功率得到并网功率和混合储能平抑功率;最后,考虑超级电容荷电状态SOC(state-of-charge)和储氢罐压力对系统安全稳定运行的影响,采用模糊控制修正储能元件的充放电功率。仿真结果表明, EWT算法避免了模态混叠,实现了储能设备间功率精确分配。该控制策略能有效平抑风电波动,保证了SOC和储氢罐压力在合理范围内,延长了设备寿命,实现系统稳定运行。
  • DC-AC逆变器
    杨国良, 王明, 秦杭
    电源学报. 2023, 21(5): 33-40. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.33
    提出了一种三相升降压型五电平逆变器。与传统的的多电平逆变器相比,升降压五电平逆变器具有能够实现升降压、拓扑结构简单、控制方法简单、所需功率开关器件数量少、开关损耗小等优点。采用载波层叠法作为逆变器的调制策略,采用PI调节器对系统进行控制,并且使用Matlab/Simulink平台对带有升降压的三相五电平逆变器及其并网控制策略进行了仿真验证。最后搭建了系统相应的硬件实验平台,通过实验验证了所提出的电路拓扑的性能。
  • 无线电能传输技术及应用专辑
    孙跃, 马皓, 赵雷
    电源学报. 2023, 21(6): 1-6. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.6.1
    无线电能传输技术是基于磁场、电场和超声波等方式实现电能无线传输的电工新技术,是电工技术领域的研究热点之一。经过30余年的发展,磁场耦合式无线电能传输技术的研究取得了巨大进展。在电动汽车、消费电子、家用电器、石油钻井、机器人、无人机、医疗电子和航空航天等领域具有很好的应用价值和市场前景。围绕各应用领域的实际需求,研究人员开展了大量基础理论及应用技术创新,既有效解决了这些领域中的瓶颈性问题,又促进了其产业的发展。尤其在电动汽车、消费电子以及家用电器等领域,无线电能传输技术的相关国际国内标准的相继制定和发布实施,正在推动无线电能传输技术的相关研究进入新阶段。总而言之,目前国内已经拥有一大批从事该技术研发以及推广应用的技术人才和科研队伍,各个层面各种形式的学术和技术经验交流亟待发展。
  • 特邀专栏
    陆楠, 孙越, 彭鹏, 熊瑞, 孙逢春
    电源学报. 2024, 22(1): 1-10. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.1.1
    钠离子电池健康状态估计是其安全高效应用的基础,也是钠电池规模化储能应用的关键。然而,钠离子电池即用即衰,衰退机理不明晰,老化过程受工况和场景影响,准确的健康状态估计极其困难。为此,提出了数据驱动的钠离子电池健康状态估计方法,探究了钠离子电池的充电数据与容量衰退的映射关系,提出了结合方差筛选、灰色关联分析和递归特征消除的特征选择方法,应用多元线性回归、支持向量机、高斯过程回归和误差反向传播神经网络4类机器学习方法估计钠离子电池的健康状态。验证结果表明,4类方法的健康状态估计均方根误差小于1.6%,其中高斯过程回归的误差小于0.8%,实现了钠离子电池健康状态精准估计。
  • DC-AC逆变器
    李圣清, 江宇, 罗朝旭
    电源学报. 2023, 21(4): 67-73. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.67
    针对弱电网环境下电网阻抗较大以及传感器等元件造成延迟引发的并网电流品质差的问题,采用了一种多谐振前馈与电流估计法,相结合的控制策略。利用多谐振前馈控制提取低次谐波,使得正反馈通道只在主要背景谐波处有反馈作用,同时引入电流估计法,在不改变对LCL固有谐振频率抑制效果的前提下,降低系统成本。仿真结果表明,并网电流的总谐波畸变率降低2.56%,增强了系统对含有低次谐波弱电网的适应能力,验证了此控制策略的正确性和有效性。
  • 电磁干扰与电磁兼容
    王建渊, 栗俊明, 陈晓煊, 姬军鹏
    电源学报. 2023, 21(4): 195-201. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.195
    在紧凑型逆变器设计中,随着功率密度的提升,功率器件快速开关过程所引起的电磁兼容EMC(electromagnetic compatibility)问题越来越突出,而要使逆变器在各种环境条件下稳定运行,EMC设计显得尤为关键。针对逆变器的共模干扰问题,从共模干扰传导的3条路径展开分析,基于ANSYS电磁仿真平台建立了逆变器共模干扰等效模型,分析干扰信号的传播通道及作用原理,得出共模干扰电压与寄生电容的关系,通过实验进行验证,提出了2种通过减小寄生电容进行共模抑制的有效方法。从原理分析到仿真得出结论,然后用案例加以验证,对于逆变器EMC设计及逆变器共模干扰问题的解决具有实际指导意义。
  • DC-AC逆变器
    房绪鹏, 阚兴宸, 李鑫媛, 臧颖
    电源学报. 2023, 21(5): 41-50. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.5.41
    在分布式可再生能源发电系统中,Y源逆变器YSI(Y-source inverter)拓扑已被应用于实现灵活地升降压。然而在系统需要高电压增益时,Y源逆变器的调制因数和升压占空比相互制约的缺陷导致其电压质量和直流母线利用率大大降低。此外,在考虑漏感的影响时,YSI会产生由感应电流突变引起的电压尖峰。鉴于此,提出一种改进型分裂Y源逆变器ISYSI(improved split Y-source inverter),通过把分裂源结构与Y源阻抗网络相结合并且加入电压钳位单元,不仅能有效解决上述问题,还可以显著提高系统电压增益,同时消除二极管寄生电容和Y源阻抗网络漏电感谐振引起的电压振荡。对ISYSI进行详细的理论分析,仿真与实验结果验证了该逆变器的可行性。
  • DC-DC变换器
    吴家荣, 卢振坤, 王擎宇, 文春明, 韦峻峰
    电源学报. 2023, 21(4): 11-18. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.11
    为减小单电感双输出Boost变换器的交叉调节,提出一种复合控制方案。建立变换器仿射非线性数学模型,基于微分几何理论证明所建模型满足精确反馈线性化条件,构造出相应输出函数实现系统的线性化和解耦,进而分别为线性系统设计内模控制器和状态反馈控制器,并对满足控制系统稳定要求的反馈系数选取进行分析。与现有控制方法进行仿真比较,结果表明,所提控制方案具有更好的动态调节特性、更优的控制性能和更小的交叉调节。实验结果进一步验证了所提控制方案的可行性。
  • DC-AC逆变器
    任志玲, 叶俊, 王继超
    电源学报. 2023, 21(4): 88-96. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.88
    三相并网逆变器传统模型预测控制存在开关频率不固定和输出电流谐波含量较高的问题,给并网逆变器输出滤波器的设计带来了一定困难,并且影响并网逆变器的运行效率。为此,提出一种三相并网逆变器改进定频模型预测电流控制算法,在每个控制周期采用3个电压矢量,通过αβ轴电流无差拍控制来确定每个电压矢量的作用时间,以电流跟踪误差最小选择最优电压矢量组合,再经过离散化PWM0 DPWM0(discontinuous pulse width modulation zero)调制得到开关信号,实现输出电流定频控制且谐波含量降低。仿真和实验结果验证了所提算法的可行性和有效性。
  • 无线电能传输
    李马炎, 张希
    电源学报. 2023, 21(4): 177-185. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.177
    从线圈结构和双边LCC补偿拓扑两方面开展无线电能传输系统的优化设计,以实现指定的输出功率和最高的传输效率。为研究无线充电环境中电磁场对人体的影响,通过三维电磁场仿真软件构建了一个完整的电磁环境仿真系统,包含无线充电系统、电动汽车和具有重要器官的人体模型。模拟了7个场景:成人站立于车后方;成人坐于车内左前、右前、左后和右后方;成人躺卧于车后方;儿童躺卧于车后方(最坏情况)。仿真结果表明,对于22 kW的高功率无线充电环境,躺姿势儿童的心肺和躺姿势成人的心脏超出国际非电离辐射防护委员会规定的感应电场基本限值。由于车辆外壳的屏蔽和人体与利兹线的距离,坐在车内和站立于车后的场景对人们是安全的。
  • DC-AC逆变器
    梁理程, 丁欣, 谢李兵, 吴德武, 陈延明
    电源学报. 2023, 21(4): 97-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.97
    针对单相并网逆变器的特定次谐波抑制与控制延时补偿,提出了一种基于状态观测器的准比例谐振Quasi-PR(quasi-proportional resonant)控制加重复控制RC(repetitive control)的复合控制策略。其中,准PR控制器用于实现对并网电流基频分量的无静差控制,重复控制器用于抑制特定次谐波分量。同时,考虑到系统的控制延时,采用状态观测器进行延时估计,并基于状态观测器设计了合适的延时补偿环节。此外,针对LCL的谐振尖峰,进行基于电容电流反馈的有源阻尼。最后通过仿真与实验,验证所提复合控制策略的可行性与有效性。
  • DC-DC变换器
    罗玮, 陆益民
    电源学报. 2023, 21(4): 19-26. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.19
    恒功率负载的负阻抗特性易导致DC/DC变换器系统输出电压不稳定。针对带恒功率负载的Boost变换器,提出一种模糊自适应反步滑模控制策略。首先应用精确反馈线性化将模型转化为布鲁诺夫斯基标准形式。然后在保证大信号稳定的前提下,将模糊自适应控制方法加入到反步滑模控制器的设计中,根据模糊自适应控制系统实时更新系统增益,利用李雅普诺夫理论证明整个闭环系统的稳定性。最后,仿真和实验结果表明,与传统的双闭环PI控制方法相比,该控制策略具有更好的动态调节性能和更强的鲁棒性。
  • AC-DC变换器
    马雯, 郭强, 李山
    电源学报. 2023, 21(4): 38-46. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.38
    传统的LCL整流器模型预测控制需要附加有源阻尼算法MPC-AD(model predictive control-active admping)来消除LCL滤波器引起的谐振问题,此时由于网侧电流由整流器侧电流间接控制,导致其控制性能不佳。为此提出了一种基于LCL滤波的电压型整流器VSR(voltage source rectifier)有限控制集模型预测优化控制策略。利用模型预测控制中多变量控制的特性,通过构建单个代价函数同时控制网侧电流矢量、滤波电容电压矢量以及整流器侧电流矢量(MPC-i1i2uc),无需状态变量反馈有源阻尼,然后通过所构造的代价函数J来选取下一时刻最优开关状态作用于系统。为验证所提出方法的可行性,进行仿真实验并搭建测试样机。通过与传统的MPC-AD控制方法进行比较,验证了所提优化控制策略的可行性与优越性。
  • DC-AC逆变器
    郭梓暄, 张兴, 李明, 付新鑫, 韩峰, 王继磊
    电源学报. 2023, 21(4): 56-66. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.56
    电压控制型逆变器VCI(voltage-controlled inverters)在弱电网下表现出更强的稳定性,有望在可再生能源发电中得到更广泛的应用。然而,VCI的有功功率控制带宽通常低于电流控制并网逆变器CCI(current-controlled inverter)。随着电网阻抗增大和电网强度进一步降低,其调节时间甚至将长达数秒,难以满足可再生能源发电最大功率点跟踪MPPT(maximum power point tracking)的要求。此外,现有的以功率环改造为特点的VCI有功功率快速控制方法,则可能导致弱电网下VCI稳定性损失。针对这一问题,建立了VCI并网系统的详细输入-输出模型,揭示了弱电网下VCI功率环改造法面临稳定性和快速性矛盾的根源,并提出了一种基于外环改造和功率指令前置滤波的VCI有功功率快速控制方法,能够有效提升VCI有功功率控制带宽,且不影响其弱电网下的稳定性,进一步实现了基于VCI的MPPT控制;针对短路容量比和电网阻抗大幅波动对所提控制的影响,又提出了一种基于电网阻抗在线辨识的VCI有功功率快速控制自适应方法。最后,实验结果验证了所提方法的有效性。
  • AC-DC变换器
    杨青松, 熊慧, 石健将
    电源学报. 2023, 21(4): 27-37. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.27
    针对三相三线制Vienna整流器控制频率与输入电压频率比值较低时dq轴耦合加剧的问题,采用基于复系数传递函数的方法,推导了Vienna整流器电流环的开环传递函数。在同步旋转坐标系下,建立了考虑数字控制延时后的电流环复系数控制模型,对该模型的分析与研究表明,考虑数字控制延时后,传统电流前馈解耦方法不能实现完全解耦。为解决此问题,提出了一种带相位补偿的电流前馈解耦控制方法。该方法将输出的控制信号乘上延时对应的相位补偿量后作为新的控制信号,以消除延时对控制环路的影响,有效提高了电流环的性能。最后搭建了1 000 W的Vienna整流器仿真与实验平台进行验证,仿真与实验结果证明了所提控制策略的有效性。
  • 特邀专栏
    戴晨皓, 张波
    电源学报. 2024, 22(2): 1-9. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.2.1
    针对基于无铁芯变压器的DC-DC变换器工作频率过高的问题,提出了一种基于自由衰减振荡的无铁芯变压器的DC-DC变换器。首先,建立无激励源的串联型-串联型拓扑电路理论模型,讨论特征根的演化过程,分析系统自由衰减振荡的运动行为。其次,设计基于自由衰减振荡无铁芯变压器的DC-DC变换器。实验结果表明,该变换器的开关频率可明显低于无铁芯变压器的工作频率,且其输出功率与无铁芯变压器的工作频率可被自由衰减振荡系统的特征根所描述。最后,构建一个实验样机,该样机采用固定占空比控制,当无铁芯变压器的工作频率为206 kHz、开关频率为103 kHz和69 kHz时,变换器的最高整机效率为91.2%,变压器效率在任何工况下均高于96%。
  • 功率半导体器件
    穆峰, 刘宜鑫, 李鑫, 孙湖, 黄先进
    电源学报. 2024, 22(1): 119-132. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.1.119
    绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated-gate bipolar transistor)在现代电力电子技术中应用广泛,在某些单个器件性能达不到设计要求的工作场合,IGBT的并联使用成为一种经济可行的方法。多模块IGBT并联应用可以简化电路结构,增大变流器输出功率,提高装置功率密度。IGBT并联应用过程中,器件本体的动、静态特性及结温的差异,驱动电路结构及功率回路不对称性,伴随IGBT长期使用出现的老化或失效等问题,都会引起并联IGBT支路电流的不均衡,影响系统的可靠性和稳定性。对国内外IGBT并联应用所关注的研究热点进行了调研分析,总结了IGBT并联动、静态电流不均衡产生的原理及影响,分析了电流均衡控制原理的差异。从功率回路均流控制和驱动回路均流控制两个方面,对IGBT并联应用均流控制的工作特性进行了分析总结和技术对比,并对IGBT并联均流技术的发展方向进行了展望。
  • DC-DC变换器
    皇金锋, 韩梦祺
    电源学报. 2024, 22(1): 11-21. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.1.11
    Super-Boost变换器代替传统的充、放电模块可大大减小电源的质量和体积,提高其功率密度,因此在空间电力系统中具有广阔的应用前景。但由于Super-Boost变换器有多个功率元件,且存在电感电流反向流动特性,导致其供能模式及输出纹波电压较传统Boost变换器复杂。为了给Super-Boost变换器的分析和设计提供正确的理论指导,对Super-Boost变换器供能模式及输出纹波电压进行了深入研究。研究发现,电感L1L2均存在连续导电模式、伪连续导电模式和伪断续导电模式等工作模式,建立各工作模式的临界电感和输出纹波电压解析数学模型,探讨峰值电流与电感间的关系,得到了满足设计要求的最小电容和最小电感,据此给出了变换器参数设计方法,实验结果验证了理论分析的正确性。
  • AC-DC变换器
    李壮, 吕嘉琪, 丁冠华, 程红, 王聪
    电源学报. 2023, 21(4): 47-55. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.47
    针对传统定频有限集模型预测电流控制FSF-FCS-MPCC(fixed switching frequency finite control set model predictive current control )方法不能实现IGBT器件结温均衡、降低其结温波动和平均温度等问题,以单相PWM整流器为研究对象,提出了一种基于热管理的改进型模型预测电流控制。该方法在两矢量定频预测控制基础上,通过设计评价函数选取最优两矢量及动作序列;其次以采样周期为单位灵活选取2种零矢量交替使用;最后通过调制模块产生相应的开关状态进行控制。为了验证理论分析的正确性和有效性,在小功率实验平台上与传统FSF-FCS-MPCC进行了对比研究,结果表明该方法不仅可以实现上述控制目标,而且可以进一步减小网侧电流谐波和稳态误差,提高了开关器件的使用寿命和变换器可靠性。
  • 电池与储能
    赵富强, 祁慧青, 范晓宇, 贾彦奎, 张晓东
    电源学报. 2023, 21(4): 148-158. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.148
    双极板是质子交换膜燃料电池PEMFC(proton exchange membrane fuel cell)核心组件,极板的流道形状和尺寸直接影响反应气体的利用率以及电池的排水、散热性能。基于极板工作原理提出一种新型PEMFC压差流道构型,研究流道内阴极氧气浓度、水浓度分布、进出口压降、流速的变化,分析电流密度和极化曲线对燃料电池电化学性能的影响;在50%开孔率时,通过对比8组低压直流道和高压直流道的宽度同时增大的仿真结果发现,低压直流道和高压直流道宽度均由2.25 mm减小到0.5 mm时,功率密度峰值提高了31.9%。进一步探究压差流道中增大或保持一种流道宽度不变而改变另一种流道宽度对燃料电池电化学性能的影响,结果表明低压直流道和高压直流道宽度均为1 mm时,功率密度峰值最高可达0.39 W/cm2
  • 电池与储能
    蒋意珏, 林晓冬, 董海疆, 唐毓, 雷勇
    电源学报. 2023, 21(4): 167-176. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.167
    针对电压源型换流器VSC(voltage source converter)的超导磁储能SMES(superconducting magnetic energy storage)系统,提出了一种自抗扰控制ADRC(active disturbance rejection control)策略。首先,分别建立了SMES的交流侧VSC、直流侧斩波器数学模型;其次,基于非线性扩张状态观测器和线性误差反馈律设计了SMES的交、直流侧ADRC;然后,通过描述函数法分析了ADRC的稳定性;最后,在Matlab/Simulink平台中搭建了仿真模型。仿真结果表明,与传统PI控制相比,ADRC具有更好的动态响应性能和抗扰动特性,并针对不确定的系统参数具有更好的鲁棒性,有效地提高了SMES的运行可靠性。
  • 新能源系统
    王海云, 唐涛南, 王卫, 张雨璇, 汤云帅, 孙方霞
    电源学报. 2023, 21(4): 105-114. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.4.105
    针对孤岛微网群稳定运行难度大,电压和频率控制极为复杂的问题,提出了一种适用于含多逆变器分布式电源DGs(distributed generations)微网群MGC(microgrid cluster)的智能电压、频率协同控制方法。首先,该方法利用李雅普诺夫理论和基于逆变器DG的动态特性设计了基于模型化的控制器;然后,利用人工神经网络ANN(artificial neural network)来近似上述动态特性,从而得到不需要DG参数先验信息的智能控制器,此外,所提控制器不需要使用电压和电流PI控制器;最后,通过不同场景下的仿真分析,验证了所提控制器的有效性,还利用李雅普诺夫分析,证明了跟踪误差和神经网络权值最终一致有界,从而可实现较好的电压和频率动态调节。
  • 抗偏移技术
    樊京, 李定珍, 杨旭
    电源学报. 2023, 21(6): 7-14. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2023.6.7
    针对负载和耦合系数均有可能大范围变化的实际工况,提出一种新型的基于铁磁谐振的非线性无线电能传输拓扑结构。首先,使用杜芬方程和相量分析法对工作原理进行定性分析;其次,使用有限元电路仿真软件对上述原理进行数值验证计算;最后,搭建了功率可达566 W、效率可达93.5%的非线性拓扑无线电能传输系统原型。实验结果表明,在次级稳压输出200 V的条件下,提出的非线性LCC-LCC拓扑能够适应耦合系数从0.1变化到0.5、负载电阻从72 Ω到无穷大的大范围变化,具有出色的抗偏移能力和负载稳定性。所提拓扑原理新颖、结构简单,具备一定的工程应用潜力。
  • DC-DC变换器
    高东辉, 贺啟峰, 蔡可红, 徐成宝
    电源学报. 2024, 22(1): 22-31. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.1.22
    针对隔离式DC/DC变换器空间辐射应用的特殊性,为了提高反馈精度和稳定性,一般采用磁隔离反馈电路。介绍了几种常用的幅值调节磁反馈电路工作原理,针对其存在的需要额外的次级供电电压问题,引入正-反激式幅值调节双向磁反馈电路,并对该电路进行改进,在实现相同功能的前提下,以双绕组变压器替代三绕组变压器,有效减小了磁芯体积,简化了电路结构。详细分析了该电路的工作原理、脉冲采样电路和磁反馈变压器设计方法,并以该种磁反馈电路为基础,搭建了一台100 W输出DC/DC变换器实验样机,仿真和实验结果证明了该磁隔离反馈电路的有效性,并为工程设计提供了理论指导。