• 2021年第3期文章目次
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    • 磁集成开关电感高增益级联Boost变换器

      2021, 19(3):1-7. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.1

      摘要 (754) HTML (0) PDF 1.06 M (940) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种改进型具有开关电感单元的磁集成高增益级联Boost变换器,该级联变换器采用开关电感单元代替传统级联Boost变换器的储能电感并将电感进行耦合集成。改进后的变换器较传统Boost变换器的电压增益提高(1+D2/(1-D)倍,较传统级联Boost变换器的电压增益提高(1+D2倍,且电感电流纹波减小到其15%以下。通过分析变换器工作原理、推导出电压增益及等效电感的表达式,设计出耦合电感的集成方案,并利用仿真和实验验证了集成方案的正确性,可充分表明改进型级联Boost变换器具有更佳的工作性能。

    • 交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器的研究

      2021, 19(3):8-16. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.8

      摘要 (625) HTML (0) PDF 1.56 M (764) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了提高传统Boost变换器的电压增益和暂态响应速度,同时减小电感支路的电流纹波和变换器的体积重量,将磁集成技术、交错并联技术以及开关电感和储能电容应用到传统Boost变换器中,提出了交错并联磁集成开关电感高增益Boost变换器。其中通过引用开关电感和储能电容可以使所提变换器的电压增益提高到传统Boost变换器的2倍;采用磁集成技术并合理设计耦合电感系数,不仅可以减小该变换器电感支路的电流纹波,还提高了系统暂态响应速度,减小了变换器的体积重量,从而提高变换器的电气性能。应用PSIM仿真软件对该变换器进行仿真,并制作样机对理论分析进行了实验验证。

    • 基于PWM+PFM的LLC谐振变换器软启动研究

      2021, 19(3):17-24. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.17

      摘要 (778) HTML (0) PDF 1.16 M (1032) 评论 (0) 收藏

      摘要:启动过程中电流冲击大是LLC谐振变换器研究中不容忽视的问题之一,为优化LLC谐振变换器的启动过程,提出一种基于PWM+PFM的LLC谐振变换器软启动策略。根据数学计算切换2种传统脉宽调制方法,得到一种新的变占空比控制方法,并将其与传统降频控制方法同时应用在LLC谐振变换器的启动阶段。搭建了一台200 W的LLC谐振变换器验证所提方案的可行性,同时与多种传统软启动控制策略进行对比分析。实验结果表明,相对于传统的软启动控制策略,所提控制策略能进一步减小电路中的电流冲击,具有更加安全可靠的启动效果。

    • 基于改进MMAS算法的双有源桥变换器PI参数优化

      2021, 19(3):25-32. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.25

      摘要 (464) HTML (0) PDF 1.09 M (708) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了实现双有源桥DAB (dual active bridge)变换器中PI控制器的参数优化,提出了一种改进最大最小蚂蚁系统MMAS (max-min ant system)的PI参数优化方法。该方法以DAB变换器的时间与误差绝对值乘积积分性能指标为目标函数,通过优化节点能见度和信息素更新机制,在提高全局搜索能力的同时保证了较快的收敛速度,利于求得全局最优解,克服了传统蚁群算法ACA (ant colony algorithm)易发生的早熟收敛现象。采用改进MMAS算法对DAB变换器进行PI参数优化,并与Z-N法和传统ACA的优化效果进行对比。仿真和实验结果表明,相比于Z-N法和传统ACA,基于改进MMAS算法优化PI参数的DAB变换器具有更好的动态响应。

    • CLC型PWM逆变器端无源滤波器的设计

      2021, 19(3):33-39. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.33

      摘要 (492) HTML (0) PDF 1.29 M (797) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于PWM逆变器输出电压中含有较多的高频分量,所以逆变器输出端必须加入低通滤波器来减小谐波含量。借鉴在PWM逆变器与电机之间插入共模变压器来消除逆变器输出端共模电压的方法,通过分析共模变压器带有漏感时的等效电路,提出了一种新型的CLC型逆变器端无源滤波器。利用共模变压器产生的漏感代替差模电感来抑制差模电压dv/dt,同时该滤波器对共模电压也有着很好的抑制作用。与传统滤波器相比,该滤波器可通过1个共模变压器同时对共模及差模电压dv/dt起到抑制作用,减少了滤波器的体积规模。最后,仿真和实验结果验证了该滤波器的有效性。

    • 一种MMC子模块电容电压波动最小化容值优化方法

      2021, 19(3):40-51. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.40

      摘要 (479) HTML (0) PDF 1.55 M (662) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平变换器MMC(modular multilevel converter)广泛应用于直流配电系统。MMC由多个子模块组成,减小子模块电容可以降低子模块成本,提高变换器功率密度。分析了共模电压、环流和调制比对电容电压波动的影响,利用电容电压波动的解析表达式,通过注入合适幅值和相位的三次共模电压和二、四次环流,选取最优调制比,使目标函数电容电压纹波达到最小化,从而在一定电容电压波动率下使其电容取值达到最小化。采用所提方法可以使子模块电容容值的需求降低至常规方法的22%,变换器功率损耗降低至常规方法的87%,而开关管电流应力与现有方法相比只增加0.5%。RT-LAB实时仿真结果验证了所提理论的正确性和可行性。

    • 大功率储能变流器功率模组DC-link电容器的试验研究

      2021, 19(3):52-58. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.52

      摘要 (491) HTML (0) PDF 1.21 M (671) 评论 (0) 收藏

      摘要:从满足最恶劣运行工况下纹波电流和满足动态响应的电容容值这两方面,对三相大功率储能变流器功率模组中的DC-link电容进行了计算设计。在简化模型下,定性分析了功率模组间连接铜排寄生电感对电容纹波电流的放大效应,并采取实验验证的方式在整机装置上进行了测试验证。测试发现,模组采用铜排连接方式的原有设计不合理,电容纹波电流放大明显,不能满足设计要求。针对该问题进行了改良设计,模组间更换采用叠排方式连接,改进后模组内DC-link电容的纹波电流放大现象得到了明显抑制,满足整机设计要求。

    • 基于H4结构逆变器在不同调制方式下的性能比较

      2021, 19(3):59-69. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.59

      摘要 (455) HTML (0) PDF 1.70 M (661) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对传统双极性调制和单极性调制方式在效率、总谐波失真THD(total harmonic distortion)以及电磁干扰等方面的问题,提出上慢下快调制方式和半周期工频半周期高频调制方式2种新控制策略。上慢下快调制方式在较高电压和电流上升率的工况下,对于驱动电路以及主电路中的杂散电感、电容的电磁干扰影响,能够有效抑制。半周期工频半周期高频调制方式在调制波(正弦波)过零点处无SPWM突变,有效改善输出电压过零点振荡的问题。在Matlab/Simulink仿真平台验证了4种调制方式的可行性。最后通过实验研究,结合效率、THD这2个参数进行对比分析,比较4种调制方式的性能,通过实验数据得出所提控制策略较传统调制方式在效率、总谐波含量以及电磁干扰等方面均有改善,证明了所提控制策略的可行性与有效性。

    • 基于LCL参数优化的新能源微电网并网逆变器控制方法

      2021, 19(3):70-76. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.70

      摘要 (480) HTML (0) PDF 969.47 K (636) 评论 (0) 收藏

      摘要:由于谐振尖峰的存在,谐波抑制效果差,从而影响并网逆变器输出的电能质量。针对此问题,提出基于LCL参数优化的新能源微电网并网逆变器控制方法。首先建立新能源微电网并网逆变器数学模型;设置LCL滤波器总电感、滤波电容和谐振频率3个参数,以此优化LCL滤波器滤波性能;最后结合有源阻尼法和无源阻尼法,提出基于LCL滤波器的并网逆变器协同控制策略。结果表明:所提方法应用下,THD仅为0.51%,要远远小于单一有源阻尼法和单一无源阻尼法的控制效果,说明本方法能有效消除LCL滤波器的高频谐振尖峰,降低并网电流总谐波畸变率,提高电能质量。

    • 并网变换器电流重构模型预测容错控制

      2021, 19(3):77-85. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.77

      摘要 (423) HTML (0) PDF 1.40 M (500) 评论 (0) 收藏

      摘要:当传统并网变换器发生桥臂故障时,通过连接故障相到直流侧电容中点,重构为三相四开关容错运行结构。针对三相四开关容错变换器的交流电流传感器故障问题,提出了一种基于电流重构的模型预测功率控制方法。首先,利用采样的直流电流和正常交流传感器信息,并根据变换器电压矢量与电流关系重新构造出三相电流。其次,建立容错变换器功率预测模型,利用重构电流参与容错变换器的模型预测控制,应用使代价函数取得最小值的开关矢量。最后,搭建仿真和实验平台进行验证,结果表明所提控制策略有效,输出功率稳定,实现了并网变换器在桥臂和传感器双重故障下的容错运行,提高了系统的可靠性。

    • 基于电力路由器的家庭能量管理系统

      2021, 19(3):86-92. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.86

      摘要 (426) HTML (0) PDF 1.19 M (794) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着住宅区的能源消耗不断增加,为节省能源成本,屋顶光伏和小型风机等分布式能源逐渐引入住宅区。由于目前分布式能源的利用率低,且缺乏有效的能源管理装置,提出一种基于电力路由器的家庭能量管理系统。本系统的核心是具有即插即用和电源转换功能的电力路由器,因其配有交、直流母线,系统内的各种电源可实现联合供电。通过有效的能源调度策略,可根据家用电器的优先级进行负荷调度,以降低用电成本。搭建了硬件试验平台,试验结果表明,电力路由器可实现运行模式的无缝切换,相应的负荷调度策略可提高分布式能源的利用率,降低市电消耗量,保障系统运行的经济性和稳定性。

    • 一种新型同相供电系统分析与设计

      2021, 19(3):93-99. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.93

      摘要 (370) HTML (0) PDF 1.06 M (504) 评论 (0) 收藏

      摘要:为提高供电系统的电能质量和取消变电所电分相,提出一种基于V/v接线变压器的新型同相供电系统。首先,分析了该系统的拓扑结构及工作原理,完成负序电流和补偿电流的理论计算;其次,为实现对三相系统负序、谐波和无功综合改善的目标,采用一种基于dq变换的系统协同控制策略;最后,根据某牵引变电所典型实测负荷数据在Simulink中搭建系统仿真模型,验证了所提系统在取消变电所电分相的同时能有效提高供电系统的电能质量,并且具有良好的动态性能和综合补偿性能。

    • 计及电动汽车的电力系统事件触发负荷频率控制

      2021, 19(3):100-108. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.100

      摘要 (409) HTML (0) PDF 1.26 M (698) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对包含电动汽车EVs(electric vehicles)的电力系统,引入事件触发机制,从而PI型负荷频率控制器输入能够按需进行更新,在保障系统稳定的同时减少通信负担,节约网络通信资源。对于包含事件触发机制的时滞电力系统模型,利用李雅普诺夫稳定性理论,基于Bessel-Legendre(B-L)积分不等式,推导出保守性较小的稳定性判据,并进一步联合求解出控制器增益和触发矩阵。最后,通过Matlab仿真验证了所提定理的有效性。

    • 一种新型有源电力滤波器双滞环电流控制策略

      2021, 19(3):109-115. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.109

      摘要 (431) HTML (0) PDF 1.35 M (633) 评论 (0) 收藏

      摘要:有源电力滤波器APF(active power filter)是一种动态抑制谐波、补偿无功的电力电子装置,能够对不同大小和频率的谐波进行快速实时跟踪补偿,有效降低电力系统的谐波含量。但APF长期处于高频通断的工作状态,造成较高的功率损耗和故障率,降低了经济性和工作可靠性。针对高功损和高故障率的问题,分析传统滞环电流控制策略的不足,提出一种新型滞环电流控制策略,合理控制APF开关器件的通断,进而降低开关频率,同时提升谐波补偿效果,使APF工作可靠性和谐波补偿性能提高。最后仿真和实验结果验证了该控制策略的可行性与有效性。

    • 基于VMD-SWT联合算法的谐波/间谐波检测

      2021, 19(3):116-124. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.116

      摘要 (388) HTML (0) PDF 1.34 M (524) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对现有电力系统谐波/间谐波检测方法中提取精度不高、对噪声敏感的问题,提出一种基于变分模态分解VMD(variational mode decomposition)和同步挤压小波变换SWT(synchrosqueezing wavelet transform)的谐波/间谐波检测新方法。首先对含有谐波/间谐波的信号进行连续小波变换,得到小波量图确定分量个数。利用VMD自适应地将信号分解成多个模态分量,筛选出所选模态中心频率附近的小波系数进行SWT挤压重组锐化时频图,获得小波脊线,从而提取各谐波模态瞬时频率和幅值。仿真和实际数据表明,该方法在噪声环境下依然可以准确提取各个谐波分量,具有较高的检测精度。

    • 飞机二次电源负载特性仿真计算与检测分析

      2021, 19(3):125-133. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.125

      摘要 (388) HTML (0) PDF 1.38 M (513) 评论 (0) 收藏

      摘要:二次电源设备是飞机直流电网的供电电源,也是飞机交流电网的用电设备,其交流侧负载特性反向影响了飞机交流电网质量,直流侧电源特性直接影响了飞机直流电网品质。基于Matlab/Simulink建立某飞机二次电源设备变压整流器的数学模型,并完成负载电流仿真计算。实验室搭建该设备的负载特性检测硬件平台,并开发LabVIEW虚拟仪器远程控制及数据分析软件平台,完成交流侧负载特性和直流侧电源特性的实测波形分析。仿真计算结果验证了实测平台的有效性,结合仿真计算和实测数据分析可知,设备工作向飞机电网引入较大奇数次谐波较易超出标准限制,其中第11次和13次谐波较为明显,3的倍数次谐波和偶数次谐波较小;直流侧纹波电流的引入值符合标准要求。典型机载二次电源设备的负载特性仿真计算和实验测量分析对飞机二次电源的进一步深入研究具有一定参考价值。

    • 长脉宽模式下雷达供电系统功率波动机理研究

      2021, 19(3):134-141. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.134

      摘要 (392) HTML (0) PDF 1.06 M (507) 评论 (0) 收藏

      摘要:长脉宽工作模式引起的雷达系统功率大范围波动对供电系统稳定性造成影响。首先建立阵面发射单元的数学模型,根据脉冲负载的平均功率供电模式特点,提出了电流裕度的概念。采用状态空间分段方法,分析了供电系统的电压和电流变化规律,推导出长脉宽工作模式下系统功率波动函数及其简化形式。然后,提出峰峰值与平均功率比PAPR(peak-peak to average power ratio),用以定量分析功率波动程度,根据该指标,分析了影响系统功率波动的影响因素,得到了功率波动与影响因素之间的关系。最后通过实例分析,验证了所提出的结论,为长脉宽工作模式下雷达电源系统设计奠定了理论基础,具有良好的工程应用价值。

    • 用于超声电机的新型驱动电源设计

      2021, 19(3):142-146. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.142

      摘要 (384) HTML (0) PDF 967.20 K (503) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对超声电机对激励电源频率、幅值、波形的要求,设计了一种新型超声电机压电陶瓷激励电源。该激励电源输入电压为12 V,经过DC-DC降压变换电路调压后输入4路推挽升压电路叠加输出。输出幅值可达600 V,频率在10~100 kHz范围内可调,同时两路电源间可实现任意相位差。在工作频率范围内无须对压电陶瓷进行阻抗匹配即可基本实现正弦交流激励。实验结果表明,该激励电源性能可靠,波形失真小,符合超声电机对激励电源的波形要求。

    • 多路通信电源欠压锁定电路数字控制方法研究

      2021, 19(3):147-152. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.147

      摘要 (393) HTML (0) PDF 797.32 K (483) 评论 (0) 收藏

      摘要:传统多路通信电源欠压锁定电路存在结构复杂、响应速度差等缺陷。为精准控制多路通信电源欠压锁定电路,需设计一种新型多路通信电源欠压锁定电路,并采用数字控制方法控制多路通信电源欠压锁定电路。采用电流模控制技术,通过随电源电压呈现二次方曲线变化的自偏置电流调节新型多路通信电源欠压锁定电路上、下阈值门限电压,控制迟滞电压,改善电路响应速度;同时通过温度补偿方式降低新型电路基准电压温度敏感系数,使迟滞电压温度灵敏度较低,迟滞电压具有较高的稳定性和较小的漂移程度。经过实验分析发现,该方法控制下的多路通信电源欠压锁定电路电源电压在1.65 V/μs时,输出电压上升和下降时间是36 ns,控制电路能量消耗平均值为51.684 μW,电路响应速度较快,能耗低。

    • 基于ESO-MLD的逆变器开路故障快速诊断方法

      2021, 19(3):153-162. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.153

      摘要 (371) HTML (0) PDF 1.59 M (455) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了减小电机驱动系统中未知干扰对逆变器开路故障诊断的影响,提出了一种基于扩展观测器ESO(extended state observer)和混合逻辑动态MLD(mixed logic dynamic) 模型的逆变器开路故障快速诊断方法。通过分析开关管在正常工作和故障状态下的电流流向路径,建立了逆变器的混合逻辑动态模型,并设计了一种电压扩展观测器。根据观测器的观测电压和实际系统输出电压之间的相电压残差进行故障检测,通过故障相残差与正常两相残差之间的数值关系来定位故障相和故障管。该方法有效减小了系统中未知干扰和不确定因素对逆变器故障诊断的影响,提高了故障诊断率。最后,通过Matlab/Simulink仿真验证了该方法的正确性和有效性。

    • Si/SiC混并联结构主动温度控制

      2021, 19(3):163-168. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.163

      摘要 (431) HTML (0) PDF 890.38 K (556) 评论 (0) 收藏

      摘要:Si/SiC混并联结构以更低的成本,提供了接近全SiC器件的性能,因此Si/SiC混并联结构逐渐成为新的研究热点。目前,Si/SiC混并联结构研究大多集中于如何减小损耗。然而,在Si/SiC混并联结构损耗优化过程中,作为辅助器件的小电流SiC MOSFET可能出现温度过高甚至超过最高结温限制的问题。为此,提出了一种适用于Si/SiC 混并联结构的主动温度控制方法,以减小混并联结构由于内部两器件结温差异大带来的器件过温风险,提升器件运行的可靠性。

    • SiC MOSFET模块结温监测研究

      2021, 19(3):169-174. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.169

      摘要 (401) HTML (0) PDF 998.42 K (640) 评论 (0) 收藏

      摘要:碳化硅金属氧化物半导体场效应管SiC MOSFET(silicon carbide metal oxide semiconductor field effect tra-nsistor)以其优异的材料特性成为一种很有前景的高功率密度和高效率器件,而结温是其设计和工作的一个重要参数,也是健康状态的重要指标。为了状态监控的需求,提出一种受自热影响较少的基于准阈值电压的结温提取方法。首先,从理论层面证实了阈值电压VTH与温度有良好的线性关系,具有负的温度敏感度。然后,实验观察了外部驱动电阻RGextVTH的影响。最后,结合智能驱动提出了获取准阈值电压的电路,实验结果证实了所提方法的可行性。

    • 基于IGBT的宽范围线性功率放大技术

      2021, 19(3):175-181. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.175

      摘要 (472) HTML (0) PDF 1.09 M (519) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平分级逐段线性化思想可以大幅提高线性功率放大器的效率,绝缘栅双极型晶体管IGBT(insulated gate bipolar transistor)作为一种大功率器件用于其中将会大大简化大功率放大器的电路,但IGBT的类别中没有P沟道管,传统的复合P管用于线性功率放大时存在输出电压动态范围不足的问题。首先分析了该问题的形成原因,并提出一种宽动态范围的P-IGBT结构,然后分析了该结构的特性与功率放大机理,同理构造出特性完全对称的N-IGBT管,接着利用这2种异型对管构成互补线性功率放大器,最后通过实验验证了该技术的正确性。

    • 基于SiC器件的三电平半桥单电感均压电路

      2021, 19(3):182-188. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.182

      摘要 (451) HTML (0) PDF 1.31 M (667) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对辅助变流器中充电机输入端支撑电容电压不均衡导致变压器出现磁饱和的问题,研究一种基于SiC MOSFET器件的单电感均压电路。对单电感均压电路的4种工作模态进行分析,通过两个开关管的互补导通,利用电感实现能量在支撑电容之间的重新分配,可实现支撑电容电压的均衡。对单电感均压电路的3种典型开关状态类型进行分析,并根据其开关状态类型计算单电感均压电路电感选取范围。仿真和小功率实验结果表明单电感均压电路具有较强的均压能力。

    • 单管逆变拓扑结构感应加热电源IGBT保护系统研究

      2021, 19(3):189-194. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.189

      摘要 (382) HTML (0) PDF 987.20 K (520) 评论 (0) 收藏

      摘要:阐述了单管并联逆变准谐振拓扑结构感应加热电源谐振系统的工作原理,分析了单管逆变感应加热系统IGBT主要失效模式及现有浪涌保护系统及其缺陷,提出了两级阶梯式IGBT保护系统的概念,即系统实时监测电网交流电压,根据电压变化的幅度和变化率对IGBT进行保护。最后设计了保护系统电路硬件和软件,并进行了相关测试验证。

    • 新磁阀结构磁控电抗器磁损特性研究

      2021, 19(3):195-202. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2021.3.195

      摘要 (387) HTML (0) PDF 1.74 M (594) 评论 (0) 收藏

      摘要:分析磁阀式可控电抗器MCR(magnetic-valve controllable reactor)的主要工作原理以及MCR铁心损耗的主要来源,得出在工程上磁滞损耗与涡流损耗的计算公式。在传统磁阀结构的基础上提出了新型磁阀结构,并对传统磁阀结构与新型磁阀结构进行对比分析。通过理论分析可知,新磁阀结构采用圆弧面作为磁场缓冲面,减少了磁阀处磁场的发散量,使磁阀处磁通密度分布更加均匀,进而大大降低了磁阀处的漏磁损耗。使用Ansys电磁场仿真软件,在相同电压等级下分别对传统磁阀结构MCR和新型磁阀结构MCR进行三维动态仿真,采集一个工作周期内的四个仿真时刻,对比分析两种MCR铁心磁阀处的磁通密度分布场图。仿真结果表明:新磁阀结构MCR铁心中的磁通分布得到了优化,磁通密度更加均匀,磁场发散情况得到了很大改善,进而有效地减少了MCR的漏磁损耗。仿真结果验证了理论分析的正确性,同时说明了新型磁阀结构的合理性与先进性。

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