• 2022年第2期文章目次
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    • 一种改进型IPOS模块化LCC谐振变换器控制策略

      2022, 20(2):1-8. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.1

      摘要 (283) HTML (0) PDF 1.29 M (472) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化技术可有效提高变换器容量,广泛应用于高压大功率场合。但由于模块间参数差异,各模块输出电压往往难以均衡,使得变换器难以稳定工作。针对输入并联输出串联IPOS(input-parallel output-series)模块化LCC谐振变换器,提出了一种改进型控制策略,主模块采用脉频调制PFM(pulse frequency modulation)方法调压,其脉频调制步长由数学模型准确给出,从模块采用脉宽-脉频调制PWM-PFM(pulse width modulation-pulse frequency modulation)方法调压。建立了该策略的控制流程,为控制算法的软件实现提供了依据;分别对主从模块调压方法进行了仿真分析,验证了所提出控制策略的可行性;对三模块变换器进行了实验分析,结果表明:所提出的控制策略可以实现模块间的均压控制和系统的恒压输出,具有稳态性能好、暂态响应快、抗扰动能力强的优点。

    • 一种应用于光伏并网发电系统的新型双输入DC-DC变换器

      2022, 20(2):9-16. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.9

      摘要 (205) HTML (0) PDF 1.48 M (382) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种具有高增益低电压应力的双输入DC-DC变换器,该变换器由2个上下对称的耦合电感Boost变换器组成。具有单输入和双输入2个模式,在单输入状态下只有一个开关管工作;在双输入状态下有2个开关管工作。新型变换器可以通过改变耦合电感的匝比来提升变换器电压增益;输出端采用三电平结构使变换器开关管和二极管电压应力减小。分析了变换器在单输入和双输入模式下的工作模态;给出了变换器主要工作波形;推导了变换器电压增益,开关管和二极管电压应力,分析了漏感对变换器电压增益的影响。通过实验验证了理论分析的正确性。

    • 一种高增益软开关直流变换器的分析与设计

      2022, 20(2):17-25. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.17

      摘要 (126) HTML (0) PDF 1.52 M (223) 评论 (0) 收藏

      摘要:在无需变压器隔离的光伏并网发电系统中,在光伏电池和并网逆变器之间须采用非隔离DC/DC变换器完成高增益变换。为此,提出了一种高增益软开关直流变换器,在相同电压增益条件下,其相对于传统升压变换器具有占空比更低、开关损耗更小、电压应力更低的优势。在分析变换器工作原理的基础上,对其性能进行了详细分析,最后搭建了一台48 V输入、380 V输出、额定功率为250 W的试验样机,实测最高效率为92.48%,实验结果验证了理论分析的正确性。

    • 反激式隔离型高增益DC/DC变换器

      2022, 20(2):26-33. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.26

      摘要 (180) HTML (0) PDF 1.38 M (236) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种反激式隔离型高增益DC/DC变换器。该变换器利用反激变压器的变比和开关电容来提高输出电压增益,满足输入输出的电气隔离。开关电容的引入,使得反激变压器副边绕组在开关管闭合时给倍压电容充电,在开关管断开时给负载供电,提高了变压器绕组的利用率,还解决了反激变换器输出二极管与漏感的谐振问题。由于变压器漏感的原因使得所有的二极管都是零电流关断,不存在反向恢复问题。采用有源箝位电路实现了漏感能量的回收再利用,抑制了开关管的电压尖峰,并实现了开关管的零电压开通,提高了变换器的可靠性和效率。最后,分析了所提变换器的工作原理、性能特点,通过与传统有源箝位反激变换器的对比分析,验证了所提变换器的优越性,并通过一台500 W的样机实验验证了理论分析的正确性。

    • 一种新型大功率ZVZCS三电平DC-DC变换器

      2022, 20(2):34-44. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.34

      摘要 (145) HTML (0) PDF 2.10 M (202) 评论 (0) 收藏

      摘要:三电平直流变换器因其主开关器件电压应力仅为Vin/2且具有拓扑结构简单和软开关特性好等优点,受到工业界和学术界的广泛关注。基于IGBT的零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)三电平DC-DC变换器是大功率高压直流变换的主流方案,具有通流能力强、软开关负载范围宽和原边通态损耗低等优点。但目前ZVZCS三电平直流变换器仍存在原边电流复位困难和整流二极管电压应力高等问题,限制了该类变换器在大功率场合的应用。提出一种新型ZVZCS飞跨电容型不对称PWM半桥三电平DC-DC变换器,采用电压可变电流复位电路,在保证主开关器件宽负载范围实现软开关的同时不增加副边整流二极管的电压应力,且复位电路中的MOSETs全负载范围ZVS(zero-voltage switching)关断和ZCS(zero-current switching)开通。此外,该电路在飞跨电容两端串联一个双向开关,防止原边电流复位后反向,该双向开关在全负载范围可实现ZVS关断和ZCS开通,因此增加的损耗可以忽略。讨论了电路的结构、工作原理和特性,设计了一台6.5 kW实验样机验证其工作原理。

    • 基于不连续控制的含寄生参数开关变换器的指数稳定性分析

      2022, 20(2):45-56. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.45

      摘要 (64) HTML (0) PDF 1.64 M (143) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种基于不连续控制的开关变换器指数稳定性分析方法,该方法不需对开关变换器的模型做近似处理就可判定开关变换器的指数稳定性。加入开关变换器的寄生参数后对其进行稳定性分析,使结果更加接近于系统实际工作情况,可以提高稳定性分析的可靠性。在判定开关变换器的指数稳定性基础上设计了一种电流连续导通模式CCM(continuous conduction mode) Buck变换器的不连续控制器。该控制器采用不连续反馈控制方式,该控制方法相比连续反馈控制方法更符合变换器的切换不连续特性。数值仿真表明了该控制方法的优越性能,电路实验验证了该控制方法的有效性。

    • 低输入电流纹波大升压比差动Boost型逆变器研究

      2022, 20(2):57-65. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.57

      摘要 (60) HTML (0) PDF 1.57 M (124) 评论 (0) 收藏

      摘要:为减少功率变换级数以及低频纹波对输入直流电源的影响,具有大升压能力和低输入纹波的单相逆变器具有重要的研究意义。深入研究了大升压比差动Boost逆变器电路拓扑、纹波抑制策略、电流纹波回路、输入电流反馈和输出电压复合控制策略。在传统波形控制基础上,通过输入电流反馈在输出滤波电容上叠加低频偶次电压,进一步减小输入电流中相应偶次谐波分量,使逆变器输出侧低频脉动功率在输出滤波电容与负载之间传递,阻断其向输入源传递;采用前馈与比例积分控制策略提高输出电压质量和输入电流质量。不同负载下的实验结果验证了此变换器的可行性。

    • 参数失配LCL型并网逆变器模型预测控制方法研究

      2022, 20(2):66-75. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.66

      摘要 (61) HTML (0) PDF 1.56 M (73) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对LCL型并网逆变器模型预测控制过于依赖精确的数学模型且鲁棒性能差等问题,提出一种参数失配情况下的并网逆变器模型预测控制策略。根据LCL型并网逆变器的状态量建立离散参数观测器模型,实时估计电感和电容,并在线修正预测模型中的电感和电容参数,避免因外界扰动造成的参数失配对控制器带来的不利影响,增强控制器的鲁棒性能。仿真结果表明,所提控制策略可显著提高参数失配模型预测控制的并网电流质量,相同条件下,相比于无参数观测器的模型预测控制策略,总谐波畸变率下降了1.58%,验证了所提方案的正确性和可行性。

    • 电动汽车混合储能装置三端口功率变换器设计

      2022, 20(2):76-87. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.76

      摘要 (73) HTML (0) PDF 1.83 M (125) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电动汽车混合储能装置功率分流问题,在三端口变换器拓扑结构基础上提出了能量型储能装置采用电流闭环、功率型储能装置采用电压闭环的控制系统。首先以双输入单输出模态建立该拓扑结构的状态空间模型,分析了功率电路的占空比-电感电流传递函数、占空比-输入电流传递函数和占空比-输出电压传递函数。其次设计了电压闭环控制器和电流闭环控制器,在保证母线电压稳定的前提下,可实现输出功率在功率型储能装置和能量型储能装置之间的精确分配。最后通过实验验证了控制系统在模拟HWFET工况和阶跃负载工况下的输入输出动态响应、电压控制精度和功率分流效果,其结果有利于实现混合储能装置功率精确分流。

    • 不平衡电压暂降下考虑电流峰值的多目标光伏逆变器控制策略

      2022, 20(2):88-97. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.88

      摘要 (35) HTML (0) PDF 1.65 M (80) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对光伏逆变器在电网发生不平衡电压暂降时的输出电流过大问题,提出了一种考虑电流峰值、输出有功/无功功率波动、负序电流的多目标光伏逆变器低电压穿越控制策略。首先对多目标电流参考值进行推导,并在此基础上推导含有多目标参数的峰值电流表达式;然后,在多目标参数的确定基础上,运用多目标人工蜂群算法与最大满意度法利用已得到的峰值电流对输出的有功功率与无功功率进行控制,使得输出有功/无功功率波动和负序电流较小,并使输出电流峰值满足控制要求。最后通过在PSCAD/EMTDC平台搭建光伏仿真模型,验证了控制策略的有效性。

    • 三相LCL并网逆变器自带低通滤波功能的复合控制方法

      2022, 20(2):98-107. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.98

      摘要 (60) HTML (0) PDF 1.67 M (100) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对三相LCL型并网逆变器并网电流存在谐波污染问题,提出一种自带低通滤波功能的复合控制方案。在传统重复控制的内模中建立谐振衰减控制器,改善了重复控制对高频谐波抑制能力不佳的问题,不仅省去了低通滤波器的设计环节,简化了控制结构,同时提升了系统的整体稳态性能。将比例控制与带有谐振衰减控制器的重复控制并联组成自带低通滤波功能的复合控制,提高了系统负载突变时的动态补偿能力。最后提出了对自带低通滤波功能重复控制器参数的设计方案,理论分析和仿真结果验证了该控制方案的有效性。

    • 模块化多电平矩阵变换器的电容电压平衡策略

      2022, 20(2):108-114. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.108

      摘要 (47) HTML (0) PDF 1.28 M (80) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平矩阵变换器M3C(modular multilevel matrix converter)是一种可以实现直接三相交-交变换的多电平拓扑,在大功率、中高压的电力传输或者电机牵引领域有着广阔的应用前景,但M3C变换器包含9个桥臂,模块数目众多,直接控制困难,传统控制系统的设计方法难以适用。因此,首先从双αβ0解耦变换出发,推导了M3C交流侧解耦模型和直流侧方程,并以此为基础提出了一种改进的电容电压平衡策略,以简化控制器设计,减小控制误差。然后分别给出了总电容电压和桥臂间电容电压平衡的控制方法,着重阐述通过控制环流注入改变桥臂功率的直流项,进而补偿电容电压直流偏置,并推导了环流参考的表达式。最后仿真模型和实验结果均验证了所提方法的有效性。

    • 储能变流器低频振荡机理研究及其抑制

      2022, 20(2):115-121. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.115

      摘要 (59) HTML (0) PDF 1.64 M (236) 评论 (0) 收藏

      摘要:世界范围内发生了多起与新能源并网相关的低频振荡现象,储能技术被认为是抑制振荡的有效方案,但大功率储能变流器控制系统结构与参数对低频振荡现象的影响与抑制的研究还较欠缺。针对该问题,首先介绍大规模储能系统的常见结构,以双级型储能变流器中的网侧变流器作为研究对象,建立了储能变流器dq轴小信号模型,得到其主导导纳元素,并分析了控制系统中电压环和电流环PI参数对储能变流器导纳特性的影响,得到引发低频振荡的关键控制因素。在此基础上,提出一种基于电流环的q轴虚拟电阻的方法来抑制振荡,通过仿真和实验验证了所得结论的正确性和所提抑制方法的有效性。

    • 应用于光伏阵列故障诊断的DA-SOM算法研究

      2022, 20(2):122-128. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.122

      摘要 (26) HTML (0) PDF 1.29 M (69) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对自组织映射SOM(self-organizing map)神经网络聚类性能易受其初始权值的影响,采用蜻蜓算法DA(dragonfly algorithm)优化SOM神经网络的局部权重失真指数LWDI(locally weighted distortion index),对神经网络的初始权值进行寻优。以光伏阵列故障数据样本为研究对象,将正常与故障状态下的输出特性进行对比分析,建立故障诊断模型,并利用诊断模型诊断和输出故障类型。仿真结果表明,与基本SOM神经网络及反向传播BP(back propagation)、DA-BP神经网络相比较,DA-SOM神经网络能够得到较优的聚类效果,可有效地提高光伏阵列故障诊断的准确率。

    • 可再生能源电源的电能传输线路损耗评估模型分析

      2022, 20(2):129-136. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.129

      摘要 (38) HTML (0) PDF 1.15 M (84) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对可再生能源电源因线路长且分支多导致电源负荷受时间影响,无法通过独立元件损耗方法评估电能传输线路损耗,研究了可再生能源电源的电能传输线路损耗评估模型。通过失衡度界定可再生能源电网,确定可再生能源电网范围后,采用基于电量法的传输线路损耗评估方法,将线路等值电阻、线路均方根负荷电流、线路有功供电量、线路无功供电量、线路平均运行电压作为模型输入样本,电能传输线路损耗作为模型输出样本,标准化处理输入输出样本后,处理后数据利用核函数设置特征向量空间,在特征向量空间中通过核偏最小二乘回归分析算法建立可再生能源电源的电能传输线路损耗评估模型,实现可再生能源电源的电能传输线路损耗评估。实验结果表明,该模型评估可再生能源电源的电能传输线路损耗相对误差均在1%以内,且适应能力强。

    • 能量产消者的分层控制策略研究

      2022, 20(2):137-144. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.137

      摘要 (37) HTML (0) PDF 1.36 M (78) 评论 (0) 收藏

      摘要:随着屋顶光伏、风机等可再生能源的大量普及,未来配电网中将会出现越来越多的能量产消者。为提高对可再生能源的利用率和实现对能量产消者的电能管理,提出一种基于模糊控制理论的能量产消者分层控制策略。具体是将分布式电源出力和负荷功率、储能荷电状态值SOC(state of charge)及实时电价等作为模糊控制的输入量,经模糊推理、解模糊,确定能量产消者的运行模式。通过在Matlab/Simulink中搭建模型进行仿真,验证了该分层控制策略能够实现电能的合理分配以及提高可再生能源的利用率。

    • 真空断路器动态特性仿真与最优化设计

      2022, 20(2):145-153. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.145

      摘要 (36) HTML (0) PDF 1.41 M (60) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了对真空断路器进行优化设计,应用机械系统动力学自动分析软件ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems) 根据断路器实物模型搭建了断路器虚拟样机模型,并对其进行了动态仿真,仿真与实验结果对比验证了模型的正确性。对仿真结果进行了动态特性分析,得到了动触头位移、速度曲线。同时提出了影响断路器样机分闸弹跳幅度的3种因素,即缓冲弹簧的刚度系数、分闸弹簧的预载荷和曲轴臂质量,研究了这三种因素对分闸弹跳幅度的影响。通过64次实验,给出了实验结果性能的评价方案,并得到其最优结果。最终优化模型将分闸结束时间从54.7 ms降到48.5 ms,时间缩短了11.33%;触头的弹跳幅度从1.254 mm降低到1.002 mm,降幅达到20.1%。

    • SiC器件在卫星电源系统中的应用与分析

      2022, 20(2):154-160. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.154

      摘要 (78) HTML (0) PDF 1.16 M (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:SiC器件作为宽禁带半导体器件代表,具有高击穿场强、高饱和电子漂移速率、高热导率、高电压、高频率和高抗辐照等优越的物理和电气特性,在卫星电源系统中具有巨大的应用潜力。介绍了卫星电源系统发展的现状与趋势,论述了当前国际宇航研究机构对SiC功率器件在卫星电推进系统中应用的研究,并提出SiC器件在卫星中应用的单粒子需求趋势。分析认为SiC功率器件今后的研究重点在于单粒子失效机理的研究、辐照加固工艺完善以及器件改进。

    • 基于大电流导通压降法的车用IGBT结温监测方法综述

      2022, 20(2):161-172. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.161

      摘要 (57) HTML (0) PDF 1.37 M (209) 评论 (0) 收藏

      摘要:车用功率模块应用过程中,现有设计方法存在视在容量的浪费。结温在线监测可以增加可靠性,以大电流导通压降为状态量的热敏感电参数法最有可能实现结温在线监测。面对大电流导通压降法存在的标定困难、采样准确度低、验证困难等问题,建立了合理的热电耦合模型是基础手段,并以高准确性、高稳定性的结温在线监测为目标,从标定、采样、验证三方面进行综述和讨论。

    • 基于改进人工蜂群算法的无线电能传输系统输出控制

      2022, 20(2):173-182. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.173

      摘要 (59) HTML (0) PDF 1.32 M (138) 评论 (0) 收藏

      摘要:磁耦合谐振式无线电能传输系统中,当耦合系数较大时系统将发生频率分裂现象导致输出功率降低。采用软件调频的输出控制可以稳定输出性能。然而输出功率是一个极值个数和半径都可变的多峰函数,因此需要改进标准人工蜂群算法以搜索所有极值。首先通过系统模型的分析,说明频率分裂现象的影响和多峰搜索的必要性,提出一种原边控制方法,得到输出性能的函数。然后提出3种策略对标准人工蜂群算法进行改进,包括采用正交生成法改进了食物源的分布;采用比较父代与子代之间的欧式距离选择食物源,避免漏峰;通过对适应度排序确定个体增量动态地缩小小生境的范围。最后搭建了一个两线圈无线电能传输系统,通过计算和实验证明,改进的人工蜂群算法收敛速度快、优化精度高,在保证传输效率的前提下,能够提高并稳定系统在过耦合状态时的输出功率。

    • 井下定功率高效无线电能传输系统的分析与设计

      2022, 20(2):183-191. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.183

      摘要 (54) HTML (0) PDF 1.76 M (135) 评论 (0) 收藏

      摘要:井下智能阀门控制器作为石油勘探开发的主要工具之一,其工作性能直接影响石油生产成本。因供能蓄电池常难以满足其井下长期反复作业的需求,提出一种适应其结构的无线充电装置。采用双螺旋互套式线圈结构,建立井下无线电能传输系统数学模型,分析负载功率给定时系统高效传输的条件,得到影响定功率系统高效传输的重要参数。运用电磁仿真软件设计和详述材料、线圈线径等参数对系统的影响,并经优选后得到一种给定功率时传输效率达93%的井下无线充电装置。

    • 圆环薄膜型介电弹性体换能器发电量影响因素研究

      2022, 20(2):192-199. DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2022.2.192

      摘要 (43) HTML (0) PDF 1.31 M (76) 评论 (0) 收藏

      摘要:介电弹性体是一种新型的柔性智能材料,与风能、水能、潮汐能相结合,可以用来收集电能量。为了研究影响圆环薄膜型介电弹性体换能器发电量的因素,首先在恒电荷工作方式下,通过对圆环薄膜型介电弹性体换能器的数学模型进行分析,在不考虑内部损耗的情况下,确定了介电弹性体换能器发电量影响因素,然后做初步试验确定各因素对发电量影响的规律。最后通过IBM SPSS Statistics 25软件设计正交试验来确定介电弹性体换能器发电量影响因素的主次顺序。研究结果表明:介电弹性体换能器发电量影响因素的主次顺序分别为固定介电弹性体薄膜的内框半径和外框内半径长度的比例、偏置电压、柔性电极材料、拉伸位移。

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