2014年, 第12卷, 第6期　刊出日期：2014-11-30

  

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太阳能、风力、燃料电池发电
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  可再生能源发电系统、控制与能量管理专辑特邀主编评述

  阮新波

  电源学报. 2014, 12(6): 1-3.

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  新能源对电力电子提出的新课题

  徐德鸿,陈文杰,何国峰,施科研,李海津,严成

  电源学报. 2014, 12(6): 4-9. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.4

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  电力电子技术是新能源和智能电网支撑科技.无论新能源发电装备、储能装备,还是新能源组网都依靠电力电子技术.未来的新能源系统中,电力电子技术将会扮演越来越重要的角色.本文在回顾近几十年来新能源领域电力电子技术发展的基础上,展望未来新能源发电、储能、微电网等发展前景,从多个方面倡述新能源系统对电力电子提出的新的课题.
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  并网逆变器中LCL滤波器改进拓扑的对比研究

  张兴,李飞,王宝基,李浩源

  电源学报. 2014, 12(6): 10-17. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.10

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  电压源并网逆变器交流侧通常采用LCL滤波器进行滤波,但LCL滤波器存在对主导次输出谐波抑制不足的问题,文中分析了这一问题,并在此基础上对4种基于LCL滤波器的改进拓扑展开对比研究,通过开环传递函数和波特图的分析,比较了这些拓扑的高次谐波抑制能力,最后通过Matlab/Simulink进行仿真验证,验证了分析结论的正确性.
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  基于生物地理学的风光柴储系统优化配置

  孙瑜,童亦斌,谢桦,李金科,曹天植

  电源学报. 2014, 12(6): 18-23. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.18

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  随着微电网技术的快速发展,可再生能源的运用逐步得到提高.基于生物地理学优化算法(biogeography based optimization, BBO),在保证发电出力的基础上,以系统运行总成本最小为目标,对包含风光柴储的孤网运行微电网的经济运行方案进行设计,提出一种混合发电系统孤网经济运行的方法.算例结果表明,该优化方法计算时间较短,容易跳出局部最优,表现了该算法在解决非线性问题上的先进性和适用性.设计方案能充分利用可再生能源,协调分布式电源和储能系统,合理可行,验证了算法的有效性.
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  平抑光伏发电功率波动的储能配置方法

  丁志龙,杜春水,张承慧

  电源学报. 2014, 12(6): 24-30. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.24

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  光伏发电具有典型的波动性和间歇性,大规模并网应用危及电网的稳定运行,引入储能可有效平滑并网功率,降低光伏并网对电网的影响.配置储能需要考虑长期的光伏出力情况并顾及光伏并网要求.依据光伏并网国家标准设定了功率平抑目标,设计了一种改进型的储能配置方法.该方法遍历全年的光伏出力情况并采用基于低通滤波算法和概率统计相结合的计算方法,选取了满足全年功率平抑需求的时间常数;分析得出了储能参数的计算公式,进而可获得储能容量和储能功率的配置定额,可满足光伏电站每天的功率平抑需求,提高光伏电站被电网接纳的能力.算例分析验证了该方法的有效性可行性,可为光伏电站的储能配置提供参考.
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  风力发电系统功率波动传递特性的研究

  杨树德,同向前,张皓

  电源学报. 2014, 12(6): 31-35. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.31

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  风电具有间歇性、随机性和不确定性的特点,对电功率波动的评估是合理选择风电场储能互补设施的基础,但对于规划建设中的风电场,往往有丰富的风速数据而没有电功率数据.本文以长时间大量风速和电功率数据为样本,采用小波包将电功率和风功率分解为不同频段下的波动,通过数据曲线拟合得到风功率和电功率波动随频率的变化关系,进而得到从风功率到电功率的传递函数.风电功率传递函数可将电功率波动的估计问题转化为风功率波动的估计,为拟建风电场的功率波动研究提供一种新途径.
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  基于RT-LAB的风电并网混合仿真系统

  毕大强,常方圆,党克,李秋生,于吉庆

  电源学报. 2014, 12(6): 36-41. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.36

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  本文设计了一个风电并网混合仿真的实验系统,该实验系统结合实际的风力发电物理设备,以及RT-LAB实时电力仿真平台,通过实际系统与数字仿真系统中并网点电压、电流的耦合,将实际风电系统嵌入到电力仿真系统中,完成了风电并网数/模混合仿真的研究.通过观测该实验系统中并网点电压、电流等参数的变化可以研究风力发电系统接入电网后整个电力系统的动态特性,以及两者之间的相互影响和相互作用.本文以双馈感应风力发电机组并网控制为例构建了混合仿真系统,通过实验验证了所设计方案的可行性与有效性.
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  通过分区变步长和过采样技术提高MPPT算法的控制性能

  王俊平,曾国宏

  电源学报. 2014, 12(6): 42-47. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.42

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  扰动观察法由于具有控制成本低且易于实现的特点,因此被普遍应用于实际光伏系统MPPT控制.光照条件迅速变化时,扰动观察法可能会导致误判,增大功率损失,降低算法的跟踪速度,为此提出了一种基于过采样技术的分区变步长的MPPT算法,过采样技术是通过增加一次电压、电流采样,利用平滑算法来计算下一光照条件的功率,以此解决光照突变时出现的的误判问题;分区变步长是基于曲线分区,根据功率变化率的大小,将整个电压区域分为3个部分,不同的部分采用不同的占空比进行扰动,并且将二级步长与变步长相结合,以解决扰动观察法存在的跟踪精度和速度的矛盾问题,仿真结果验证了算法的有效性.
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  电励磁双凸极风力发电机系统MPPT控制策略的对比

  周兴伟,周波,郭鸿浩,刘颖

  电源学报. 2014, 12(6): 48-52. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.48

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  本文在分析电励磁双凸极风力发电机工作原理及其控制策略的基础上,针对定桨距风力机,运用叶尖速比法和功率信号反馈法,通过控制发电机励磁电流控制发电机的电磁转矩,调节机组转速,实现最大风能跟踪(MPPT)控制.为研究两种MPPT控制策略的效果,以阶跃风和随机风为例,对两种MPPT控制策略进行了仿真和实验研究,验证了控制策略的可行性与有效性.对两种控制策略进行了对比分析,比较得出功率信号反馈法优于叶尖速比法.
太阳能、风力、燃料电池发电
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  基于SiC MOSFET户用光伏逆变器的效率分析

  胡光铖,陈敏,陈烨楠,习江北,徐德鸿

  电源学报. 2014, 12(6): 53-58. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.53

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  户用型光伏逆变器的发展趋势是高频化、高效率、高功率密度,近年来,SiC MOSFET在电机驱动、光伏逆变器等场合得到了广泛研究.本文将SiC MOSFET应用于1.6 kW两级式光伏逆变器中,提高逆变器的开关频率,对前后两级独立进行了效率分析.在前级Boost中,比较了20~100 kHz 开关频率下,SiC MOSFET和Si MOSFET 对Boost效率的影响;在后级逆变器中,比较了100 kHz SiC MOSFET逆变器与20 kHz Si MOSFET H6逆变器的效率.搭建了1.6 kW两级式光伏逆变器实验模型,采用SiC MOSFET,并在逆变器实验模型上对分析结果进行了实验验证.
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  直驱风电系统三电平变流器的设计与仿真

  杨国良,张恩贝,方一鸣

  电源学报. 2014, 12(6): 59-65. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.59

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  多电平逆变器适合大容量、高压的场合,得到了越来越多的应用.本文对三电平逆变器SVPWM调制手段进行了深入研究,同时对三电平逆变器中点电位平衡的问题也进行了探讨.由于中点电位的不平衡是钳位式三电平逆变器运行过程中比较严重的问题,对此本文分析了大、中、小矢量对中点电位的影响,找到哪些矢量能够影响中点电位的波动,并得出通过对成对小矢量的作用时间分配能够控制中点电位的结论.最后通过对系统的仿真,验证了算法的可靠性.
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  基于可变虚拟阻抗的接口逆变器改进下垂控制

  郭忠南,张纯江,孟晓脉,阚志忠

  电源学报. 2014, 12(6): 66-72. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.66

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  分布式发电单元通过接口逆变器与微电网母线相连,故其接口逆变器的控制对微电网的运行性能有着重要的影响,本文针对微电网在孤岛运行下接口逆变器的控制进行研究.为了使低压微电网与大电网具有相似特性,在逆变器中引入虚拟功率解耦控制,使低压微电网具有大电网的P/f-Q/V下垂控制特性.在此基础上本文详细分析传输阻抗不等对DG输出功率的影响,提出了可变虚拟阻抗的下垂控制,改善了两台DG输出功率的均分.利用MATLAB对上述控制方法进行了仿真验证,并在以数字信号处理器TMS320F2812作为控制板的实验平台上完成了实验验证,结果验证了上述控制的可行性.
太阳能、风力、燃料电池发电
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  基于虚拟阻抗参数优化的并联逆变器控制研究

  杨柳,王萍

  电源学报. 2014, 12(6): 73-78. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.73

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  无互联线的并联逆变器以其冗余度高、灵活性好等优点备受关注.但是由于无信息的交流,逆变器本身参数、线路阻抗、参考电压等因素的差异可能引起逆变器间的环流流动.基于虚拟阻抗的并联逆变器控制方式可降低系统对上述差异的敏感度,减小逆变器间的环流.但是传统虚拟阻抗的参数通过经验和逆变器等效阻抗的波特图选取,参数往往非最优化,均流效果的动态性能也不理想.通过分析逆变器等效阻抗的零极点位置变化对系统稳态及暂态性能的影响,提出了一种优化虚拟阻抗系数的方法,有效地改善了逆变器的动态及稳态性能,提高了多逆变器并联运行的稳定性.建立两个逆变器并联的拓扑结构,通过仿真结果的分析验证了所提方法的可行性和正确性.
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  基于MMC的铁路功率调节器环流抑制策略

  王之赫,荆龙,吴学智,李金科,王卫安

  电源学报. 2014, 12(6): 79-85. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.79

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  针对铁路电力机车负荷对电网带来的电能质量问题,多电平铁路功率调节器(MRPC)能够满足高压大功率应用领域的要求,实现电能质量的改善和调节.然而,MRPC内部存在的桥臂环流将影响MRPC输出特性.本文首先建立了三桥臂MRPC环流模型,分析了MRPC环流、桥臂电流和交流输出电流之间的数学关系,在此基础上对MRPC环流机理和构成进行了分析.为了抑制MRPC环流,提出了基于比例谐振调节器的环流抑制策略,该方法可以降低补偿延时,改善环流抑制效果.最后,通过RT-LAB实时仿真平台,对三桥臂MRPC环流抑制策略进行了仿真验证,结果验证了该方法可以显着抑制桥臂环流,使得MRPC系统稳定运行.
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  基于0-1序列的三相并网逆变器孤岛检测方法

  王晓寰,张修北,董杰,张纯江

  电源学报. 2014, 12(6): 86-92. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.86

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  随着分布式发电系统容量的不断增加，同时为了保证供电的稳定性和可靠性，IEEE Std.1547 提出了孤岛后脱网运行的概念，传统孤岛保护的观念受到冲击。本文提出一种适用于微电网运行与控制的新型主动式孤岛检测方法，该方法在不破坏逆变器孤岛运行条件的前提下，对并网逆变器的PWM调制波进行0-1序列调制，实时采集并网公共点电压，利用数理统计方法提取输出电压的二次方差值，根据数学特征值在并网与孤岛模式中的变化判断孤岛，属于非破坏性孤岛检测方法。理论分析、仿真和实验结果证明了该方法的正确性和可行性。
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  电网电压不平衡时基于二阶广义积分器SOGI的2倍频电网同步锁相方法

  闫朝阳,贺红艳,李建霞,苏明

  电源学报. 2014, 12(6): 93-100. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.93

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  为了实现逆变器在电网电压不平衡时的控制并网,提高锁相环节的速度和精度,本文基于二阶广义积分器(second order generalized integrator, SOGI),提出一种新型的2倍频锁相方法,该方法对不平衡电网电压产生的2倍频交流量进行锁相,从而快速准确地实现与电网同步.介绍了2倍频正负序交流量提取方法,2倍频锁相工作原理及电网同步锁相过程.优化了SOGI正交发生器(SOGI-quadrature signal generator,SOGI-QSG),消除了输入电压直流偏置对其输出产生的影响.在电网电压不平衡条件下对所提方法进行了仿真与实验,验证了该锁相方法的有效性.与传统基波锁相方法相比,所提方法提高了对电网电压正序分量检测的快速性和准确性.
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  用于DFIG风电场接入电网的固态变压器控制策略

  李程,廖勇

  电源学报. 2014, 12(6): 101-107. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.101

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  通过对电网故障情况下DFIG定、转子电压、电流过渡过程机理的分析,提出了通过控制固态变压器(SST)风场侧换流器电压的下降和故障切除时电压上升的斜率,来抑制电网故障过程中因电网电压突变而使双馈发电机的电压、电流以及转矩产生的冲击.分析了通过SST控制风场侧电压下降斜率与能量传递、SST直流链等效电容容值的关系,同时也分析了电网故障过程中,风场侧电压与电网电压跌落的关系.最后建立了双馈风力发电机、SST及其控制系统的模型,并针对电网三相短路故障进行了仿真计算,进一步验证了所提控制策略的正确性和有效性.
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  电力电子变压器故障下的运行策略

  周柯,涂春鸣,高立克,兰征,刘鹏,胡洋凯

  电源学报. 2014, 12(6): 108-114. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.108

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  电力电子变压器(Power Electronic Transformer，PET)作为电力电子变换技术的最新应用，能解决电力系统中许多的新课题，但易发生故障，影响电网的稳定运行。本文分析了级联型PET的故障形式，将其双主动桥（Dual Active Bridge，DAB）故障作为典型对象研究。针对故障提出检测方法和应对运行方案，最后对提出的方案进行仿真验证。仿真结果表明，PET能在故障情况下平稳调整运行策略，维持整体稳定运行，故障维修时对电网运行零影响。
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  重负荷切换下电力电子变压器的稳定性研究

  周柯,涂春鸣,高立克,刘鹏,李小栋

  电源学报. 2014, 12(6): 115-120. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2014.6.115

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  电力电子变压器(power electronic transformer, PET)作为在电力系统中应用的新型变压器,其运行的稳定性对电力系统而言非常重要.然而,PET是由AC-DC,DC-DC等环节组成的多级电力电子装置,当PET的负载在重负荷下切换时,系统内各级之间的耦合会导致直流侧电压出现波动,使得PET存在不稳定的情况.本文对PET在重负荷切换时的稳定性进行了初步研究,分析了直流侧电压在重负荷切换时的瞬态响应,并提出了应用于PET的一种前馈控制方法,使PET能够抑制由负荷切换所引起的不稳定情况,减小直流侧电压出现的波动.仿真结果表明,该前馈控制方法可以有效地抑制PET由负荷切换所引起的不稳定情况,减小直流侧电压出现的波动.