电源学报

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一种基于节点比较法的三相四桥臂并网逆变器模型预测控制方法

曹天旭，安浩澎，龙波

电源学报. 2022, 20(3): 1-9. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.1

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三相四桥臂并网逆变器在三相四线制系统中得到了广泛的应用。建立了三相四桥臂LCL型并网逆变器的精确模型，采用模型预测控制并综合考虑跟踪误差与开关损耗，求出最合适的开关序列，其效果优于传统控制方法。为了解决运算量大的问题，使用球形译码算法，把代价函数匹配为球形译码的标准形式，同时引入一种新的初始半径选取方法，即节点比较法，进而减小计算量。仿真结果表明，所提方法中电流波形的跟踪误差和谐波失真均满足要求，并有较好的动态响应。

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基于盖尔圆定理的三相并网逆变器系统稳定判据及稳定性分析

谢玲玲，何方正，孙昌茂

电源学报. 2022, 20(3): 10-20. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.10

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随着愈来愈多的并网逆变器接入电网，逆变器与电网之间的阻抗交互作用对系统的稳定可靠运行是一个潜在威胁。为此，开展对并网逆变器接入电网的稳定性研究具有重要的意义。建立了在dq坐标系下的三相LCL型并网逆变器小信号阻抗模型。该模型考虑了锁相环和电流环补偿因素对逆变器阻抗特性的影响，提高了模型的精度。在此基础上，对系统的稳定性进行理论分析，系统的稳定性判定具有重要的工程指导意义。为解决传统广义Nyquist稳定判据所需计算量较大、使用困难的问题，提出了一种基于盖尔圆定理的系统稳定性判据，在保证系统稳定的同时大幅降低了计算量，可以作为一种实用的系统稳定区域估算方法。仿真和实验结果与理论分析一致，验证了所提方法的正确性。

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基于子模块组合的模块化多电平变换器简化空间矢量调制策略

白志红，李奕飞，王伯荣，马皓

电源学报. 2022, 20(3): 21-26. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.21

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调制策略对模块化多电平变换器MMC（modular multilevel converter）的稳定运行有着至关重要的作用。针对空间矢量调制SVM（space vector modulation）策略应用在MMC中存在计算复杂度高的问题，提出了一种简化的SVM控制策略。首先，将子模块分组构成子单元，使用三电平SVM对每一个子单元进行控制。其次，将相邻子单元的采样时间均匀地错开，以实现MMC多电平输出，降低输出电压和电流的谐波含量。最后，结合电容电压排序策略对子模块进行灵活控制，保证子模块电容电压的均衡。所提出的调制策略在子模块数量较多的MMC拓扑中实施简单，计算复杂度低，控制灵活性高。实验验证了所提方法的可行性和有效性。

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基于模型预测的MMC-RPC直接功率控制策略

宋平岗，杨长榄，龙日起，雷文琪

电源学报. 2022, 20(3): 27-36. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.27

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为了实现对传统铁路牵引供电系统中的负序、谐波和无功问题的综合治理，在直接功率控制基础上将模型预测与直接功率控制MPDPC（model predictive direct power control）结合引入模块化多电平结构的铁路功率调节器 MMC-RPC（railway power conditioner with modular multilevel converter structure）。以每一个控制周期结束时功率误差最小为原则确定了目标函数，并在传统MPDPC控制上加入了延时补偿，以得到最优的MMC-RPC交流端口电压矢量进行调制。在Matlab/Simulink中搭建基于MPDPC的MMC-RPC仿真模型，并与直接功率控制和双闭环PI控制的MMC-RPC进行对比，验证了模型预测直接功率控制策略运用到MMC-RPC的优越性和可行性。

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一种线性卡尔曼滤波的并网逆变器的自适应准PR控制器

娄一川，梁理程，杨浩，滕馥遥，宋国杰，陈延明

电源学报. 2022, 20(3): 37-44. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.37

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弱电网条件下存在电网频率偏移，使用固定参数的准PR控制器会导致控制性能下降，追踪电网频率并增强锁频环FLL（frequency locked loop）的抗干扰能力尤为重要。为此，提出一种基于线性卡尔曼滤波的并网逆变器自适应准PR控制策略。首先，针对传统锁频环抗干扰能力不足的问题，设计了一种基于线性卡尔曼滤波的锁频环LKF-FLL（linear Kalman filter-frequency locked loop），提高锁频环的抗干扰性。利用设计的LKF-FLL跟踪电网基频，根据时变的电网基频，实时改变准PR控制器的谐振频率以实现自适应跟踪电网基频，从而保证准PR控制器的控制性能，改善并网电流的电能质量。最后，通过仿真实验及实验样机的研制，验证LKF-FLL策略的可行性和优越性。

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一种SVPWM简化算法的设计与实现

马建辉，高佳，周广旭，朱孟美，慕永云

电源学报. 2022, 20(3): 45-51. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.45

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针对传统空间矢量脉宽调制（SVPWM）算法需要进行求反正切、求正弦、求余弦等三角运算，造成其在嵌入式MCU中实现较为复杂、计算量大的问题，介绍了一种简化的SVPWM算法。设计了一种和（a，b，c）三相参考系成逆时针90°夹角的（a'，b'，c'）参考系，使新的三相参考系和SVPWM扇区边界垂直，将（α，β）正交坐标系下的合成电压空间矢量U_s映射到（a'，b'，c'）参考系，根据a'、b'、c'轴分量的正负号直接判断矢量所在扇区。将PWM模块设置为中心对齐模式，跳过基本矢量维持时间的计算，根据标幺化的a'、b'、c'轴分量和U_s所在扇区直接计算PWM模块的占空比，采用七段式SVPWM方法实现对a、b、c三相相电压的SVPWM。所提算法简化了SVPWM中的空间矢量扇区判断和占空比计算，缩短了SVPWM的运算时间，为进一步提升逆变器的开关频率提供了空间。

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电网电压不平衡条件下VIENNA整流器滑模控制策略

李山，贺梧童，郭强，兰蔚

电源学报. 2022, 20(3): 52-61. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.52

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三相VIENNA整流器作为新型的三电平拓扑结构，因其功率密度高、电压应力小和实现单位功率因数运行等特点在大功率整流场合中运用广泛。针对电网不平衡时直流侧电压产生的二倍频波动，设计了一种在两相静止坐标系下的改进型不平衡控制策略。首先利用双同步坐标系的解耦软件锁相环实现电网电压正负序分量的分离，然后基于正负序双电流环独立控制结构将滑模控制SMC（sliding mode control）引入到电流控制器中，通过所设跟踪误差选取合适的滑模面及滑模趋近律，有效实现了直流电压纹波抑制以及输入电流谐波含量的最小化。最后在Matlab/Simulink软件中搭建了电网不平衡下VIENNA整流器控制系统的仿真模型，验证了所提控制策略的正确性和可行性。

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基于滑模变结构的Vienna整流器控制研究

薛彪，党超亮

电源学报. 2022, 20(3): 62-70. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.62

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三相三电平Vienna整流器由于具有功率密度高、开关电压应力小、网侧电流谐波小等优势，在数据中心供电系统等交直流混合供电电源中获得广泛应用。然而三相Vienna整流器并网电流性能对于控制器参数取值依赖性强，不合理的取值往往导致网侧电流畸变且系统抗干扰性差。为有效改善并网电流动静态性能，提出一种新型的基于双闭环滑模变结构的载波SVM控制策略,进一步采用了一种改进型幂次趋近律并给出了中点电位直流波动抑制策略。为验证所提滑模控制SMC（sliding mode control）方案的正确性，构建了完整的仿真与实验测试模型，给出了详细的理论分析与设计方案，仿真与实验结果表明所提控制策略可有效改善并网网侧电流动静态性能，同时保证了直流侧中点电位均衡。

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磁集成开关电容高增益级联Boost变换器

荣德生，陈靓，任杰，朱晓林

电源学报. 2022, 20(3): 71-79. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.71

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为进一步改善基本级联Boost变换器的电压增益等关键性能，提出了一种磁集成开关电容高增益级联Boost变换器。该变换器利用拆分开关电容的两个倍压单元，使之与级联变换器的前级储能结构重新组合，同时将磁集成技术应用其中，一方面实现高电压增益，同时减小开关管的电压应力与电感电流纹波。分析变换器的各个工作模态，推导出性能参数，给出了磁集成设计方案,最后通过仿真和实验样机实验，验证了理论分析的正确性。

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耦合电感型Boost-Sepic高增益DC-DC变换器

郭瑞，张力之，韩冬，黄陈辉

电源学报. 2022, 20(3): 80-88. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.80

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为了提高DC-DC变换器电压增益，将Boost变换器与Sepic变换器进行有机结合，提出一种耦合电感型Boost-Sepic高增益DC-DC变换器。该变换器把传统Boost-Sepic电路中的电感换成耦合电感一次侧，耦合电感二次侧和2个倍压单元结合变成桥式倍压单元加入传统Boost-Sepic电路中，以此实现变换器的高增益并降低开关管的电压应力。通过理论分析和实验验证表明：该变换器使得电压增益升高，降低开关管的电压应力实现开关管的零电压开通，又减轻了二极管的反向恢复问题。

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屏栅电源新型双全桥拓扑的模型预测控制

安昌祖，张蕊萍，翟浩，董海鹰

电源学报. 2022, 20(3): 89-97. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.89

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针对屏栅电源的传统PID双闭环控制精度低及鲁棒性弱的问题，提出了电流内环采用PID控制器、电压外环采用MPC控制器的双闭环控制方法。该方法首先分析了新型双全桥拓扑的结构及工作模式，其次根据拓扑建立小信号模型并设计电流内环控制器参数，将内环作为被控对象建立预测模型并完成MPC控制器设计。为验证MPC双闭环控制方法的合理性，最后在Matlab中搭建MPC双闭环控制和PID双闭环控制进行对比。仿真实验表明，与PID双闭环控制相比，MPC双闭环控制能有效克服因负载扰动对输出的影响，提高系统的动态性能和抗干扰能力。

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提高LLC谐振变换器轻载效率的改进型间歇控制

王爱玲

电源学报. 2022, 20(3): 98-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.98

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间歇控制可提高LLC谐振变换器的轻载效率，但存在效率提升效果有限和输出电压纹波大的问题。为解决此问题，提出了一种改进型间歇控制方法。该控制方法在工作时间内将驱动脉冲数固定为3个以获得最优运行轨迹，而关断时间的长短则通过电压环自动调节。所提方法使得变换器在能量传输阶段始终运行在最佳运行轨迹上，从而进一步提高了轻载效率，减少工作脉冲数，有效降低输出电压纹波。对改进型间歇控制方法的原理分析、参数设计及具体实现方式进行介绍，并研制了一台300 W样机。实验结果表明，样机在间歇模式运行段内效率平均提升5.2%。

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Boost型LED恒流驱动电路逆系统解耦控制

龚翌凡，陆益民

电源学报. 2022, 20(3): 105-114. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.105

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LED是非线性半导体器件，针对其线性模型难以建立而无法用线性系统理论设计控制器的问题，以Boost型LED恒流驱动电路为例，提出了一种逆系统解耦双电流环控制方法。在建立了系统大信号平均模型的基础上，采用双电流环控制结构，基于逆系统理论对内电流环和外电流环进行解耦，并分别将其补偿为一阶积分子系统，进而采用最优控制理论对线性子系统进行控制器设计。仿真结果表明，所提控制策略能使Boost型LED恒流驱动电路具有良好的稳态和动态性能。最后，设计了一台实验样机，从电学和光学两个角度进一步验证了所提控制策略的正确性和有效性。

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无电解电容LED驱动电源纹波补偿控制策略综述

乔之勇，施怡乐，张良，王顺利，张楠，刘知贵

电源学报. 2022, 20(3): 115-125. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.115

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随着LED照明领域的不断拓展和人们对健康光源的迫切需要，LED光源的频闪问题备受关注。流经LED光源的纹波电流不但会引起频闪，还会对光度、比色性能和光效等造成不良影响。无电解电容LED驱动电源纹波补偿控制能有效兼顾长寿命和低纹波等性能指标的优化设计，从而为人们提供高效节能且更加健康的LED光源。通过归纳分析无电解电容AC-DC LED驱动电源的关键技术和纹波补偿控制策略，对大功率无电解化LED驱动电源合理化指标要求、拓扑结构、小信号模型、自适应数字电流预测控制、自适应纹波补偿控制和高频能量同步传输控制等进行了展望，并针对工程应用提出了相应的实现思路，以期助推绿色健康LED驱动电源的研究。

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基于扩展卡尔曼滤波的无速度传感器无刷双馈感应电机直接转矩控制

郑诗程，周甜军，郎佳红

电源学报. 2022, 20(3): 126-132. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.126

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本文提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的无速度传感器无刷双馈感应电机直接转矩控制策略。通过对三相无刷双馈感应电机在转子速度坐标系下的数学模型进行分析，推导出系统的状态方程和观测方程，实现基于扩展卡尔曼滤波算法的转子速度和功率及控制绕组磁链的估计。根据磁链的估计值计算出电磁转矩，并通过对控制绕组磁链进行定向和逆变器开关状态的判定实现无刷双馈感应电机的转矩控制。仿真结果表明，在速度给定阶跃变化、负载突变的情况下，所提控制策略均能实现对转速和磁链的精确估计，系统运行稳定。

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计及开关频率分区优化的PMSM三电平模型预测控制

朱晨光，於锋，罗潇，吴晓新

电源学报. 2022, 20(3): 133-143. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.133

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为降低传统三电平供电的永磁同步电机模型预测控制系统的开关频率，提出一种计及开关频率分区优化的PMSM三电平模型预测控制方法。首先，将空间电压矢量平面划分为12个扇区，并且根据上一时刻电压矢量所在位置，选择相邻扇区的电压矢量作为备选矢量。其次，加入对开关状态切换的限制，每个开关周期仅允许一相开关状态发生连续性跳变，减少备选矢量数量的同时能够有效降低开关频率。进一步，利用具有相同空间位置但对中点电位影响相反的正负冗余小矢量来平衡中点电位。最后，通过仿真和实验，验证该控制策略的有效性。

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微电网储能系统调度日SOC初值确定方法

郑健，杨耕，耿华

电源学报. 2022, 20(3): 144-151. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.144

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新能源微电网孤岛运行时，微电网的经济性和可靠性依赖于储能系统ESS（energy storage system）的功能发挥。在以天为单位的调度中，对ESS功能的需求转化为在综合考虑多天微电网能量需求的情况下对每日ESS的能量调度，其中含电池荷电状态SOC（state of charge）每天初值的确定。通过分析微电网多日供用电典型工况对调度日ESS的SOC初值的不同需求，基于多时间尺度预测和调度方法，提出了一种ESS调度日SOC初值的确定方法。设计了调度模型，引入每日SOC终值下限约束，根据多日工况对ESS的能量需求给出该下限值，进而以该调度模型进行多时间尺度调度确定下一日SOC初值，并作为下一日调度的输入。日调度和确定SOC初值滚动递进，使得基于该ESS的调度计划能够满足微电网多日能量需求。分析和算例说明了该方法的有效性。

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考虑元件温-湿关联影响的氢燃料电池系统动态可靠性分析

高清振，时培成，潘道远

电源学报. 2022, 20(3): 152-160. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.152

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为了研究元件关联作用对氢燃料电池系统可靠性的影响，以集流板、扩散层和催化层的性能状态与质子膜温度失效和湿度失效的关联关系为研究对象，利用马尔科夫方法建立元件多状态退化模型。通过转移系数描述元件状态转移率与关联特性的动态关系，构建新的状态转移矩阵；基于通用发生函数导出关联系统多态可靠性分析模型，并讨论了多元件关联情形的模型特点；结合Kolmogorov方程求得多态元件各状态下的概率，分别研究了单一关联组和多关联组温-湿复合影响两种情况下的系统可靠性趋势。结果表明: 质子膜的状态转移率会随着集流板、扩散层和催化层性能的退化而改变；当上述元件处于高性能状态时，质子膜的关联特性使系统的可靠度更高，而这些元件在低性能状态时，关联特性使系统的可靠度更低；冷却元件的状态对系统可靠性的影响比增湿元件状态的影响大。研究结果可为电池系统可靠性设计和寿命周期预测提供理论依据。

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串联电池组主动均衡拓扑及控制策略研究

刘威，唐传雨，王天如，那伟，孙金磊

电源学报. 2022, 20(3): 161-169. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.161

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电池单体以串、并联的形式构成电池组，广泛应用于各类储能系统中。由于制造工艺和使用环境的不同，以及电池单体间内阻、库伦效率等参数的不一致在反复充放电后形成电池组电量的不均衡，导致电池组可用容量下降、电池组整体功率衰退等。为此，针对串联电池组提出了一种包括基于正激变换器的双向DC/DC变换器及开关阵列的主动均衡电路拓扑。在主电路工作原理分析的基础上，进一步提出了一种基于聚类分析的SOC均衡控制策略，并以8节电池单体串联构成电池组进行均衡验证实验。实验结果表明经过均衡操作后，不均衡电池组可用容量有所提升，证明了均衡策略及均衡系统的有效性。与传统的“平均差”法可用容量提升2.6%相比，所提出的均衡策略可用容量提升10.8%，提升效果更明显，在均衡时间基本一致的前提下，对电池组一致性改善效果更好。

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基于线电压误差标准化的三电平APF开路故障诊断方法

汪玉凤，钱豪豪

电源学报. 2022, 20(3): 170-178. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.170

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为提高有源电力滤波器APF（active power filter）系统运行可靠性，针对三相三电平并联型APF功率开关管发生的开路故障，提出基于线电压误差标准化的故障诊断方法。该方法根据APF系统在正常状态和故障状态下输出线电压存在误差，通过分析误差与当前系统控制状态信号、输出电流之间的逻辑关系进行故障诊断与定位。为了简化算法，对线电压误差相对于直流侧进行标准化处理；设定阈值与诊断变量进行比较，消除测量误差；同时采用时间标准提高故障诊断的可靠性。该方法可以实现故障诊断与定位同时完成，且所用时间限定在采样周期量级，具有很好的快速性和可靠性，同时适用于系统的动态响应过程。仿真结果分析验证了该方法的有效性。

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带LCL滤波器的APF新型预测电流控制策略

佘东，胡中玉

电源学报. 2022, 20(3): 179-186. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.179

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针对带LCL滤波器的有源电力滤波器APF（active power filter）的优化控制问题，设计了一种新颖的预测电流控制方案。传统的APF控制器采用多旋转坐标系变换和PI调节器实现对谐波的控制，此外还有谐振控制方案，但都存在计算负担随谐波次数增加而增大的缺点。新型预测电流控制方案结合使用了比例预测控制、积分预测控制和阻尼算法，实现了在计算量固定条件下的APF优化控制，其中积分预测控制可以补偿由参数扰动引起的模型误差。利用APF实验平台开展了动静态实验，结果验证了使用所开发的新型预测电流控制方案在稳态和负载变化的情况下均具有优良的控制性能，并能完成对高次谐波的补偿。

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基于相关性分析的微网分布式电源能量管理建模与仿真

高博，毛荀，王峰，占勇

电源学报. 2022, 20(3): 187-195. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.187

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为确保微电网安全、稳定运行，提高能源利用率，研究了基于相关性分析的微网分布式电源能量管理协调控制方法。根据微网能量管理系统特点，以确保符合电能质量标准的微网功率平衡、电压频率稳定、实现级别高负荷优先供电为控制目标，以满足微电源和储能装置功率需求为约束条件，构建了微网分布式电源能量管理模型。在此基础上，通过负荷Agent控制策略，基于微网分布式电源、线损及负荷间的有功功率相关性分析，合理配置微电网能量，实现微网分布式电源能量管理。算例仿真结果表明：所提管理控制方法可以显著降低用户运行成本，确保光伏发电和风力发电维持最大输出功率，保证微网频率和电压的波动符合国家标准偏差，其中电压波动幅度小于5%，稳定性极佳。

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由暂态操作引起的电子式互感器采集单元信号线骚扰电流分析及测量

杨志超，孙绍哲，李虹，赵明敏，赵鹏，林珊珊

电源学报. 2022, 20(3): 196-203. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.3.196

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电子式互感器采集单元受隔离开关分合空载母线过程中产生的特快速瞬态过电压VFTO（very fast transient overvoltage）影响较为严重。为提升电子式互感器的抗电磁干扰能力，基于110 kV AIS隔离开关分合容性小电流试验平台，对电子式电压互感器采集单元信号线骚扰电流进行分析，并通过实测验证了分析的正确性。采集单元信号线L线骚扰电流主要由电容分压器低压臂电容输出瞬态过电压引起，采集单元信号线N线骚扰电流主要由电容分压器接地点瞬态地电位升引起，二者频率及幅值具有较大差异。为了研究共模骚扰电流的主要影响因素，基于分析、实测建立仿真模型，并通过不同工况下仿真及实测结果对比，验证仿真模型的正确性，仿真结果表明共模骚扰电流和地线电感、对地分布电容呈正相关。

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2022年, 第20卷, 第3期　刊出日期：2022-05-30

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