2022年, 第20卷, 第4期　刊出日期：2022-07-30

  

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电源的数字控制
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  一种多模态宽范围箝位桥并联型LLC变换器控制方法

  缪哲语，仝昊，吕征宇，姚文熙

  电源学报. 2022, 20(4): 1-10. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.1

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  对箝位桥并联型LLC变换器提出了多模态的宽增益范围控制策略。首先讨论了箝位桥并联型LLC变换器的子模态控制原理及工作特性。针对现有控制方案各子模态逻辑独立、整体增益范围有限等不足，对箝位桥并联型LLC变换器提出一种平滑柔性多模态控制策略，并说明了各子模态的工作特性及整体控制方法。样机实验证明所提方法能使箝位桥并联型LLC变换器实现极宽的增益范围，且在全工作范围内保证变换器零电压开通，拓宽副边零电流关断范围，实现宽范围下的高工作效率。
软开关技术
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  移相全桥ZVS直流变换器研究综述

  许章茁，潘健

  电源学报. 2022, 20(4): 11-27. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.11

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  移相全桥零电压开通ZVS (zero voltage switching)直流变换器具有工作频率恒定、拓扑结构简单、功率密度高且能利用器件自身的寄生参数谐振实现ZVS等特点,在中高功率应用场合中备受青睐。然而,传统移相全桥ZVS变换器软开关范围有限,存在环流损耗、副边占空比丢失以及整流桥寄生振荡等缺陷。针对移相全桥ZVS变换器存在的问题进行了分析,对典型的拓扑结构和调制策略进行分类,比较了各方案的优势与不足,并提出了一种基于互补占空比的改进方案,建立模型并进行了仿真验证。
逆变器与UPS
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  基于多级特征提取的并网逆变器故障诊断策略

  耿俊超，王天真，韩金刚，陈国栋，汤天浩

  电源学报. 2022, 20(4): 28-36. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.28

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  由于降低了谐波含量,减少了开关损耗,且易于模块化,级联型H桥多电平逆变器在可再生能源并网系统中得到了广泛的应用。随着电平数的增加,其使用的开关器件(IGBT)数量随之增多,相应的故障概率与故障类型也在增加。在多种故障情况下,传统的故障特征提取方法不能有效地提取故障的关键特征,从而造成诊断精度的下降。针对这一问题,提出了一种基于多级特征提取的故障诊断策略。首先利用PCA对故障特征进行初步提取,然后基于欧氏距离阈值提取关键故障特征,最后使用ELM分类器完成故障诊断。实验结果表明,所提出的诊断策略具有更少的输入特征向量维度和更高的故障诊断精度。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  电动汽车用V2G并网逆变器改进型MPC算法研究

  谢鹰，钱科军，於锋，刘乙，郑众，刘兴

  电源学报. 2022, 20(4): 37-46. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.37

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  针对传统模型预测控制MPC (model predictive control)算法开关频率不固定、稳态性能差等问题,提出了一种基于拉格朗日乘数法的模型预测电流控制LM-MPCC (model predictive current control based on Lagrange multiplier)算法,并应用于电动汽车用两电平V2G (vehicle-to-grid)并网逆变器。比起传统MPC算法,该算法不仅能够实现逆变器开关频率固定,还可以大大提高系统稳态性能,提高输出电流控制精度。首先,从电路拓扑出发建立了逆变器数学模型并介绍了传统MPC算法。在此基础上,详细分析了所提控制算法的实现方式,包括期望矢量与占空比计算。最后,实验与仿真结果验证了所提控制算法的有效性。
逆变器与UPS
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  多逆变器同步输出控制设计及实现

  王成亮，王双，徐妍，杨庆胜

  电源学报. 2022, 20(4): 47-52. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.47

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  为实现多逆变器的同步输出,采用闭环控制的方法,采集各逆变器的输出相位信息,通过控制器计算相位差,利用相位差来调节逆变器的驱动信号,从而实现逆变器的输出同步。由于线圈耦合机构处于完全的谐振状态,因此逆变器的输出电压与电流为同步信号。其中相位信息的采集主要通过电流互感器与电压比较器相结合,将线圈电流的正弦信号转换为方波信号提供给控制器,利于后续相位差的计算。驱动信号的调节主要通过控制器FPGA对驱动信号进行移相来改变输出相位,从而实现逆变器同步输出的控制。
模块化多电平变换器
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  混合型MMC的开关频率优化控制算法

  张扬，夏文涛，刘汉军，林卫星，张贝贝

  电源学报. 2022, 20(4): 53-60. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.53

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  混合型模块化多电平换流器MMC (modular multilevel converter)的桥臂由半桥子模块HBSM (half-bridge sub-module)和全桥子模块FBSM (full-bridge sub-module)组成,损耗低、成本低,同时具有故障穿越能力。但是,子模块SM (sub-module)电容均压会造成较高开关频率,导致开关损耗较大。为了解决该问题,研究了基于混合型MMC的开关频率优化控制策略,将保持因子引入混合型MMC模型,通过数学推导,设计了基于电容电压波动率的保持因子控制器。仿真结果表明,开关频率优化控制算法在保持均压效果的前提下,有效降低了开关频率,在高压直流输电等领域具有理论意义和工程实践价值。
逆变器与UPS
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  一种新型电源嵌入式Z源逆变器

  房绪鹏，林强，王晓丽，李凤钊

  电源学报. 2022, 20(4): 61-68. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.61

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  提出了一种新型电源嵌入式Z源逆变器。该逆变器采用双电源供电结构,在一定的占空比范围内相较于传统Z源逆变器拥有更优秀的升压能力,并且可以在单电源故障的情况下继续运行,电路稳定性好,电路器件电压应力小。首先介绍了该逆变器的工作原理,分析了电路的正常和非正常工作情况,并与其他逆变器性能做比较,在理论上论证了其优越性。最后,利用Matlab/Simulink软件搭建仿真模型并制作实物电路进行测试,验证了理论分析的正确性和可行性。
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  一种抑制三相两电平逆变器电流纹波的变零矢量分配PWM方法

  梅立雪，王发良，谈启伦，汪兆栋

  电源学报. 2022, 20(4): 69-77. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.69

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  三相两电平逆变器广泛应用于交流电机驱动、电能变换等领域。由于逆变器的输出电流含有纹波成分,会给系统带来损耗增加、性能下降等问题。在脉冲位置居中对称的前提下推导了电流纹波模型,分析了脉冲宽度调制PWM (pulse width modulation)技术中开关周期、脉冲占空比和脉冲位置对电流纹波的影响,并提出了一种改变脉冲占空比抑制电流纹波的PWM方法,即变零矢量分配脉冲宽度调制VZDPWM (variable zero-vector distribution pulse width modulation)技术。最后,通过仿真和实验验证了VZDPWM抑制电流纹波的有效性。
电池及充电技术
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  基于LC-L储能的串联电池组均衡方法研究

  郭向伟，刘震，胡治国，艾永乐，耿佳豪

  电源学报. 2022, 20(4): 78-85. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.78

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  新能源汽车动力电池组在实际使用过程中不可避免地存在不一致性问题,这种不一致性会降低电池组的能量利用率及使用寿命,甚至危及电池系统的安全。为改善电池组的不一致性问题,提出了一种基于LC-L储能的串联电池组主动均衡拓扑。利用电感电容谐振电路实现能量转移,利用缓冲电路减小均衡电流的突变,均衡能量可以在任意单体间转移。所提新拓扑具有结构简单体积小、易于扩展的特点。通过搭建4节单体串联的电池组均衡实验平台验证了新型均衡拓扑的有效性,通过与传统均衡拓扑的对比,说明了新型均衡拓扑的优点。
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  车载退役锂离子电池回收研究

  梁新成，张勉

  电源学报. 2022, 20(4): 86-91. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.86

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  退役锂离子电池在使用寿命、比能量、标称电压和环境友好性方面与其他类型的电池相比具有明显优势,因而挖掘其潜能具有重要意义。由于锂电池内部包含镍、钴、锰等贵金属和六氟磷酸锂等有毒物质,因而需要采用专业技术回收再生战略性材料。分析了锂电池性能衰退的必然性,指出了通过补锂等方法恢复锂电池容量的技术及退役电池梯次利用的重要价值。通过对退役锂电池回收现状和技术发展的分析,梳理了现阶段我国在相关产业发展中存在的问题,并就如何更好地发展相关产业提出了可能的解决方法。
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  基于子种群自适应思维进化-BP神经网络的锂离子电池SOC估计

  陈颖，黄凯，丁恒，田海建

  电源学报. 2022, 20(4): 92-101. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.92

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  荷电状态SOC (state of charge)是锂离子电池的重要参数之一,SOC的精准估计对电池组安全可靠运行具有重要意义。针对误差反向传播BP (back propagation)神经网络易收敛至局部最优,导致基于BP网络的SOC估计精度不高的问题,提出子种群自适应趋同策略改进思维进化算法,用其优化BP神经网络的初始权值及阈值,优化后的BP网络简称SAMEA-BP神经网络。结合充放电实验数据,将SAMEA-BP神经网络与标准BP神经网络、思维进化算法优化的BP (MEA-BP)神经网络用于锂离子电池的SOC估计,并对3种方法做了对比分析。结果表明:标准BP神经网络的预测误差保持在9%以内,MEA-BP及SAMEA-BP神经网络分别将误差降低至5%及3%以内,在不同工况下和不同温度下,SAMEA-BP有良好适应性,且估计精度高于BP和MEA-BP。
模块化多电平变换器
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  面向配网多馈线互联的柔性多状态开关拓扑选型分析

  陈志业，杨欢，李梦菲，赵荣祥，王朝亮，许烽

  电源学报. 2022, 20(4): 102-112. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.102

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  柔性多状态开关FMS (flexible multi-state switch)是采用电力电子技术的新型智能配电设备,有助于解决配电网馈线功率失衡、电压波动越限等问题。多端FMS能够实现多条馈线柔性互联,其拓扑选型对设备的经济效益、联接限制等均有重要影响。以应用于中压配电网的三端FMS拓扑为例,对拓扑结构、性能和应用场景进行探讨,重点针对模块化多电平变流器拓扑、九桥臂变流器拓扑和桥臂分叉变流器拓扑,分析各拓扑运行特性,并计算对应的核心参数、运行损耗和运行范围,进而得出各拓扑建设成本、占地空间、运行效率和潮流调节能力等指标的对比结果。最后,给出3种拓扑所适用的场景,为配网系统中多端FMS拓扑的选取提供建议。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  直流电网中限流器优化配置方法研究

  邢超，奚鑫泽，刘明群，何鑫，李胜男

  电源学报. 2022, 20(4): 113-121. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.113

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  柔性直流输电具有灵活、可靠的特点,是目前直流输电领域的研究热点,但直流电网中发生短路故障时其短路电流较大,如何在直流侧故障时快速将其切除成为直流输电技术的难点。重点研究了柔性直流输电系统中限流器的优化配置。以目前研究较多的超导限流器为例,对柔性直流电网中的故障问题进行详细分析。基于超导限流器的特性,提出了考虑直流断路器切断容量和故障反应时间的限流器优化方法。选取算例在Matlab平台上对该优化方法进行验证,仿真结果表明,该优化配置方法能有效指导限流器的设计,提高其应用过程中的经济性。
系统仿真、建模与控制
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  提升运行工况适应性的PSS相位和增益参数协同整定方法

  李登峰，刘育明，杨旼才，徐瑞林，余霞，李昭炯

  电源学报. 2022, 20(4): 122-130. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.122

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  传统的电力系统稳定器PSS (power system stabilizer)参数整定方法未计及系统运行方式变化的影响,参数对运行工况适应性较难保证。而且只强调相位补偿要求,将相位参数和增益参数分开进行整定,忽略了相频、幅频特性之间的协调对PSS阻尼特性的重要影响,致使PSS整体作用难以得到充分发挥。为此,提出一种提升运行工况适应性的PSS相位和增益参数协同优化的整定方法。在优化模型中,兼顾相频、幅频特性之间的协调,采用PSS阻尼力矩分量最大化目标,并新增对多种工况下的相位补偿约束,从而提升参数对运行工况的适应性和整体阻尼效果。算例验证表明:所提方法在满足多种工况相位补偿要求的同时,可显著增强PSS阻尼效果,具有一定的工程应用价值。
电源的数字控制
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  基于FCS-MPC的柔性多状态电源开关高比例输配电模型研究

  高冲，黄元生，王宏伟

  电源学报. 2022, 20(4): 131-137. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.131

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  针对传统配电网采用闭环设计、开环工作导致存在配电网中馈线功率失调等问题,提出基于FCS-MPC的柔性多状态电源开关高比例输配电模型。基于FCS-MPC的控制策略,分析柔性多状态电源开关的工作原理,构建柔性多状态电源开关模型;通过建立离散数学模型,调节PI双闭环控制方法的参数,采用二阶拉格朗日外推法运算配电网侧电压的参考预测值,实现柔性多状态电源开关高比例输配电的正常运行。研究结果表明,当配电网稳态运行时,研究模型可按照开关容量约束实行合理补偿,保障配电网稳定运行;当配电网三相不平衡运行时,研究模型能够保证两侧配电网传输的功率值与设定值相等,保障配电网正常运行。
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  基于闭环控制的两相电源直流输电系统线路稳态电压协控方法

  刘俊磊，钱峰，王峰，杨韵

  电源学报. 2022, 20(4): 138-145. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.138

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  直流电压会影响分解开关控制、直流保护等过程,导致电压波动幅度较大,系统线路稳定性较差。采用闭环控制方法控制两相电源直流输电系统线路稳态电压,通过占空比函数计算占空比,根据脉宽调制占空比信号和三角载波,获取驱动三相脉宽调制整流器和三桥臂逆变器脉宽调制开关信号;采用开关信号调节交流侧电流值,通过调节电流控制电压。实验分析发现,该方法能够有效抑制两相电源直流输电系统线路稳态电压波动,提升两相电源直流输电系统响应性能,端口电压波动幅度较小,输电效率最高为99.83%。
电力传动与变频调速
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  基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制

  李佳耀，刘碧，夏文婧，宋文胜

  电源学报. 2022, 20(4): 146-154. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.146

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  为了消除传统的模型预测转矩控制MPTC (model predictive torque control)算法中的权重因子,减小计算量并提高稳态控制精度,提出了一种基于开关序列的永磁同步电机模型预测磁链控制MPFC-SS (model predictive flux control-switching sequence)算法。首先,通过分析电磁转矩和磁链的关系,将对转矩和定子磁链幅值的控制等效转换为对d、q轴磁链的控制,避免了权重因子的设计。其次,采用定子磁链无差拍预测控制计算所需的参考电压矢量,并根据其所在扇区选择对应开关序列。然后,基于磁链无差拍预测控制原则,计算开关序列中基本矢量的最优作用时间,有效减小电流谐波和转矩脉动,实现定子磁链的准确跟踪。最后,对传统MPTC和所提算法进行了实验对比研究。结果表明:所提算法具有计算量小、电磁转矩脉动小、电流谐波含量低等优点。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  智能电网下固态变压器电源切换故障自适应定位分析

  冀帅，赵兴勇，范佳琪，齐琦

  电源学报. 2022, 20(4): 155-162. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.155

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  固态变压器电源由于切换故障区间范围大,对其故障定位时未能获得精准区间,导致定位精度较差。为此,提出一种智能电网下固态变压器电源切换故障自适应定位方法。通过引入自适应矩阵算法,获取智能电网下固态变压器电源切换故障区间,在故障区间内采用自适应遗传退火算法,完成了固态变压器电源切换故障点的自适应定位。实验结果表明,该方法能够准确定位故障点,具有高度容错性,且在不同过渡电阻和负载下故障定位精度始终较高,在实际配电系统中具有可行性。
模块化多电平变换器
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  行波理论支持下多电源配电网故障定位系统

  刘可，邓其军，杨嘉，王少飞

  电源学报. 2022, 20(4): 163-170. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.163

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  由于传统配电网故障定位方法缺少对多个Agent之间的通信协调,导致定位精准度低、可靠性差等问题,为此研究并提出基于行波理论设计多电源配电网故障定位系统。采用.NET平台三层B/S结构体系设计故障行波定位信息处理子系统,通过数据处理模块处理获取数据信息,筛选多电源配电网故障信息,并在.NET平台上发布多电源配电网故障信息。当故障行波定位子系统发出调用数据命令时,故障行波定位信息处理子系统将故障信息传输到故障行波定位子系统中。通过多个Agent之间的通信协作调用故障数据,同时利用多端行波故障定位方法对故障数据进行定位,实现多电源配电网的故障定位。经过实验证明,与其他两种系统相比,所设计系统故障定位精准度在90%以上,系统故障定位精准度高。
系统仿真、建模与控制
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  基于改进鸽群算法的含分布式电源配电网故障定位

  任志玲，刘卫东，杨柳，王诗翱，罗添元

  电源学报. 2022, 20(4): 171-178. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.171

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  分布式电源DGs (distributed generations)接入配电网中,使得配电网由传统的单电源辐射状网络变成多电源复杂网络,增加了配电网故障定位的难度。针对DG接入配电网定位问题,提出了一种基于改进鸽群算法的故障区段定位方法。首先,建立了适用于含多个分布式电源的开关函数并对电流编码方式重新定义。其次,对基本鸽群算法中的指南针因子和地标算子进行改进,并通过结合模拟退火算法防止其陷入局部最优,提高了算法的容错性。仿真结果表明,该算法适用于含分布式电源配电网的单重和多重故障区段定位,且在相同故障情况下,改进鸽群算法分别比传统鸽群算法和遗传算法在迭代时间上分别降低了17.019%和43.763%,具有一定的实时性。
微型电网、智能电网中的电力电子技术
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  基于模糊故障树的光伏并网微型逆变器故障识别方法研究

  潘启勇，张磊

  电源学报. 2022, 20(4): 179-186. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.179

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  为缩短光伏并网微型逆变器故障提取时间、提升采样精度和效率,基于模糊故障树研究光伏并网微型逆变器故障识别方法。首先利用模糊故障树方法对光伏并网微型逆变器进行故障映射,建立故障底事件与顶事件之间的联系;然后通过小波包变换提取光伏并网微型逆变器故障特征;最后通过构造SOFTMAX光伏并网微型逆变器故障多分类器,实现对光伏并网微型逆变器故障的识别。设计仿真实验,结果证明,在有功功率为3~12 kW的范围内该方法的采样时间较短,且采样精度和采样效率较高,在光伏并网微型逆变器故障识别方面具有优越性能。
储能控制及系统
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  二次型最优控制算法优化的电能质量控制

  高阳，张欣伟，李汐，杨艳

  电源学报. 2022, 20(4): 187-194. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.187

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  因光伏并网电能质量控制中存在孤岛效应而导致电能控制效果较差,为此提出结合VPI (vector proportional integral)控制策略与二次型最优控制算法,通过检测光伏并网中的孤岛效应,以提高综合电能质量的控制效果。根据VPI控制策略采用VPI电流控制器补偿控制电流高次奇次谐波相位,基于相位补偿结果利用二次型最优控制算法检测光伏并网孤岛效应,并将系统跟踪误差与控制输入加权二次型作为性能指标,使系统性能指标函数最小,得到最优控制规律,从而完成电能质量最优控制。仿真结果表明,光伏并网处于感性负载和容性负载时,最优控制系数均低于239.15,能够准确检测出孤岛效应,且该方法可有效减小谐波,实现了光伏并网的综合电能质量最优控制。
电池及充电技术
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  恒压输出多负载无线电能传输系统分析与设计

  孙淑彬，张波，肖文勋，丘东元，陈艳峰

  电源学报. 2022, 20(4): 195-206. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.195

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  为解决谐振式多负载无线电能传输WPT (wireless power transfer)系统输出的负载敏感性问题,首先基于电路理论,研究恒压输出单负载WPT系统二端口网络在输出特性与负载无关时的电路参数关系,剖析了阻抗匹配网络的工作原理,由此构造出一种级联式负载无关性多负载WPT系统,并对该系统的传输性能作进一步分析。然后,应用有限元分析软件确定DD线圈和屏蔽磁芯的最优尺寸。最终,搭建一台恒压输出四负载WPT系统实验样机,验证了理论的正确性和系统的可行性。所提系统不含补偿电感,无磁饱和现象,阻抗匹配网络体积小,性价比高。
谐波、电磁兼容和电能质量控制
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  基于改进粒子群算法的无线电能传输高频阻抗数值研究

  宋定宇

  电源学报. 2022, 20(4): 207-213. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2022.4.207

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  为提升磁谐振式无线电能传输系统的传输精度和传输效率,需研究磁耦合谐振式无线电能传输过程的高频阻抗特性。依据最大功率传输原则,获取阻抗匹配适应度函数,通过适应度函数,得到匹配高频阻抗实部和虚部,从电容实时调整的角度出发,更新粒子速度和位置,混沌局部搜索最优粒子;采用惩罚函数处理越界粒子,依照最终获取的最优粒子调整无线电能传输系统中的电容,使调整后无线电能传输系统高频阻抗和适应度函数获取的高频阻抗数值一致,实现对无线电能传输系统中的高频阻抗匹配。实验分析发现,采用该方法匹配高频阻抗后,无线电能传输精度最高可达96.59%。