电源学报

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高压大功率LLC谐振变换器死区时间优化设计方法研究

张捷频

电源学报. 2024, 22(S1): 1-8. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.1

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LLC谐振变换器由于具有良好的软开关特性和电气隔离能力,在近年来被广泛应用于高压、大功率、中/高频电能变换领域。现有的高压器件受开关特性的制约,需要选取较大的死区时间保证电路中开关桥臂的安全可靠工作,从而会对LLC谐振变换器的软开关实现产生影响。主要研究了大死区时间对LLC谐振变换器软开关特性的影响规律,分别从开关管安全工作、结电容放电和反并联二极管续流3个因素出发,定量推导确保全功率范围内软开关实现的死区设置区间,进而提出死区时间的优化设计方法。最后,搭建了基于6.5 kV/250 A IGBT的150 kW大功率电力电子变压器样机,通过分析和测量不同功率等级下LLC谐振变换器的软开关实现情况,验证所提死区时间设计方法的有效性。

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适用于V2G应用场合的双向DC-DC变换器优化控制策略

凌在汛, 刘曼佳, 向慕超, 康逸群, 熊昊哲

电源学报. 2024, 22(S1): 9-17. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.9

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充电站内的双向充电堆采用引入三电平桥臂的三电平双有源全桥3L-DAB（three-level dual active bridge）DC-DC变换器,通过增加控制自由度来增强系统调节的灵活性。当采用传统移相CPS（conventional phase shift）控制时,3L-DAB电流应力较大,损耗增加,系统效率降低。针对此问题,提出一种适用于双向充电堆中DC-DC变换器的电流应力最小优化控制策略。首先建立移相控制3L-DAB的数学模型,分析电感电流有效值的各次谐波随控制自由度的变化关系。然后在此基础上,提出一种基于基波优化的控制策略来减小变换器的电感电流有效值。最后,通过比较所提优化控制和其他控制方式下的仿真与实验结果,验证了分析的正确性和所提控制策略的有效性。

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双有源桥变换器的优化控制研究

史伟超, 张海燕

电源学报. 2024, 22(S1): 18-24. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.18

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为了提高双有源桥变换器的效率,针对传统单移相控制时电感电流应力大、回流功率增加等问题,提出了一种基于扩展移相控制的优化控制方法,在轻负载情况下尤为明显。首先,阐述了扩展相移控制方法的原理,通过原边侧桥内移相比及桥间移相比2个自由度改变电感两端电压,控制双有源桥变换器的能量传输;其次,根据自由度大小的不同,分析推导出不同工作模式下电感电流应力及传输功率;再次,为了寻找最优移相比组合,以电感电流应力为优化目标,结合KKT条件得到最优的扩展移相控制策略;最后,通过一台400 W变换器实验平台的搭建,对比传统控制方式,优化后扩展移相的电流应力明显降低,效率显著提高。

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提高双有源桥变换器动态性能的预测电流模式控制

俞宏洋, 李辉

电源学报. 2024, 22(S1): 25-33. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.25

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提出一种预测电流模式控制算法,以提高双有源桥变换器在负载切换时的动态性能。首先,分析了双有源桥变换器开关周期内的电压、电流波形,推导出预测方程,在下一控制周期立即根据预测方程更新控制量,使得电流响应带宽接近开关频率,因此提高输出电压动态响应速度。然后,推导了输出电流瞬时值和电感电流瞬时值的代数关系,使用输出电流代替受开关振荡影响的电感电流以提高抗噪声能力。其次,建立了双有源桥的降阶模型,推导了传统双极点双零点2P2Z(two-pole tow-zero)电压模式控制器并和所提算法进行比较。最后,通过仿真和多种工况的实验结果表明,相比2P2Z电压模式控制,所提算法降低了变换器闭环输出阻抗,使得电感电流能够在一个控制周期内快速响应,极大提高了输出电压在负载切换时的动态性能。

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一种新型软开关双向大变比DC-DC变换器研究

王亮, 徐玉珍

电源学报. 2024, 22(S1): 34-41. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.34

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目前,开关电源等电力电子设备主要的能量损耗集中在开关器件上的开关损耗,因此国内外学者对软开关技术进行了大量的深入研究,以期提高电力电子设备的效率。提出一种新型软开关双向大变比DC-DC变换器,通过软开关方案的设计与应用,减小了功率开关管电压尖峰,实现了各功率开关管相应的零电压开通与关断、零电流开通与关断,提升了变换器的效率。对所提变换器的工作原理和模态变化进行了详细的理论分析,并搭建了1台48~400 V、400 W实验样机,验证了理论分析的正确性。

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悬浮斩波器的自抗扰电流跟随控制研究

陈高琪, 张昆仑, 张慧娴, 娄方良

电源学报. 2024, 22(S1): 42-49. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.42

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随着磁浮列车的高速发展,其悬浮系统对电流环响应速度与精度的要求日渐提高,为此提出将自抗扰控制ADRC(active disturbance rejection control)技术用于悬浮斩波器的控制中。首先阐述磁浮列车悬浮系统与斩波器的数学模型;然后介绍自抗扰控制器的基本结构与工作原理,并设计悬浮斩波器中自抗扰电流跟随模型;最后通过改变斩波器模型的参数和施加外部扰动进行系统仿真,并与传统比例积分PI(proportional-integral)控制进行对比。结果表明,自抗扰控制对悬浮斩波器具有良好的电流跟随效果,对外部扰动及对象模型参数的变化具有良好的抗干扰性和鲁棒性,且自抗扰控制算法降低了数学模型的依赖性,为悬浮斩波器的控制提供了优化方案。

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三电平逆变器中点电位偏移机理分析与平衡方法研究

耿后来, 高宁, 吴卫民

电源学报. 2024, 22(S1): 50-58. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.50

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针对三电平中点钳位逆变器的中点电位平衡控制问题,分析T型三电平逆变器的中点波动原因,基于无谐波注入和动态谐波注入方式对中点电流三次谐波的周期傅里叶级数进行推导分析。首先推导出一种开环的谐波注入算法,在此基础上提出一种基于比例谐振控制器的闭环谐波注入算法进行中点电流抑制。采用MATLAB/Simulink仿真软件对开环谐波注入和闭环谐波注入的算法进行了仿真,搭建了40 kW的三电平逆变器进行了实验验证。仿真和实验结果均可验证理论分析的正确性及所提控制策略的有效性。

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MMC逆向模型预测控制策略研究

薛冬, 郭燚, 王灿

电源学报. 2024, 22(S1): 59-68. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.59

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模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的模型预测控制存在权重因子难以精确设计和计算负荷大等问题,针对这些问题,提出一种MMC逆向模型预测控制策略。通过逆向预测交流侧相电压和每相上、下桥臂总电压,并利用取整函数和目标函数寻优,计算上、下桥臂投入子模块数,独立控制交流侧电流和桥臂环流。所提方法在无需设计权重因子,且每个采样周期只需进行2次循环寻优的同时,还可使交流侧最大输出2N+1电平,并有效控制桥臂环流。此外,采用子模块电容电压分组排序算法来平衡子模块电容电压。最后通过Matlab/Simulink平台上的仿真,验证了所提方法的正确性和有效性。

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考虑石墨嵌锂平台的磷酸铁锂电池电化学参数辨识

赵杨梅, 时玮, 张雪楠, 刘彤, 冯翔

电源学报. 2024, 22(S1): 69-77. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.69

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磷酸铁锂电池电压平台反映电池正负极嵌锂能力,为提高电化学参数辨识的精度,特别是电池电压平台期的精度,通过改进的单粒子模型对电池电化学参数进行辨识。同时考虑石墨负极电压平台的特征,形成由电池电压相对误差、电压平台相对误差、总时间误差和电压平台时间差组成的优化目标函数,各目标通过层次分析法赋权值,最后通过模拟退火算法对电化学参数进行辨识。考虑负极石墨电压平台后的电化学参数辨识精度得到提高,电压平台期的电压误差明显减小。

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锂离子电池分数阶模型的多参数在线辨识方法

侯爽, 冬雷, 杨耕, 贾彦博, 张殷耀, 马宏伟

电源学报. 2024, 22(S1): 78-88. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.78

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锂离子电池分数阶模型由于含有表征老化机理的参数,被用于电池老化研究并期望据此实现在线的电池老化过程探究。在电池的有限使用工况和产品级检测条件下实现对该模型尽可能多的老化参数的在线辨识,将有助于该模型的在线应用。基于此,提出1种基于反向传播神经网络的多参数在线辨识方法。首先通过分析典型工况下参数灵敏度确定在线辨识的参数集,然后基于电池老化规律设计网络以及网络训练算法以提高辨识速度和准确性,同时设计验证方法以保证辨识参数的收敛性,仿真和实验结果验证在线辨识方法的辨识速度和准确性。

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联合变分模态分解和长短时记忆网络的锂离子电池健康状态估计

陈红霞, 丁国荣, 陈贵词, 王文波

电源学报. 2024, 22(S1): 89-97. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.89

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准确估计和预测锂离子电池的健康状态SOH(state-of-health)对新能源领域的发展至关重要,因此提出1种基于变分模态分解VMD(variational mode decomposition)和长短时记忆LSTM(long short-term memory)网络的锂离子电池容量衰减预测模型。首先采用VMD方法将原始电池容量衰减序列分解成比较单一的固有模态分量IMF(intrinsic mode function)序列,然后应用LSTM对分解得到的一系列IMF分量进行训练预测,最后对各IMF分量的预测值进行有效集成得到电池容量衰减序列的最终预测结果。基于美国国家航天局NASA(National Aeronautics and Space Administration)锂离子电池数据集选取的4块电池的放电容量衰减序列进行实验对比分析,结果表明：相较于LSTM、BiLSTM、EMD-LSTM、EMD-BiLSTM及CEEMDAN-LSTM方法,所提方法可以明显降低序列的复杂度,减少各IMF分量的模态混叠现象,具有很高的预测精度,优于其他预测模型,预测的最大平均绝对误差不超过5%,均方根误差和平均绝对百分比误差控制在4%之内。

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低温条件下锂电池放电特性分析

刘锐, 尚丽平, 屈薇薇

电源学报. 2024, 22(S1): 98-104. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.98

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了解锂电池的低温性能与低温容量损失路径对促进锂电池的低温应用及进一步开发更优秀的低温锂电池具有重要的现实意义。基于此,使用正极材料为较好低温性能钴酸锂和高比容量的三元锂复配合成,负极材料为钛酸锂的锂离子电池分别设计不同温度下不同倍率的放电实验、混合脉冲功率特性实验及0.05C小倍率充、放电实验,研究其在低温下的放电特性。实验结果表明：在低温下,锂电池的容量损失是可逆的,待放电温度回至常温时,锂电池的性能会恢复原样;温度和放电倍率对于锂电池的放电容量具有显著的影响;在低温环境下,随着温度的降低,欧姆内阻与极化内阻均增大,但极化内阻增加速率更快;锂电池的容量损失主要是由于锂电池活性材料损失、锂离子损失和内阻增加造成的,三者在不同温度区间内的作用力不尽相同,但整体而言,锂电池活性材料损失对于低温条件下锂电池的容量影响更大。

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基于鲁棒优化的冷热电联供型微网混合储能经济配置

范添圆, 王海云, 李晓柯

电源学报. 2024, 22(S1): 105-115. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.105

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为解决源荷双侧不确定性对冷热电联供CCHP(combined cooling, heating and power)型微网经济运行带来的电量实时平衡问题,提出一种基于鲁棒理论的CCHP微网电、热、冷混合储能容量配置模型。基于鲁棒理论,建立源荷双侧不确定性变量合集。考虑储能设备日折算成本,以微网运行成本最低为目标,采用自适应差分进化算法对模型进行求解,得到不同预测精度与置信概率下的微网储能最优容量合集。通过设置评价指标,选取最合适的储能配置方案,对微网配置储能前后的调度情况作对比。结果表明,基于鲁棒理论配置的电、热、冷这3类储能可有效提升微网在源荷双侧不确定下的电力电量实时平衡能力与运行经济性。

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计及光伏工况的集中式发电场景下储能优化配置

杨夯, 郭宜果, 李哲

电源学报. 2024, 22(S1): 116-126. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.116

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大容量储能技术可以缓解光伏电站并网给电力系统带来的影响和大面积弃光问题,但现阶段在进行新能源配置储能的过程中,普遍只考虑典型日下的储能最优容量,而忽略光伏出力在不同工况下的波动对储能规模的影响。针对以上问题,提出计及光伏工况的光储优化配置方法。采用密度峰值聚类算法对全部光伏出力运行场景进行聚类,形成不同光伏工况下的典型场景,在此基础上进行储能容量与功率的配置。再分别以全年光伏出力和典型日出力为基础配置储能功率和容量,并以全年出力配置结果为基准,对以上3种配置方法做出对比,验证所提方法的合理性与有效性,进一步通过仿真算例对储能全寿命周期出力进行分析。

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液冷动力电池系统热管理控制策略优化探究

张蕾, 杨洋, 马菁, 李静

电源学报. 2024, 22(S1): 127-133. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.127

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以某纯电动商用车65 kW·h磷酸铁锂液冷动力电池系统为研究对象,自主设计和搭建热管理试验台架,重点探究了不同环境温度和工况下热管理系统对电池温度的冷却效果。该热管理系统能够将电池温度控制在适宜范围内,但高温环境时能耗较高,遂开展热管理控制策略优化,优化后的控制策略在电池冷却效果和能耗方面均优于原控制策略,高温、高速工况和城市综合工况分别节能37.78%和78.63%,热管理能效明显提升。

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BOA-NCF-AW混合算法在光伏最大功率跟踪的运用

李梦达, 郑旭彬, 王洋, 梁智超, 姚林萍

电源学报. 2024, 22(S1): 134-142. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.134

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在局部遮荫下,针对传统最大功率跟踪MPPT(maximum power point tracking)算法不能跳出局部最优找到全局最大功率,及传统蝴蝶优化算法BOA(butterfly optimization algorithm)存在搜索震荡大和收敛慢等问题,提出一种新型的MPPT控制算法。该算法在传统蝴蝶算法上加入收敛因子,来加快全局搜索速度;引入自适应权重系数,来提高蝴蝶优化算法在局部搜索的搜索速度及追踪精度等性能。通过仿真,对比混合算法(INBOA)与BOA、粒子群优化PSO(particle swarm optimization)算法、灰狼优化算法GWO(gray wolf optimization)的函数收敛曲线,验证所提算法具有收敛速度快、搜索精度高的优点;对比INBOA、BOA、PSO、GWO的MPPT算法在静态与动态环境下的性能指标可知,INBOA的MPPT算法具有更高追踪效率、更快收敛速度以及更小的搜索震荡。从而进一步验证混合算法的优越性。

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直接甲醇燃料电池离网供电应用研究

胡华冲, 鄂彬, 陈善平, 李阳, 崔红磊, 魏伟

电源学报. 2024, 22(S1): 143-149. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.143

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针对石油管道监测、司法监控等领域存在的离网供电不足问题,设计了离网供电系统,将自研的直接甲醇燃料电池DMFC(direct methanol fuel cell)与太阳能电池、蓄电池等进行集成,用于实现离网设备的不间断供电。自主研制的DMFC具有较高的甲醇燃料转化率;在低温-40 ℃、常温20 ℃、高温45 ℃的模拟环境试验中,DMFC起动正常且均能够稳定运行;高温、低温环境中电堆性能相比常温环境会有下降。在离网供电系统实际运行的3 904 h内,DMFC经历了0~40 ℃的环境温度波动,电堆以160 mA·cm^-2的电流密度运行了1 491 h,其性能可保持为初始状态的94.7%。研究表明,DMFC具有较强的环境适应能力,有利于提高离网供电系统的可靠性。

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基于连续可导ESO的虚拟同步机控制策略

池淑梅, 吕志鹏

电源学报. 2024, 22(S1): 150-158. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.150

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在高比例新能源接入的电网中,虚拟同步机技术被广泛应用,但当面对系统扰动时其稳定性较差,可能会存在电压过限、频率波动等问题。因此,为了提高电能质量,将扩张状态观测器引入虚拟同步机控制技术中,对扰动进行观测、估计与补偿,提高系统稳定性,从而在新能源电源波动及大功率负荷投切时得到更稳定的母线电压及系统频率。此外,进一步对扩张状态观测器中的分段函数fal进行矫正,提出一种连续可导的扩张状态观测器控制算法,免去运算过程中的判断环节,突出了“小误差大增益”的特点,并对算法进行稳定性分析和确定参数选择范围。仿真与实验结果验证了所提策略的有效性与可行性。

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电力电子化受端省级电网宽频谐振稳定性研究

蔡晖, 郭瀚临, 张文嘉, 祁万春, 谢珍建

电源学报. 2024, 22(S1): 159-165. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.159

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电力系统宽频谐振是近年来出现的新问题,受非同步机电源的控制器动态特性、输电网络的网架结构及元件参数影响较大,在次同步频段、超同步频段和高频段均有分布。江苏电网作为典型的受端省级电网,“十四五”期间风力、光伏等新能源发电装机容量提升至68 000 MW,占比达到34.8%;省外来电总量预计达到45 440 MW,约占2025年最大负荷的30%。综上,高度电力电子化将成为未来江苏电网的主要形态,宽频谐振问题将成为威胁电网安全稳定运行的制约因素。首先,提出了阻抗分析法,与特征值分析法、时域仿真分析法进行比较,阐述了阻抗分析法的优缺点和适用范围;其次,在IEEE 39节点的典型系统中论证了阻抗分析法在大电网对宽频谐振进行分析研究的正确性和可行性;最后,通过阻抗分析法在江苏电网的应用,总结得出“十四五”江苏电网宽频谐振稳定特性及相应的控制策略。

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协调功率控制及环流抑制的模块化多电平换流器互联阻尼配置无源控制方法研究

裘愉涛, 张磊, 宋博阳, 孟永庆, 盛跃峰, 黄志华

电源学报. 2024, 22(S1): 166-178. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.166

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目前,大部分模块化多电平换流器MMC(modular multilevel converter)的控制技术将功率传输与环流抑制分别进行建模和控制,难以保证系统的全局稳定性。为此,将具有全局稳定性和强鲁棒性的互联阻尼配置无源控制IDA-PBC(interconnection and damping assignment passivity-based control)方法应用于MMC的控制器设计中。在两相静止坐标系下建立MMC的数学模型和端口受控哈密顿模型,推导了IDA-PBC控制器的表达式和控制参数范围,与其他MMC控制方法不同的是,IDA-PBC控制器可以在控制功率传输的同时实现环流抑制,并可以得到控制参数取值范围,进而能够综合分析控制系统的稳定性。最后,通过仿真研究验证了所提控制策略的可行性和有效性。

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基于深度卷积神经网络的电力系统故障预测

朱燕芳, 闫磊, 常康, 赵文娜, 李远, 徐利美

电源学报. 2024, 22(S1): 179-185. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.179

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通过对深度卷积神经网络的深入研究,提出基于深度卷积神经网络的电力系统故障预测方法,保障系统安全运行。采用广域测量系统测量每个支路与节点,将获得的功率与关键特征值分别作为深度卷积神经网络模型输入、输出,训练这2个数据,并使用深度卷积神经网络AlexNet分析输入数据与输出数据的映射关系,建立基于深度卷积神经网络的电力系统故障预测模型,通过特征值分组、振荡模式筛选、数据预处理、模型训练和模型评估,实现电力系统运行状态评估,完成电力系统故障预测。实验结果说明：该方法的关键特征值计算结果与实际结果基本一致,可靠性高;使用正则化可提升模型泛化效果,防止模型过拟合;与其余方法的准确率和误报率指标相比,所提方法的准确率高达99.52%,误报率为1.16%,综合评价指标较高,评估效果优势显著。

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基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF技术研究

文翌铖, 陈亦文, 童筱涵, 江加辉, 监浩军

电源学报. 2024, 22(S1): 186-196. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.186

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基于模块化多电平变换器的有源电力滤波器MMC-APF(modular multilevel converter-based active power filter)是用来处理非线性负载对电网带来的污染问题最有效的拓扑之一。提出了一种基于改进有限状态多步模型预测控制的MMC-APF,仅通过基波同步旋转坐标系实现对所有谐波的控制。首先,使用PI加重复控制的电流环复合控制得到上、下桥臂预导通子模块数,在此基础上进行多步交流侧电流模型预测,最终得到桥臂投入子模块数的最优解,缩小了寻找目标函数最优电平的搜索范围,无需设计权重因子,每相桥臂子模块的总投入数为[N-1, N+1],交流侧输出电平数最大可达2N+1,提高了MMC-APF交流侧电流补偿精度,并改善了系统动态性能。最后,搭建了MMC-APF平台,仿真和实验结果与理论分析一致,进一步验证了所提研究方案的可行性和有效性。

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磁悬浮列车非接触式供电技术研究进展

李宇逍, 周鹏博, 苏振华, 龚天勇, 罗俊, 马光同

电源学报. 2024, 22(S1): 197-207. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.197

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磁悬浮非接触式供电是一种将磁悬浮与无线传能相结合的技术,利用地面线圈与车载次级线圈之间的电磁耦合实现电能传输。无论是应用于超导电动悬浮的直线发电机供电系统还是应用于电磁悬浮的感应式功率传输系统,都实现了列车运行时的非接触式供电,避免了接触式供电磨损、噪音以及气候敏感性、运行速度受限等问题。非接触式供电适用于不同类型的磁悬浮系统,有利于磁悬浮技术的进一步商业化发展。为此,重点介绍了磁悬浮非接触式供电的国内外发展状况及其进一步应用面临的挑战。

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双向无线电能传输系统在V2G中的控制策略研究

张胜楠, 王海云, 王茹

电源学报. 2024, 22(S1): 208-216. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.208

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为弥补电动汽车与电网间能量单向流动不足,提高电动汽车充放电的灵活性与新能源发电的就地消纳能力,提出1种含电动汽车双向无线电能传输的直流微网拓扑结构,研究了将车载电池作为移动储能设备的控制方法。以风光互补发电系统与混合储能为基础,针对双向无线电能传输系统提出基于功率的控制方法,可保证电动汽车作为负荷吸收电能,又可当作储能单位发出电能。为保证系统稳定运行,进一步设计了微网上层中心控制器。Simulink仿真结果表明：电动汽车与电网的能量交互提高了电网运行稳定性,双向无线电能传输可提升电动汽车充放电效果,在一定程度上促进了新能源发电的就地消纳,验证了所提拓扑的有效性与控制策略的优越性。

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全方向WPT系统磁耦合参数识别方法研究

刘羽, 余豪华, 苏国栋, 张景海

电源学报. 2024, 22(S1): 217-225. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.217

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全方位三激励WPT系统中接收端和发射端之间的磁耦合参数是影响系统传输效率的重要因素,对耦合参数进行有效地辨识是使全方位WPT系统达到最大效率的关键。在采用高频逆变器作为发射线圈激励源的情况下给出逆变输出电压各次谐波的数学描述,在移相角为π⁄3的条件下忽略谐波,将输出的方波电压用波形具有标准正弦形状的基波来近似替换。在此基础上推导出系统发射端电流有效值的数学模型,引入改进的遗传算法,将参数辨识问题转换为全局寻优问题,给出基于该模型的磁耦合参数辨识方法,并通过仿真及实验验证了所提方法的可行性及有效性。

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基于拓扑切换的三线圈恒流恒压无线充电系统研究

耿直, 王萌, 王灿, 杨林

电源学报. 2024, 22(S1): 226-235. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.226

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与传统的插拔式充电系统相比,无线功率传输WPT(wireless power transfer)系统因具有更加安全、高效、稳定、便捷的特点,受到越来越多的关注。基于此,提出1种基于拓扑切换的三线圈恒流CC(constant current)恒压CV(constant voltage)无线充电系统,实现与负载无关的CC和CV充电输出功能。首先,通过设置2个交流开关实现系统CC与CV模式之间的切换,并且能保证系统在CC和CV模式下均能运行在零相位角ZPA(zero phase angle)状态。然后,将交流开关设置于系统接收侧,则该系统不需要额外的无线通信模块辅助,可在一定程度上减少系统的开发成本并避免无线通信可能受到干扰而造成系统的不稳定性。最后,搭建了1台验证性实验样机,设置其充电电流和充电电压分别为3 A和60 V,其最大系统功率传输效率可达到92.9%。实验结果与理论分析基本一致,验证了所提系统的正确性和可行性。

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WPT系统双边协同抗饱和控制策略研究

蔡韶波, 张新燕, 李弘昌, 杨涵棣, 支前进

电源学报. 2024, 22(S1): 236-245. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.236

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基于脉冲密度调制PDM(pulse density modulation)的双边协同控制使得无线电能传输WPT(wireless power transfer)系统在耦合系数和负载阻抗变化的情况下能够保持最大效率传输,但是在系统启动及电池恒流恒压充电切换时会产生远高于额定值的电流/电压超调。为了解决超调问题,保证电池充电稳定性,提出了一种抗饱和控制策略。首先,基于WPT系统的等效电路模型分析最大效率点跟踪的工作原理;然后,结合WPT系统两侧控制量的协同工作过程,解析系统启动及电池恒流恒压充电切换时的超调现象,给出恒流恒压控制器设计方法,将反计算抗饱和算法与控制器设计相结合,提出抗饱和控制策略;最后,搭建了仿真模型,验证所提出的抗饱和策略能够有效抑制控制器饱和导致的超调,减少系统到达稳态的时间,降低电流/电压的超调带来的元器件应力。

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基于混沌PWM与无损吸收的开关电源EMI抑制研究

时益龙, 梁京章, 陈延明, 孔繁镍, 王振民

电源学报. 2024, 22(S1): 246-253. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.246

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为了抑制常见BOOST PFC变换器的共模传导噪声,提出一种基于混沌扩频与无损吸收的BOOST PFC变换器共模传导EMI抑制方法。通过分析变换器传导EMI路径,建立共模干扰等效电路,阐明无损吸收抑制高频EMI的机理。在此基础上引入扩频技术,分析定频、周期以及混沌扩频PWM的频谱分布,论述混沌扩频技术运用于开关变换器抑制EMI的优异性。仿真与实验结果表明,相比定频PWM共模传导EMI频谱,无损吸收混沌PWM在100 kHz~1 MHz、1~30 MHz内分别有5~20 dBμV、12~22 dBμV的改善。该方法无需辅助开关管,通过吸收电路谐振实现开关管的零电压关断,针对无损吸收无法抑制中低频噪声的缺点,利用混沌扩频实现变换器共模噪声的进一步抑制。测试结果表明引进混沌PWM之后变换器输出纹波与效率波动范围都在1%以内。

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一种改进型4H-SiC超结UMOS器件

张跃, 黄润华, 柏松

电源学报. 2024, 22(S1): 254-260. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.254

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介绍了1种改进型4H-SiC超结UMOS器件。该结构引入上下掺杂浓度不同的P柱并采用底部厚氧化层。P柱可以与N漂移层形成超结结构,从而在保持高击穿电压的同时减小比导通电阻,底部厚栅氧化层可以减小栅漏电容。结合实际的MOSFET工艺,通过SRIM仿真给出了离子注入条件,并通过TCAD软件对器件结构参数进行优化仿真,得到了击穿电压为1 035 V、比导通电阻为0.886 mΩ·cm²的超结UMOS器件。

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民用飞机电源系统电路保护装置选型及适航验证方法研究

陈香艳, 张宏志

电源学报. 2024, 22(S1): 261-268. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2024.S1.261

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随着全电飞机的迅速发展,飞机上的用电设备不断增多,供电线路上发生电气故障的概率也逐渐增大,而供电线路上的保护装置能极大地隔离供电线路的过载或短路故障,因此电气系统的保护器件对供电的可靠性和安全性越来越重要。合适的电路保护装置能有效地提高飞机的安全性,降低飞机灾难性事件发生的概率。对于民用飞机,要取得适航证,选择合适的电路保护装置是适航条款中必不可少的环节。基于此,提出了某飞机电网中保护器件的分类、选用方法及验证所适用的方法。

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2024年, 第22卷, 第S1期　刊出日期：2024-09-30

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