2025年, 第23卷, 第1期　刊出日期：2025-01-30

  

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DC-DC 变换器
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  三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器研究

  张纯江, 李旭明, 刘明, 郭忠南, 阚志忠

  电源学报. 2025, 23(1): 1-10. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.1

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  针对储能系统中通常直流母线侧电压等级较高而电池侧电压较低且电压变化范围宽的情况,提出1种三电平双向全桥多谐振DC-DC变换器拓扑,其高压侧采用三电平结构,可减小开关管的电压应力。谐振腔设计为带有辅助电感的LLCLC多谐振结构,使其等效电路左右对称,可达成正、反向工作对等驱动控制,从而实现功率双向传输。采用改进的同步变频控制策略,使高、低压侧开关管正、反向工作时均可实现全范围零电压开通。与传统LLC谐振拓扑相比,所提拓扑能够在较窄的频率范围内实现更宽范围的电压增益。通过对谐振腔参数的优化设计可使变换器同时传输电流基波和3次谐波功率,在高频段提高能量的传输效率。最后搭建2 kW实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性。
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  双向CLLC谐振变换器的参数设计方法研究

  王弘珺, 郁专, 谢少军

  电源学报. 2025, 23(1): 11-20. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.11

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  CLLC谐振变换器可实现双向功率传输,具有高效率、高功率密度的特点,但传统的参数设计方法步骤繁琐,需迭代多次才能取得合适的功率电路参数。为此,深入分析双向CLLC变换器工作原理和工作特性,提出1种新的参数设计方法。综合考虑全工作范围软开关、设计指标约束及高效率优化条件,缩小设计参数的可选范围,优化设计步骤,有效减少了变换器参数设计过程的复杂度。结合工业场合下48~380 V/kW双向直流变换应用需求,给出了具体的参数设计步骤和结果,并研制出了样机,通过实验测试验证了所提参数设计方法的正确性和有效性。
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  一种倍压型变占空比宽输出两相并联LLC谐振变换器

  潘健, 郭泓展, 张恢鉴, 邵冰

  电源学报. 2025, 23(1): 21-31. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.21

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  针对传统LLC谐振变换器在宽电压应用时开关频率范围过宽且电压调节性能较差的问题,提出1种倍压型两相并联谐振变换器。该变换器一次侧为并联双半桥LLC结构,二次侧在全桥整流网络中引入双向开关,构成可重构倍压整流网络。工作时采用定频控制,一次侧下半桥通过改变占空比来改变谐振槽输入电压,上半桥则以固定占空比工作,二次侧整流网络在双向开关的作用下实现全桥和倍压混合整流,可实现4倍的电压增益范围。同时,该变换器具有良好的软开关性能,且电压增益与励磁电感、负载无关,可选用较大的励磁电感来减小开关的关断和导通损耗。最后,仿真与实验验证了该变换器的有效性。
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  一种低占空比丢失的移相全桥ZVZCS变换器

  封泽龙, 石勇, 王宇婷, 徐可心

  电源学报. 2025, 23(1): 32-43. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.32

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  移相全桥零电压零电流开关ZVZCS(zero-voltage zero-current switching)变换器因结构简单、效率高等优点,在大功率直流变换应用场合备受青睐。目前,大功率移相全桥ZVZCS变换器仍存在电流复位困难、占空比丢失严重等问题。针对上述问题,提出1种新型移相全桥ZVZCS变换器,通过在一次侧引入辅助电路,在滞后桥臂开通前将电流复位至0,保证其可以在宽负载范围内实现零电流开关;与此同时,还可以加速一次侧续流换流速度,减少占空比丢失,实现电源的优化设计。在分析了变换器的电路结构、工作原理和特性的基础上,设计1台1 kW实验样机,验证了其正确性。
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  基于二极管钳位磁集成Boost变换器

  赵兴宇, 万会雄

  电源学报. 2025, 23(1): 44-50. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.44

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  将磁集成耦合技术引入高增益变换器,提出1种基于二极管钳位的磁集成Boost变换器。对所提变换器工作原理和性能的理论分析表明,该变换器在兼具原变换器电压增益较高和控制策略较简单等优点的基础上,实现了体积减少及电感电流纹波降低。通过开关电容技术使所提变换器的电压增益得到了进一步提高,降低了开关管和二极管的电压应力,有效提高了变换器的能量转换效率。最后通过仿真与实验验证了理论分析的正确性。
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  基于DCX的水下恒流转恒压高效变换与控制研究

  赵锦波, 胡云耕, 舒欣, 刘庆, 夏远庚, 方支剑

  电源学报. 2025, 23(1): 51-58. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.51

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  恒流供电系统因其较强的抗故障能力,适用于环境恶劣的海底远距离供电,但海底设备均采用恒压供电,因此需使用恒流转恒压变换装置将恒流输入转换为恒压输出,然后为该类设备提供电能。为解决宽负载范围下恒流转恒压的高效变换与高压隔离控制的关键问题,首先提出1种分流调节器电路和直流变压器级联的恒流转恒压变换拓扑,实现恒流到恒压的宽范围高效变换;其次,针对高压隔离下的输出控制问题,研究基于输入侧检测的输出电压间接控制策略,无需高成本、大体积的输出隔离检测器件实现对输出电压的精准控制;最后,搭建输入电流为1 A、额定功率为500 W的实验样机,验证恒流转恒压变换器电能变换技术的可行性。
AC-DC 变换器
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  低电压纹波单相电驱重构型车载充电机研究

  汪治, 於锋, 朱志豪

  电源学报. 2025, 23(1): 59-66. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.59

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  针对单相充电系统输出侧存在的二次功率脉动问题,提出1种低电压纹波单相电驱重构型车载充电机EDROC(electric drive reconstructed onboard charger)系统。该系统通过在传统单相EDROC系统输出侧并联1个Buck/Boost型有源滤波器,用于吸收或补偿二次功率脉动,显著降低了充电系统的输出电压纹波。首先,分析单相EDROC系统的拓扑结构、工作原理和输出侧二次功率脉动产生机理;然后,结合Buck/Boost型有源滤波器,提出1种低电压纹波单相EDROC系统,并对Buck/Boost型有源滤波器拓扑结构、工作原理以及电感和电容选型进行了详细分析;接着,对所提EDROC系统控制策略进行设计;最后,设计了1台200 W实验样机,实验结果验证了所提充电机的可行性。
DC-AC 逆变器
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  混合九电平逆变器功率均衡的调制策略

  顾军, 杜治斌, 李平, 宋飞, 张维国, 张明

  电源学报. 2025, 23(1): 67-75. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.67

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  对于直流侧电压比为1:1:2的混合级联H桥逆变器,若采用混合载波层叠调制策略,虽无电流倒灌现象且输出电压谐波性能良好,但会出现低压单元输出功率不均衡的问题。针对该问题,首先进行功率不均衡分析,然后提出1种改进的混合调制策略,对高压单元进行阶梯波调制,对低压单元进行PWM,且2个低压单元对调制波采用不同的处理方式。所提策略在保留输出电压具有良好谐波性能的同时减少三角载波使用数量,简化了控制过程,且具有倍频效果。接着,对所提策略进行优化,对低压单元开关信号进行逻辑运算,可在2个载波周期内解决低压单元功率不均衡的问题。最后,通过仿真和实验证明了所提策略的可行性。
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  误差自校正互补非零矢量相电流重构研究

  申永鹏, 武克轩, 梁伟华, 吴成中

  电源学报. 2025, 23(1): 76-83. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.76

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  针对传统空间矢量脉宽调制SVPWM(space vector pulse width modulation)单传感器相电流重构方法中电流不可观测区和零点漂移误差问题,提出1种误差自校正互补非零矢量脉冲宽度调制方法。通过对直流母线采样原理的分析,定义最短采样时间,用互补非零矢量代替零电压矢量,延长电流采样窗口,消除扇区边界不可观测区域;同时,揭示误差扩大效应的产生机理,采用互补非零矢量双采样对电流零点漂移进行检测和自校正,实现重构电流零点漂移的补偿。实验结果表明,所提方法重构误差低于1.26%,相电流THD低于6.15%。
新能源系统
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  多场景下锁相环同步VSC暂态失稳边界研究

  陈征, 胡鹏飞, 杨再欣, 于彦雪, 江崇熙

  电源学报. 2025, 23(1): 84-92. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.84

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  针对弱网状态下基于锁相环PLL(phase locked loop)电压源换流器VSC(voltage source converter)的暂态失稳问题,综合考虑电网线路阻抗、VSC无功注入、PLL滤波的影响,并针对电网电压跌落、频率波动、三相不对称故障等多种故障场景,基于临界失稳电压对VSC的暂态失稳边界进行全面研究。通过分析不同运行场景下VSC并网向量图,建立多场景下VSC并网系统电网电压与线路阻抗及其阻抗角、VSC运行功率及其功率因数、PLL锁相误差和电网频率等因素之间的数学模型,进而基于临界失稳电压指明VSC的暂态失稳边界。实验结果表明：线路电阻和无功注入均会直接降低临界失稳电压,提高系统的稳定性;网侧频率增加或降低会直接导致锁相环产生相位滞后或超前、线路电抗增大或降低,间接影响临界失稳电压,进而影响VSC的暂态稳定性;锁相环前级滤波器可能导致锁相结果产生误差,其相位滞后或超前会分别降低或提高系统的临界失稳电压。
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  适用于弱电网的单相并网逆变器改进IPT-PLL技术

  蔡振兴, 潘红娜

  电源学报. 2025, 23(1): 93-100. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.93

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  针对弱电网普遍存在的直流偏置、频率变化等问题,提出1种适合单相并网逆变器的改进反Park变换锁相环IPT-PLL(inverse Park transform phase-locked loop)技术。首先,在鉴相环节选用Park变换后的α分量为基准电压,解决电网电压直流偏置问题,采用1/4基波周期延时的方法构造其正交分量;其次,引入拉格朗日插值多项式逼近分数阶延时,以降低频率变化造成的延时计算误差,并理论分析PI调节器的设计方法;最后,通过实验验证了所提改进IPT-PLL频率适应性强,能明显抑制电网直流偏置干扰,且具有较好的动、静态性能。
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  基于调频信号优化的储能调频控制策略

  于会群, 帅永生, 靳东辉

  电源学报. 2025, 23(1): 101-110. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.101

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  随着风电等可再生能源的大规模并网,传统调频电源的调频容量和调频效果等难以满足电网需求。为此,提出1种基于调频信号优化的电池储能系统辅助火电机组参与二次调频的综合控制策略。首先,建立符合电网调频需求的储能仿真模型,基于此模型对区域控制误差信号和区域调频需求信号的分配模式进行复频域分析,结合这2种控制信号的优势确定调频信号的切换判据;然后,考虑储能调频过程中的经济性和调频效果,以减小频率偏移和调频成本优化为目标,通过基于分解的多目标进化算法优化其分配系数;最后,通过阶跃扰动分别仿真验证调频信号切换判据和多目标进化算法优化储能分配系数的有效性,通过连续扰动对综合控制策略进行仿真验证,结果表明该策略不仅可以有效减小系统频率偏差,还降低了储能的运行成本。
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  阻抗测量的扰动电压自适应控制策略

  赵静波, 周前, 杨文莉, 马俊鹏

  电源学报. 2025, 23(1): 111-119. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.111

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  阻抗实测的测量过程中由于待测系统阻抗值变化范围大,无法预先评估注入扰动幅值的大小,对扰动能量自适应调整十分必要。以串联注入扰动电压的阻抗实测装置为研究对象,提出基于扰动电流反馈的扰动电压自适应调整策略。通过实时检测响应的扰动电流幅值来调整扰动电压幅值,实现了扰动能量自适应调整,扰动电压及响应的扰动电流均控制在待测系统稳态点的10%以内,半实物实时仿真验证了所提控制策略的有效性。
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  智能电网内规模化分布式电池储能系统的调频控制方法

  陈石明, 范烨, 刘晶

  电源学报. 2025, 23(1): 120-131. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.120

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  随着新型电力系统中可再生能源渗透率的不断攀升,以及传统火电机组的比例持续下降,新型电力系统面临严峻的频率控制问题,而分布式电池储能系统BESS(battery energy storage system)可为解决上述问题提供有效途径。基于此,首先提出1种基于稀疏通信网络的分布式BESSs鲁棒负载频率控制LFC(load frequency control)方法。接着,为了抑制与系统运行相关的不确定性,设计了双层模型预测控制以改善BESS的响应特性,从而提升LFC效果。所提方法可满足系统各种运行物理约束,以实现区域控制误差的最小化。然后,考虑通信延迟对BESS参与频率调节性能的影响,设计了1种模糊协调控制器件以协调BESS和传统发电机,可避免传统发电机在长延迟情况下误运行。最后,通过仿真实验对所提方案进行验证,结果表明在不同容量、额定功率、充放电系数、荷电状态和时间常数等参数下,分布式BESS中的响应能力和调频效果明显优于传统方法。
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  面向电网电压主动支撑的电池储能系统自治控制方法

  郭辉, 杨华磊, 冯海波, 崔东亚, 张毅

  电源学报. 2025, 23(1): 132-142. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.132

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  随着可再生能源渗透率的不断提高,虽然碳排放降低,但其固有间歇性和波动性也给电力系统带来了惯性和安全经济性下降等问题,电池储能BES(battery energy storage)技术是解决这一问题的重要手段之一。基于此,提出1种面向主动支撑电网电压的基于全状态反馈的电池储能系统自治控制方法。首先,基于K_v(V_g-v_g)下垂和虚拟电容C惯量技术,设计静态功率支撑控制和动态电压支撑控制模块,使得电池储能系统可提供电网功率(静态)支撑和电压(动态)支撑;其次,采用全状态反馈方法将电压控制器和电流控制器合并,使得所提控制器设计更系统化和灵活化,并可减小单相接地故障引起的电压振荡;然后,为了维持电池储能荷电状态SOC(state-of-charge)的稳定,设计基于调节因子α的电池储能SOC控制器,以进一步提升电池储能系统的自治运行能力;最后,通过MATLAB和半实物仿真平台对14节点直流系统进行案例研究,仿真结果验证了所提方法在静态功率、动态电压双支撑及单线接地故障时的有效性。研究结果表明,所提方法下电池储能系统可连接到电网中的任何关键节点,通过本地监测扰动可主动支撑电网公共连接点电压,不受扰动影响,且可独立运行控制。此外,该方法还可防止暂态低压事故时变流器过流等问题,最终实现BES的自治运行能力。
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  基于SOA-SVM模型的光伏阵列故障诊断研究

  孙培胜, 陈堂贤, 程陈, 李正

  电源学报. 2025, 23(1): 143-150. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.143

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  针对支持向量机SVM(support vector machine)用于光伏阵列故障诊断时准确率不高、且易受核函数与惩罚因子参数影响的问题,提出1种基于海鸥优化算法SOA(seagull optimization algorithm)支持向量机的光伏阵列故障诊断方法。引入海鸥优化算法对SVM模型进行参数寻优,建立基于最优参数的SOA-SVM故障诊断模型;利用MATLAB软件搭建光伏阵列仿真模型,提取不同故障类型下的特征参数并输入到SOA-SVM模型进行故障诊断。实验结果表明：经SOA优化后的SVM模型故障诊断准确率显著提高,且相比于基于人工蜂群ABC(artificial bee colony)算法的ABC-SVM模型和基于粒子群优化PSO(particle swarm optimization)算法的PSO-SVM模型,SOA-SVM模型具有更快的寻优收敛迭代速度和更高的故障诊断准确率。
电力系统
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  多母线级联的海底直流供电系统阻抗建模与稳定性分析

  陈浩杰, 李杨, 帅智康, 吴向阳

  电源学报. 2025, 23(1): 151-159. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.151

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  随着海底观测网规模的扩大,其大功率供电系统的稳定性问题受到关注。基于此,建立了海底供电系统关键部件的阻抗模型,针对海底直流供电系统高电力电子渗透率、多母线级联且邻级母线交互耦合的特点,采用逐级分析法探究海底直流供电系统稳定性及其影响因素。分析结果表明：控制器积分参数是Buck变换器失稳的主导参数,控制器比例参数是接驳盒子系统失稳的主导参数,光电复合海缆电阻参数的增大及电感参数的减小均可有效提升系统的稳定性。基于PLECS仿真软件的仿真结果验证了稳定性分析结果的正确性。
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  计及EV和BESS的配电网削峰填谷两阶段优化调度策略研究

  刘仲民, 王瑜

  电源学报. 2025, 23(1): 160-172. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.160

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  随着电动汽车的大规模入网,其无序充电使得负荷峰谷差距进一步激增,给电力系统的稳定运行带来了负面影响,因此提出1种计及电动汽车负荷和电池储能系统的削峰填谷两阶段优化调度策略。首先,以用户充电成本和负荷绝对峰谷差最小为目标建立电动汽车有序充电调度模型,利用改进粒子群优化算法对模型进行求解,促使电动汽车避峰充电;其次,以负荷方差和储能寿命综合成本最小为目标建立储能系统削峰填谷优化调度模型,采用改进哈里斯鹰优化HHO(Harris Hawks optimization)算法对模型进行求解,从而减小负荷峰谷差,并通过削峰填谷评价指标对优化结果进行评估和分析;最后,以某电网实测负荷功率为例进行仿真实验,结果表明,所提两阶段优化调度策略使得负荷峰值降低了约147 kW,负荷谷值上升了约223 kW,峰谷差降低了约46.73%,能够有效改善负荷曲线,缓解负荷高峰期电力供应紧张的压力,保证了电网的安全、稳定运行。
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  电力电子化电力系统电压功角动态稳定性建模分析方法

  徐文林, 肖湘晨, 张璨辉, 徐慧婷, 卜龙敏, 肖英

  电源学报. 2025, 23(1): 173-180. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.173

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  为了避免电力电子化电力系统在运行中因动、静态负荷引起的动态问题,影响系统稳定性,提出1种电压功角动态稳定性建模分析方法。首先使用延拓法追踪电力系统平衡解流形,采用小扰动分析法计算电压功角状态矩阵,对电压功角动态稳定性进行判断;然后采用电力系统稳定模式判别方法,对失稳状态中电压功角状态变量关联情况进行分析,判定系统失稳类别,实现电压功角动态稳定性模型的构建与分析。实验结果表明：负荷模型直接关系着电子化环境下电力系统动态失稳类型,静态负荷模型易造成功角失稳,动态负荷模型易造成电压失稳,时域仿真结果与状态变量参与因子判别结果相吻合;通过功角失稳与电压失稳的测试对发电机角度与节点电压情况进行分析,证明了所提方法在电压功角动态稳定性分析中具有较好的效果,对电力系统工程领域的研究具有一定的参考价值。
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  基于遗传算法的高压直流供电系统管理效率优化研究

  吴军, 母国辉, 刘文俊, 李梦琪

  电源学报. 2025, 23(1): 181-187. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.181

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  高压直流供电系统供电负荷易受到信号中断的影响而造成供电系统无法稳定运行,为了有效提高供电系统管理效率,提出1种基于遗传算法的高压直流供电系统管理效率优化方法。将管理效率优化转化为负荷分配问题,采用效率优化的负荷分配控制策略合理地分配高压直流供电系统中的负载电流;采用遗传算法对高压直流供电系统管理效率进行优化处理,实现高压直流供电系统管理效率最优化。实验结果表明：可以通过双电源独立运行来调节系统管理效率,从而达到提高供电系统效率的目的;所提方法运行时间可保持在90~120 s,优化时间短、效率高。
无线电能传输
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  植入式医疗设备无线供电技术综述

  陈浩, 丘东元, 张波, 肖文勋, 陈艳峰

  电源学报. 2025, 23(1): 188-199. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.188

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  随着医疗技术的不断进步,植入式医疗设备IMD(implantable medical devices)在临床上的应用越来越多。由于传统的电池供电方式会给患者带来额外的组织损伤和手术成本,采用无线电能传输WPT(wireless power transfer)技术对IMD供电将成为今后的趋势。然而,如何在有限的空间内设计出高效率的IMD-WPT系统具有较大的挑战性。为此,对比了5种适用于IMD的WPT技术的性能特点;然后以磁谐振式WPT技术为例,具体介绍了磁谐振式IMD-WPT系统设计中的关键问题;最后结合部分磁谐振式WPT技术在一些典型IMD中的应用现状,讨论了IMD-WPT技术未来的研究方向。
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  低成本具备最大效率追踪功能的WPT系统

  王长清, 蒋帅, 贺坤宇, 王萌, 耿直, 王振玲

  电源学报. 2025, 23(1): 200-208. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.200

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  为解决电动汽车动态充电过程中因负载电阻和耦合系数时刻波动造成的系统恒压输出不稳和效率低下的问题,提出1种新型双边控制方案。通过调节发射端高频逆变器脉宽角θ实现恒压控制输出,通过调节接收端可控整流器脉宽角φ实现系统最大效率追踪控制。理论分析证明当导数∂[sin(θ/2)]/∂[sin(φ/2)]为1个特定常数时,系统可以始终工作在最大效率运行条件下。与同类型最大效率追踪控制方案相比,该方案不需要在发射端安装昂贵的电流或功率传感器,一定程度上降低了系统的开发成本。为验证所提方案的合理性,搭建了1台额定功率为360 W的验证性实验装置,实验结果充分证明所提方案的合理性和有效性。
功率半导体器件
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  用于提高GaN基电路振荡稳定性的驱动优化研究

  张楠, 李艳, 赵方玮

  电源学报. 2025, 23(1): 209-218. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.209

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  相比传统的硅Si(silicon)器件,氮化镓GaN(gallium nitride)器件具有更低的寄生参数、更快的开关速度和更小的导通电阻,但也导致器件在开通过程中更容易发生持续振荡现象,带来电路的不稳定问题。为了抑制这种现象,建立常规驱动方式下桥式电路的负电导模型,分析电路的振荡稳定性,建立在常规驱动方式基础上增加优化方式的负电导模型,分别选择以改变关断电阻、增加磁珠为代表的串联阻尼和以RC(resistor-capacitance)阻尼器为代表的并联低阻抗的优化方式。通过此模型可以判断出驱动优化方式的加入对电路振荡稳定性产生的影响,并通过实验结果验证了加入优化方式前、后电路的振荡稳定性变化,为驱动回路选择合适的驱动优化方式提供了参考。
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  用于SiC MOSFET短路保护的平面型差分罗氏线圈建模与设计方法

  李腾, 辛振, 石亚飞, 薛聚

  电源学报. 2025, 23(1): 219-228. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.219

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  随着宽禁带器件的发展,SiC MOSFET得到广泛应用,对其短路保护的研究成为保障电力电子设备可靠性的重要课题。针对SiC MOSFET短路耐受时间短、短路故障难保护的问题,提出1种基于平面型差分罗氏线圈的SiC MOSFET短路检测方法。该方法通过测量电路的漏源极电流实现对短路故障的快速识别,具有响应速度快、抗干扰能力强、与主电路完全隔离等优点。首先介绍基于平面型罗氏线圈的SiC MOSFET短路检测方法的工作过程,着重研究平面型罗氏线圈的部分元等效电路PEEC(partial element equivalent circuit)建模方法,得到能反映线圈高频特性的等效模型。同时分析平面型罗氏线圈几何结构对线圈性能的影响,提出兼顾高增益及高带宽的优化设计方案,并针对罗氏线圈在强电磁干扰环境中测量准确度较低的问题,提出使用差分线圈方案提高抗扰性能。最后通过实验验证了所设计平面型差分罗氏线圈的抗干扰性能及基于该线圈的短路保护方法的可靠性。
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  基于PSO-BP神经网络的SiC MOSFET模块寿命预测方法研究与实现

  毛明波, 孟昭亮, 高勇, 杨媛

  电源学报. 2025, 23(1): 229-235. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.229

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  针对目前碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管SiC MOSFET(silicon carbide metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)实际工况中在线寿命预测难度大的问题,提出1种基于粒子群优化-反向传播PSO-BP(particle swarm optimization-back propagation)神经网络的SiC MOSFET模块寿命预测数字化实现方法。首先,利用导通压降平台提取SiC MOSFET的导通压降作为温敏电参数,建立基于实验数据的结温预测方案;其次,利用功率循环加速老化实验平台,提取老化特征数据,建立基于PSO-BP神经网络的寿命预测方案;然后,将结温预测方案与寿命预测方案移植到可编程阵列逻辑中,实现SiC MOSFET寿命预测数字化;最后,设计了验证电路。实验表明,数字化显示的结温与真实结温的误差为4.73 ℃,与真实寿命次数的误差百分比为4.1%,证明所提寿命预测方法得到了数字化实现,并能够准确预测SiC MOSFET模块的寿命次数。
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  基于格子玻尔兹曼方法的功率模块自动布局优化

  回晓双, 宁圃奇, 崔健

  电源学报. 2025, 23(1): 236-242. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.236

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  针对在传统的功率模块自动布局优化算法中,方案的电气评估效率低、占用大量计算时间的问题,提出利用格子波尔兹曼方法LBM(lattice Boltzmann method)代替传统评估方法,由于LBM不需要进行多个可逆矩阵的求解,可以更快地进行电气互连合理性判断及电压/电流计算。首先,在基于遗传算法自动布局设计程序的基础上,采用D2Q4格子类型建立二维布局评估方法;然后,通过ANSYS Q3D 软件仿真验证了布局方案评估结果的准确性;最后,在Python 3.10环境中进行对比测试,结果表明LBM平均缩短了75.4%的方案电气评估总时间,且评估方案中回路数量越多,LBM的计算优势越大。
电磁干扰与电磁兼容
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  基于交错多地层结构的平面磁集成LCL-EMI滤波器设计与实现

  叶鑫, 陆子健, 刘艺涛

  电源学报. 2025, 23(1): 243-250. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.243

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  谐波和电磁干扰EMI(electromagnetic interference)滤波器是并网逆变器中用于抑制谐波失真和EMI噪声的2个重要输出滤波器。因此,提出1种通过平面磁集成的方法组合谐波和EMI滤波器,实现设备体积和质量的减小。首先,选择合适的磁芯将共模电感和差模电感通过PCB绘制平面线圈的方法集成在同一磁芯上,在PCB板层插入电介质板,合理规划层连接方式集成分立电容,实现EMI滤波器的平面电磁集成;其次,采用对称LCL滤波器拓扑结构,取代传统的磁集成非对称结构,进一步通过设计磁芯中柱的气隙和合理布置平面绕组,将LCL谐波滤波器的电感也集成在同一磁芯单元,形成LCL-EMI型平面磁集成滤波器;最后,通过搭建氮化镓单相逆变器平台,对平面磁集成的LCL-EMI滤波器进行实验分析,验证所提平面磁集成方法的可行性。
可靠性与诊断
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  小波包变换与支持向量机的电力变压器故障诊断方法

  黄道友, 任丽佳, 康健

  电源学报. 2025, 23(1): 251-258. https://doi.org/10.13234/j.issn.2095-2805.2025.1.251

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  针对传统电力变压器故障诊断方法无法实现电力故障准确检测并保证电力变压器正常运行的问题,提出1种小波包变换与支持向量机相结合的电力变压器故障诊断方法。对采集的电力变压器电力信号,利用改进最小噪声分离MNF(minimum noise fraction)变换实施去噪,并通过加权邻域均值法对噪声矩阵进行估计,利用改进的MNF变换有效实现图像降维、去噪处理,提取信号特征;利用小波包变换方法将信号分为低频部分与高频部分,以获取小波包能量特征向量,将所获取小波包能量特征向量输入支持向量机分类器中,利用支持向量机分类器输出结果,实现电力变压器状态识别和故障诊断。实验结果表明,所提方法可有效诊断电力变压器中的铁芯短路、线圈层间短路、套管对地击穿、线圈绝缘电阻下降和套管间放电等故障,故障诊断精度高于98.5%。