半月刊

ISSN 1000-1026

CN 32-1180/TP

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  • 电力电子技术应用
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    • 特约主编寄语

      2014, 38(3):1-1. DOI: 10.7500/AEPSd1403001

      摘要 (2399) HTML (0) PDF 746.35 K (2447) 评论 (0) 收藏

      摘要:特约主编寄语

    • 电力电子装置在电力系统中的应用

      2014, 38(3):2-6. DOI: 10.7500/AEPS20131213006

      摘要 (4077) HTML (0) PDF 1.06 M (4014) 评论 (0) 收藏

      摘要:电力电子装置能够促进电力系统向可持续发展和智能化转型。从发电、储能、微型电网、输电和电能质量5个方面,介绍了电力电子装置在电力系统中的主要应用。从提高电力电子装置可靠性、安全性、经济性和标准化的视角,综述了可靠性评估、故障运行管理、硬件在回路仿真和电力电子标准模块的研究工作。最后阐述了电力电子装置在电力系统应用中亟待解决的难题。

    • 基于松散耦合变压器的全桥谐振变换器非线性行为分析

      2014, 38(3):47-51. DOI: 10.7500/AEPS20130711013

      摘要 (2968) HTML (0) PDF 1.79 M (2544) 评论 (0) 收藏

      摘要:松散耦合感应电能传输系统利用电磁感应技术,实现了能量的非接触传输,解决了传统导线直接供电的缺陷,是一种有效、安全的电能传输方法。文中以全桥谐振变换器为例,基于松散耦合变压器分析了系统随着耦合系数的改变而发生的非线性分岔现象。通过互感模型建立系统的状态方程及其非线性模型,分析了系统谐振时的非线性行为,得到以耦合系数为分岔参数的系统复杂三维分岔图。电路仿真验证了系统的复杂分岔行为,并且进一步分析了系统在分岔过程中经历的边界碰撞现象以及准周期状态下系统的时域与频域特征。该研究将开关变换器的非线性研究拓展到无线电能传输系统中,对无线电能传输系统的可靠设计具有重要指导意义。

    • 一种模块化多电平换流器的子模块优化均压方法

      2014, 38(3):52-58. DOI: 10.7500/AEPS20130627003

      摘要 (2557) HTML (0) PDF 1.79 M (2923) 评论 (0) 收藏

      摘要:模块化多电平换流器(MMC)的子模块(SM)电容电压均衡问题是MMC工程应用急需解决的难点之一。文中针对采用电容电压进行排序,根据电流方向触发导通的传统电压均衡方法进行了改进和优化,引入了双保持因子,降低SM的开关频率,以减小开关损耗。同时,还通过引入能量均衡因子,使SM间的能量保持相对平衡,在保证换流器正常运行的前提下,对桥臂SM采用分组排序的均压策略,从而达到减小排序运算量,提高SM电容电压排序速度的效果。最后,通过在PSCAD/EMTDC下搭建11电平的MMC仿真模型,对所提出的方法进行了验证,仿真结果证明了所提出的优化均压方法的正确性和有效性。

    • 基于PXI的MMC-HVDC系统快速控制原型设计

      2014, 38(3):59-64. DOI: 10.7500/AEPS20130506011

      摘要 (3115) HTML (0) PDF 1.26 M (3556) 评论 (0) 收藏

      摘要:相比传统高压直流输电,模块化多电平换流器型高压直流输电(MMC-HVDC)的一次系统与二次系统都更为复杂,并且控制器的特性一定程度上决定了MMC-HVDC系统的性能。使用快速控制原型技术可以加快MMC-HVDC系统的控制器开发。基于面向仪器系统的PCI扩展(PXI)开发了MMC-HVDC系统的快速控制原型。首先,在PXI环境中设计了MMC-HVDC系统的控制策略,开发调试了控制程序,配置了输入/输出板卡及端口,实现了快速控制原型。其次,建立了基于实时数字仿真器(RTDS)的MMC-HVDC一次系统模型。最后,建立了RTDS-PXI混合实时仿真系统。混合实时仿真实验结果表明,所设计的快速控制原型可以进行MMC-HVDC系统启动、子模块电容电压均衡、母线电压和有功功率调节等控制,具有优良的稳态与暂态性能。

    • 交交变频电励磁同步电机矢量控制系统磁链估计器

      2014, 38(3):65-70. DOI: 10.7500/AEPS20130712014

      摘要 (2514) HTML (0) PDF 1.95 M (2271) 评论 (0) 收藏

      摘要:交交变频电励磁同步电机矢量控制系统在大功率及特大功率低频场合有着广泛的应用,磁链估计是实现电励磁同步电机矢量控制的基础。提出了一种新型磁链估计器,估计器由电流模型磁链估计器和新型的基于比例谐振控制的电压模型磁链估计器相结合而成。采用分段线性方法对交交变频的电流断续进行补偿,采用高频采样和变周期滤波方法提取基波信号。仿真分析了估计器在稳态、动态以及全速范围的工作情况。960V/1.6MW机组实验结果表明,提出的磁链估计器在交交变频电励磁同步电机矢量控制的全速范围内均能保证系统的调速性能。

    • 模拟电机端口特性的电力电子负载系统设计

      2014, 38(3):71-77. DOI: 10.7500/AEPS20130630002

      摘要 (2842) HTML (0) PDF 1.53 M (2715) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对电机驱动器的性能测试和功率考核需求,提出一种利用电力电子负载模拟电机端口特性的负载模拟系统,可取代交流传动试验平台用于各类电机供电电源的性能测试。采用实时数字仿真技术获得电机实际接入时的端口电流状态,并控制功率变换器准确跟踪上述电流,使变流器具有与实际电机相同的端口电压电流特性。在电机空载启动和突加机械负载两种典型工况下进行了模拟,仿真和实验结果表明,电机模拟器具有与实际电机一致的端口特性,从而验证了所提方案的有效性。

    • 基于FPGA的三电平空间矢量脉宽调制算法半实物实验方案

      2014, 38(3):78-82. DOI: 10.7500/AEPS20130714012

      摘要 (2690) HTML (0) PDF 1.32 M (2793) 评论 (0) 收藏

      摘要:以三电平二极管中性点钳位牵引逆变器电机系统为研究对象,首先对各扇区的几何对称性与矢量作用时间之间的密切关系进行了详细分析。在此基础上,探讨了一种简化三电平空间矢量脉宽调制(SVPWM)算法。然后,给出了该算法基于现场可编程门阵列(FPGA)的详细设计方案,并通过简化乘法器、高效率除法器等关键性设计,避免数字处理器进行大量三角函数运算,减少硬件资源占用,同时兼具FPGA速度快、可移植性好、模块复用率高等特点。最后,通过基于FPGA与dSPACE的半实物实验平台的实验研究,验证了该简化三电平SVPWM算法的正确性及其基于FPGA设计方案的可行性。

    • 用于逆变器分布式控制的切换式环网通信与同步方法

      2014, 38(3):89-94. DOI: 10.7500/AEPS20130414002

      摘要 (2451) HTML (0) PDF 2.28 M (2266) 评论 (0) 收藏

      摘要:针对并联运行三相逆变器模块分布式控制问题,提出采用高速切换式光纤环网搭建分布式控制网络,每一个逆变器模块作为环网中的一个节点。结合具体的环网通信协议,计算切换式光纤环网一个开关周期内完成数据通信的时间,得出切换式光纤环网的应用范围。为了实现并联运行逆变器模块电流均衡并避免产生环流,采用环网中各节点精确同步的控制策略,使各个子节点产生相同的开关驱动脉冲。提出3种应用于切换式环网的节点同步方法,通过分析3种同步方法的时间延迟和同步精度,得出适合并联运行三相逆变器模块的双光纤环网拓扑结构。该结构简单可靠、同步精度高。搭建了切换式光纤环网实验平台,验证了切换式光纤环网通信时间计算方法和节点同步方法分析的正确性。

    • 基于极点配置的LCL滤波并网逆变器电流控制策略

      2014, 38(3):95-100. DOI: 10.7500/AEPS201212131

      摘要 (3476) HTML (0) PDF 1.21 M (3764) 评论 (0) 收藏

      摘要:LCL滤波并网逆变器具有良好的应用前景。针对其电流控制,文中在分析了传统的单进网电流闭环方案局限性的基础上,结合有源阻尼控制机理,提出了一种基于极点配置的进网电流控制思想。其内环为极点配置环路,外环为进网电流比例-积分控制,可实现高带宽的电流控制。进一步提出内环配置两个极点为基波共轭极点,另两个极点为谐振频率处共轭极点的方案,实现谐振峰的有效抑制及基波频率处的高增益。分析并推演了其实现方法,包括反馈的选择和参数设计。最后,详细分析了所述方案控制性能并给出了实验验证。

    • 新能源并网三电平逆变器中低功率区间效率优化

      2014, 38(3):101-105. DOI: 10.7500/AEPS20130621006

      摘要 (2817) HTML (0) PDF 1.14 M (2498) 评论 (0) 收藏

      摘要:三电平逆变器因为电压应力只有两电平逆变器的一半,并且具有损耗小、谐波含量低的特点,所以在风能、太阳能等新能源发电系统中得到了越来越多的应用和研究。文中从新能源的功率随机波动特点出发,首先,评估了应用于新能源系统的传统三电平逆变器拓扑的损耗特点,然后,针对应用于光伏发电系统的三电平并网逆变器提出了硬件和控制策略上的改进,最后,利用一台样机验证了所提出的改进措施。试验证明,所提改进措施能够有效改善和提高三电平逆变器的效率,尤其是在中低功率范围内的效率。

    • 基于数字双环控制的功率因数校正控制算法

      2014, 38(3):36-40. DOI: 10.7500/AEPS20130619002

      摘要 (2632) HTML (0) PDF 1.28 M (2900) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出一种基于数字控制的新型功率因数校正(PFC)控制算法。电流环采用改进的占空比控制,考虑数字控制特点加入电流项和电压项校正因子,并给出了电压项校正因子自适应算法;电压环采用具有前馈补偿的线性化比例-积分算法,引入输出电压滑动平均滤波法消除电压环对电流环的恶化影响以提升系统动态响应性能。文中以Boost电路PFC变换器为例阐明了算法的基本原理,搭建了基于数字信号处理器数字控制的千瓦级Boost电路PFC变换器硬件系统实验平台。仿真和实验均验证了算法可在宽输入电压、宽输出功率工作条件下实现接近单位功率因数的控制效果,输入电流总谐波失真低于5%,并且具有良好的快速动态响应性能。

    • 九开关变换器脉宽调制策略

      2014, 38(3):83-88. DOI: 10.7500/AEPS20130701013

      摘要 (2813) HTML (0) PDF 1.43 M (2526) 评论 (0) 收藏

      摘要:相对于传统的背靠背式十二开关变换器结构,九开关变换器结构在开关数目上减少了25%,在变换器的成本、体积方面体现出了自身的优势。文中详细介绍了新型九开关变换器的脉宽调制策略,并总结了九开关变换器的无死区调制方法。在此基础上,提出一种新型交叉调制方法,解决了原有脉宽调制方式在调制深度方面的不足,并以六开关单相变换器结构为例进行了仿真分析。

    • 基于LLC谐振变换器的电力电子变压器

      2014, 38(3):41-46. DOI: 10.7500/AEPS201211028

      摘要 (3346) HTML (0) PDF 1.21 M (3983) 评论 (0) 收藏

      摘要:提出了一种基于LLC谐振变换器的三级型降压式电力电子变压器(PET)拓扑结构。所述结构的输入侧高压级为二极管钳位三电平整流电路,以降低开关器件耐压等级;隔离级采用了三电平LLC串联谐振型DC/DC变换器,其每个主开关电压应力是输入电压的一半,并且在全负载范围内工作在软开关状态,可降低PET的损耗,提高其效率;输出侧低压级为两电平三相四桥臂逆变电路,以应对大量存在的不平衡和非线性负载。对所述的PET结构进行了控制方案设计,并做了仿真研究。仿真结果表明:该PET结构在实现了传统变压器隔离、变压和能量传递等功能的基础上,还具备电能质量调节功能,可有效避免系统与负载之间因不平衡或畸变而对彼此产生的影响。

    • 基于双馈感应发电机风电场等效建模中控制器聚合方法分析

      2014, 38(3):19-24. DOI: 10.7500/AEPS201211101

      摘要 (3789) HTML (0) PDF 1.14 M (2613) 评论 (0) 收藏

      摘要:在对风电场进行等效建模时,一般以风电机组运行状态相近为原则进行分群聚合,从而得到风电场的多机等效模型。如果在保证精度的情况下能够对运行状态有明显差异的风电机组进行聚合,将有助于建立更加简化的风电场等效模型。以基于双馈感应发电机(DFIG)的风电场为研究对象,针对承受风速有显著差异的DFIG机组的聚合问题,提出了相应的DFIG机组转子侧控制器聚合方法。该方法通过调整等效控制器的控制参考值,来提高风电场等效模型的稳态和动态精度,从而实现风速差异显著的DFIG机组的聚合。文中给出了基于控制参数调整的DFIG风电场单机等效建模流程,为建立具有良好精度的风电场等效模型提供了一种不同于分群聚合的思路。最后,通过仿真算例对所提方法进行了分析和验证。

    • 链式静止无功发生器直流侧电压稳定性分析

      2014, 38(3):25-29. DOI: 10.7500/AEPS20130704010

      摘要 (2543) HTML (0) PDF 1.26 M (2411) 评论 (0) 收藏

      摘要:链式静止无功发生器(SVG)直流侧电容电压存在二倍频波动,电压检测时常采用滤波电路对直流侧电压信号进行调理。文中重点研究了滤波环节对链式SVG直流侧电容电压稳定性的影响。根据能量平衡的思想对链式SVG直流侧电压控制进行了建模,建立包含滤波环节的系统闭环模型,并进行稳定性分析,得到调节器积分时间常数大于滤波环节时间常数是系统稳定的必要条件。搭建了13电平SVG样机,在220V和3kV电压下分别进行了并网实验,实验结果验证了文中稳定性分析的正确性。

    • 一种有源功率因数校正电流畸变抑制控制技术

      2014, 38(3):30-35. DOI: 10.7500/AEPS20130724007

      摘要 (2564) HTML (0) PDF 1.42 M (2205) 评论 (0) 收藏

      摘要:为了减少风机驱动系统对电网造成的谐波污染,设计了一种带有功率因数校正功能的风机驱动器。在此项技术中,电流过零点畸变会影响功率因数校正的性能,为此提出了一种新的过零点畸变抑制方法并给出了理论证明和具体实现方式。采用占空比前馈补偿的数字控制,可以减小输入和输出电压对电感电流控制的干扰,从而使得输入电流能理想地跟踪输入电压。为了验证前馈补偿的效果,对输入阻抗进行分析进而说明了前馈补偿对电流相位超前的抑制作用。为得到准确的反馈电流,提出了一种电流采样方法,根据开关的占空比信息在一个PWM周期的两个不同时刻采样两次。文中所提出的方法可以有效抑制电流相位超前,减小电流过零点畸变,优化电流采样算法。仿真和实验结果都证明了所提出方法的正确性和有效性。

    • 采用耦合电感的Buck/Boost集成型三端口直流变换器

      2014, 38(3):7-13. DOI: 10.7500/AEPS20130714007

      摘要 (2768) HTML (0) PDF 2.21 M (3233) 评论 (0) 收藏

      摘要:新能源联合供电系统中,多端口直流变换器可代替原有多个分立变换器,以简化系统结构、降低成本。针对大电流应用场合,提出一种采用耦合电感的Buck/Boost集成型三端口直流变换器,通过电感交错并联使桥臂结构一致,同时实现电流扩容与纹波抑制,将两电感反向耦合,进一步改善变换器性能。文中给出其拓扑结构与控制策略,讨论其工作原理,重点分析了电感电流脉动、开关管软开关实现范围及开关管电流有效值与耦合系数的关系,并通过一台1kW的原理样机进行了实验验证。

    • 基于动态相量法的逆变型分布式电源微电网建模与仿真

      2014, 38(3):14-18. DOI: 10.7500/AEPS20130701015

      摘要 (3071) HTML (0) PDF 1.20 M (2828) 评论 (0) 收藏

      摘要:微电网中变流器的电磁暂态过程加剧了微电网的动态特性分析难度,为了快速准确地分析微电网的动态特性,文中采用动态相量法建立了逆变型分布式电源微电网的动态相量模型。通过MATLAB/Simulink分别用动态相量模型和电磁暂态模型对含2个逆变型分布式电源的微电网进行仿真分析,仿真结果表明,动态相量模型在较高精度范围内近似电磁暂态模型,验证了模型的正确性和有效性。而且,所提出的动态相量模型在保证较高精度的同时,提高了仿真速度,节省了仿真时间,为复杂微电网的建模提供了一种新方法。