电工电能新技术

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严开沁,李竹筠,陈乾宏

电工电能新技术. 2013, 32(3): 1-6.

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铁粉芯电感由于其高频损耗较低、饱和磁密高、气隙分布均匀等优点,在功率因数校正场合得到了广泛应用,但其非线性特性,也给电感的分析与设计带来了一定的困难。本文结合一台Boost PFC变换器,从纹波电流入手,给出了非线性电感的设计,并由此反推出磁芯选择依据的物理原理。为明确不同情况下电感的工作点,着重分析了该变换器中电感纹波电流与输入电压的关系。最后,利用回转器-电容仿真模型对电感进行建模,通过仿真和实验,证明了所建仿真模型和纹波电流分析结果的正确性。

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交错并联磁集成Buck变换器的本安特性分析及优化设计

杨玉岗,李龙华

电工电能新技术. 2013, 32(3): 7-11.

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对交错并联磁集成变换器的最大电感电流和最大输出短路释放能量进行分析计算。指出采用交错并联磁集成电路能在更好的保证本质安全的前提下实现变换器输出功率的成倍提高。得出了交错并联磁集成Buck变换器的非爆炸性本质安全判据和使得其最大输出短路释放能量最小的最佳电感、电容设计参数。实验结果证明分析方法的可行性。

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新型单开关高增益Boost变换器研究

张士宇,许建平,杨平

电工电能新技术. 2013, 32(3): 12-15.

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提出了一种基于电压举升技术（voltage-lift-technique）的新型单开关高增益Boost变换器,不但拓宽了Boost变换器输入电压范围,而且降低了开关管的电压应力,适用于输入电压变化范围较宽的应用场合。与二次型Boost变换器相比,该新型Boost变换器的开关管电压应力低,便于选取导通电阻较小的功率开关管,从而减小开关管的导通损耗,提高变换器的效率。本文分析了该新型高增益Boost变换器的工作原理,研究了电路参数对其稳态工作特性的影响。最后通过仿真及实验验证了理论分析的正确性。

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LLCL型单相并网逆变器在不同滤波电感组合情况下的损耗计算

吴慧韫,吴卫民,黄敏,Frede,Blaabjerg

电工电能新技术. 2013, 32(3): 16-21.

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随着LLCL型并网滤波器的提出,大电流纹波工况下工作的并网逆变器受到重视;此时,如果按传统方法进行逆变器的效率分析会带来偏差。本文提出了一套完整的并网逆变器的效率计算方法,并以采用不连续单极性调制的LLCL型单相并网逆变器为例进行了损耗分析与计算。具体推导了逆变器侧的电感电流表达式,然后根据IGBT的特性及制造商提供的特性参数,采取曲线拟合的方法来计算逆变器的损耗,这使得并网逆变器在大纹波电流条件下的效率计算更为准确,也对LLCL滤波器的初始设计或参数优化有着重要的指导性作用。该方法也适用于采用其他调制方式或其他滤波器的并网逆变器的损耗计算。最后,基于2 kW的单相并网逆变器平台,将理论分析结果与实验结果进行了对比验证分析。

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一种基于模拟电路MPPT技术的独立光伏电源系统

蔡衍,王莉娜,孙凯

电工电能新技术. 2013, 32(3): 22-26.

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本文提出了一种基于模拟电路MPPT控制的独立光伏电源系统,输入侧为光伏电池阵,变换器采用Superbuck电路,输出侧接蓄电池和负载。系统采用模拟电路MPPT与蓄电池的恒压、恒流控制协调控制的方法,在保证蓄电池安全充放电的前提下实现光伏电池的最大功率输出。该系统具有太阳能利用率高,可靠性高,纹波小,成本低的优点。仿真和实验结果表明,该系统在MPPT模式下能够准确地追踪光伏电池最大功率点,并且通过与蓄电池储能的配合实现对太阳能最大限度的利用。

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电励磁同步电机无源性控制系统研究

宋珂,戴鹏,袁庆庆,符晓

电工电能新技术. 2013, 32(3): 27-30.

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无源性控制是基于能量观点的一种全局定义且全局稳定的控制策略,对参数变化及外来扰动有较强的鲁棒性,是一种本质上的非线性控制。本文建立了同步电动机基于欧拉—拉格朗日方程的机电统一数学模型,在模型中分离出不影响稳定性的无功力,并在此基础上设计无源性控制器。这种控制器不仅形式简单、无奇异点,而且无需转子阻尼绕组电流观测器。仿真和实验验证了无源性控制器能够很好地实现期望的跟踪控制目标,证明了该控制策略的有效性。

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直驱永磁同步风力发电机转子位置测量的研究

邓惠文,谢明李,曹虎,郭育华

电工电能新技术. 2013, 32(3): 31-35.

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针对现有永磁同步发电机的转子位置测量方法,综合各种测量方法的不足,提出了一种增量式光电编码盘的测量方法,并对电机初始位置检测进行了实验与结果分析,实验结果表明了该方法是切实可行的,能够可靠并有效地检测出电机转子的初始位置。

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永磁交流伺服系统转动惯量辨识方法

韩亚荣,邱鑫,朱德明

电工电能新技术. 2013, 32(3): 36-40.

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永磁交流伺服系统中具有不同转动惯量的负载,对系统的动态性能有着显著影响。在提高系统动态抗扰能力研究过程中,转动惯量辨识为首要解决问题。本文在对传统方法研究基础上,提出两种分别基于加减速法和二分法的新型转动惯量辨识方法。其中改进加减速法将传统方法微型化,使得电机可以在微震运行状态下进行惯量辨识;二分法利用转矩和转动惯量之间的联系,对转动惯量进行二分法快速查找。基于实验平台,对传统方法和新型方法进行实验验证,研究各方法可行性,并给出各自优缺点和适用场合。

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一种新型的双馈风力发电系统LVRT技术研究

郭强

电工电能新技术. 2013, 32(3): 41-45.

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目前,风力发电机单机容量及风电场并网容量不断增大,风力发电在电网中所占比重越来越大。随着并网规则的日益严厉,保证风力发电机组在电网电压短时跌落时不解列,已成为一个强制性问题。此处首先研究了双馈电机在电网电压跌落时定子电流的电磁暂态过渡过程,并对其进行了仿真频谱分析,进而提出了基于考虑定子励磁电流动态过渡过程的双馈电机低电压穿越控制策略,并与传统的矢量控制策略进行仿真对比分析,改进控制策略可以有效抑制转子侧冲击电流,提高了双馈风力发电系统的不间断运行能力。最后,在实验室双馈风力发电实验平台上予以实验验证,实验结果表明所用控制方案的可行性与有效性。

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基于Crowbar的双馈风力发电系统LVRT仿真研究

林冠吾,王贵锋

电工电能新技术. 2013, 32(3): 46-50.

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讨论了电网电压骤降下双馈感应风电（DFIG）系统的低压穿越控制策略和保护方案。采用计及电网电压变化的DFIG数学模型,建立了LVRT控制模型,通过仿真详细研究了Crowbar投切策略,仿真结果验证了Crowbar电路以及控制策略的有效性,表明Crowbar电路能有效抑制转子过电流、直流母线过电压以及电磁转矩的振荡,并可在故障时向电网注入无功电流以帮助电网电压的恢复,使DFIG实现低电压穿越。测量结果表明了这种控制方式能使DFIG在电压跌落故障下实现不间断运行,有效提高了DFIG风电机组运行的可靠性。

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基于ADP的复合燃料电池发电系统控制策略

郑文迪,蔡金锭,刘丽军

电工电能新技术. 2013, 32(3): 51-56.

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在研究燃料电池/超级电容器复合电源结构基础上,引入了一种基于近似动态规划（Approxi-mate Dynamic Programming,ADP）的方法,用于燃料电池能量管理。详细介绍了ADP方法中执行依赖的启发式动态规划（Action-Depended Heuristic Dynamic Programming,ADHDP）的原理及构成。采用模糊神经网络产生控制信号,取代了传统由多层感知器所构成的执行网络,使得输入与输出之间的物理意义更为明确;采用增量输出的方式更适用于由于燃料利用率上下限所造成的强动态约束环境。针对复合发电系统的状态变量与控制信号,本文详尽阐述了评价网络与模糊神经网络的结构及其参数的调整方法。最后,仿真分析验证了控制策略的正确性以及良好的负载跟踪特性,并且在暂态过程中,燃料利用率仍在约束的范围内,保证了燃料电池的稳定运行与较高的发电效率。与传统的PI调节方式比较,本文采用的ADP方法具有响应快、超调小的特点。

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一种基于风功率预测修正的储能电池容量需求分析

柯联锦,潘文霞,朱建红

电工电能新技术. 2013, 32(3): 57-61.

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风电场配置储能系统可以有效减小有功功率输出波动。在风/储系统的研究中,电池容量需求分析一直是一个热点问题。本文基于风电功率预测的电池平滑输出控制,以减小电池储能系统容量需求为目标,针对风电功率预测与实际风功率输出存在较大误差的情况,提出一种基于风电功率预测修正的分析方法,并且利用实际风力发电机输出功率数据及PSCAD仿真算例验证了该方法的可行性和有效性。

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1140V链式静止同步补偿器关键技术的研究

曹雪祥,赵万云,徐天然,翟福军,史丽萍

电工电能新技术. 2013, 32(3): 62-66.

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基于级联H桥逆变器拓扑结构,将载波移相SPWM技术应用于链式静止同步补偿器（STAT-COM）系统中,有效地改善交流侧输出电压特性。同时,在低开关频率下,可以获得较高的输出电压等级,降低自身的电压谐波成分。此外,结合反馈解耦控制理论,重点研究电流环参数的变化对STATCOM系统特性的影响,并搭建低压1140V链式STATCOM试验平台,给出实际应用中最优PI参数控制范围,证实了STATCOM具有调节速度快、补偿效果好等优点。

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采用Hilbert谱带通滤波和暂态波形识别的谐振接地系统故障选线新方法

郭谋发,刘世丹,杨耿杰

电工电能新技术. 2013, 32(3): 67-74.

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利用谐振接地系统发生单相接地故障后,非故障线路的暂态零序电流波形相似,而故障线路暂态零序电流波形与非故障线路差别较大的特点,提出一种基于故障暂态零序电流波形时频局部特征识别的接地选线新方法。将故障后各线路首个工频周波内的零序电流波形经Hilbert谱带通滤波分解为多频带分量,在时域上对各频带分量做等间隔划分,得等面积的时频小块,以其面积为元素生成各线路的分块时频谱矩阵,进而综合运用相关系数法及欧氏距离法求取各线路相对于其他线路的综合相似系数,结合选线判据确定故障线路。仿真结果表明,该选线方法能适应各种故障条件及影响因素,具有裕度高,选线准确等特点。

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梳状电场屏蔽体高频电磁场屏蔽特性分析与应用

陈庆彬,陈为

电工电能新技术. 2013, 32(3): 75-80.

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开关电源中常用铜箔对磁性元件进行屏蔽以减小磁件与大地之间的电场耦合从而减小传导共模EMI发射。分析了传统全铜箔电场屏蔽体能有效屏蔽电场,但同时由于涡流效应也会影响高频磁场的分布,从而带来额外的涡流损耗和磁件电磁参数的变化,因此不适用于功率变换器中某些仅需要屏蔽电场但又不能屏蔽高频磁场的场合。提出的梳状电场屏蔽体结构具有只屏蔽电场,而不屏蔽高频磁场的特性,同时还能显著减低屏蔽体的临近效应涡流损耗。通过仿真分析了梳状屏蔽体结构参数对电场和高频磁场的影响。最后结合梳状屏蔽体在LLC集成漏感变压器中的应用验证了其实际有效性和可行性。

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无锁相环三相电压暂降检测

薛尚青,蔡金锭,刘丽军

电工电能新技术. 2013, 32(3): 81-84.

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针对基于dq变换法的电压暂降检测方法易受锁相环输出信号误差影响的问题,提出了无锁相环三相电压暂降检测方法。首先通过瞬时对称分量法及坐标变换在αβ坐标系下建立含电压正序、负序分量的检测模型,该模型引入90°超前移相算子;然后采用无迹卡尔曼滤波算法构建离散电压暂降检测模型,借用正余弦90°的关系实现移相算子;最后利用MATLAB/Simulink对所提方法在三相电压平衡与不平衡故障中的应用进行仿真,仿真结果验证了该方法的正确性和有效性。

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氢氧非平衡等离子体合成过氧化氢的研究

苟建霞,解胜利,徐月,周军成,郭洪臣

电工电能新技术. 2013, 32(3): 85-88.

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以H2和O2为原料,采用介质阻挡放电方法,在管式等离子体反应器中将氢氧混合气体直接转化合成H2O2。实验中分别考察了聚酯漆包铜线作为高压电极和硬质玻璃包裹的铜线作为高压电极的夹套水冷反应器中合成H2O2的情况,以及氢氧介质阻挡放电等离子体的发光状态。实验得出放电均匀、温和有利于H2O2的生成,可以通过改变反应器结构和优化实验条件来调节反应器内高能电子能量和分布,使放电更加均匀、温和,从而有利于H2O2的生成。

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双馈异步发电机电刷滑环系统状态监测技术研究现状与发展

陈涛涛,马宏忠

电工电能新技术. 2013, 32(3): 89-94.

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电刷和滑环系统对双馈异步发电机的稳定运行至关重要,然而其运行故障时有发生,维修工作需耗费大量的人力和物力。与传统发电机类似,双馈异步风力发电机电刷滑环系统的故障机理相对简单,而对其进行实时、精确、高效的状态监测是一大难点,故本文先简单介绍了发电机电刷滑环系统常见故障类型和故障产生机理,再对当前已有的电刷滑环系统状态监测方法做重点阐述和分析,最后对未来双馈异步风力发电机电刷和滑环系统状态监测的发展趋势和方向做了展望。

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Z-源逆变器PWM调制策略的分析与比较

薛必翠,张承慧,丁新平

电工电能新技术. 2013, 32(3): 95-100.

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Z-源逆变器是一种具有升/降压功能的单级逆变器,较之应用广泛的电压源逆变器和级联Boost斩波电路的电压源逆变器,具有结构简单、整机效率高和系统安全可靠等优点。本文在简单介绍Z-源逆变器工作原理的基础上,重点分析了Z-源逆变器的PWM调制策略。阐述了目前为止应用于Z-源逆变器升压调制中的几种调制策略,包括简单升压调制、最大升压调制、最大恒定升压调制、三次谐波注入升压调制、直通分段SVPWM和正弦载波PWM等调制策略的实现方法,通过定性分析和定量比较,对比了各调制策略的性能,分别从升压能力、功率器件电压应力和电感电流纹波等方面讨论了他们各自的优缺点,并列出了各调制策略下Z-源逆变器的主要性能参数比对表,为Z-源逆变器的系统选型和实际应用提供理论依据。

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基于LLC谐振变换器的微波炉用高压变频电源

王春芳,张志勇,朱世盘

电工电能新技术. 2013, 32(3): 101-104.

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传统的微波炉电源多采用工频变压器升压的供电方式,此类电源功率密度小、效率低、开关噪声大,对电网污染较大。针对这些问题,设计了一个输出端采用倍压整流方式的LLC谐振软开关变换器作为主电路,L6599芯片为控制核心的高压变频电源。应用基波分析法推导出变换器的直流增益,分析谐振网络的谐振电感系数和品质因数的曲线变化,优化变换器的谐振参数。利用MATLAB、SABER仿真软件分析主电路的工作特性。最后通过实验验证了该设计方案的合理性与正确性。

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双极性微弧电沉积电源系统研制

陈海涛,吴护林,马跃洲,张隆平,李忠盛

电工电能新技术. 2013, 32(3): 105-109.

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为满足微弧氧化和阴极微弧电沉积两种涂层制备工艺的共同需求,设计了一种双极性直流脉冲电源系统,该电源系统由主回路和控制系统组成,主回路采用两级结构,前级为三相全桥整流部分,包括三相全桥晶闸管整流电路及其触发电路,输出连续可调的直流电压;后级为逆变电路,包括全桥逆变电路,驱动电路以及脉冲波形发生器的设计,保证输出频率、占空比可调的双极性脉冲波形;控制系统采用双闭环结构,内环为电压环,外环为电流环,采用PI控制算法,实现恒流、恒压控制。

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BP和RBF神经网络在气隙击穿电压预测中的应用和对比研究

罗新,牛海清,林浩然,游勇

电工电能新技术. 2013, 32(3): 110-115.

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气隙的击穿电压是决定外绝缘水平的重要因素之一,现有关于击穿电压的理论都是单参数的经验公式,对某一特定大气条件下的击穿电压则很难估计。本文讨论了BP及RBF神经网络在气隙击穿电压预测中的应用,详细说明了在人工气候室中进行击穿试验的过程和BP、RBF神经网络的构建方法。使用人工气候室中获得的样本数据对网络进行训练,用训练好的网络对击穿电压进行预测,结果表明BP及RBF神经网络均能较好地对气隙击穿电压进行预测。并对BP及RBF神经网络进行了比较,RBF神经网络在收敛速度、网络构建、非线性逼近以及泛化能力方面都要优于BP神经网络,更适合于气隙击穿电压的预测。

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基于振动信号的电力变压器故障诊断系统的开发

朱跃光,马宏忠,陈楷,王春宁,李勇

电工电能新技术. 2013, 32(3): 116-120.

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在Windows CE平台上搭建了基于振动信号的电力变压器故障诊断系统。用数据采集卡实时采集变压器的振动信号,并利用快速傅立叶变换、能量谱、希尔伯特-黄变换等对其进行分析,绘制出实时的时域波形图、频谱图、能量谱图、核心频率柱形图以及希尔伯特-黄谱线图,得出变压器的运行状态：正常、故障以及故障类型,并进行故障预警。在动模实验室对变压器进行试验,该监控系统能够实现监控和故障诊断功能。

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2013年, 第32卷, 第3期　刊出日期：2013-07-10

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