2015年, 第34卷, 第9期　刊出日期：2015-09-15

  

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  基于等腰三角载波的鞍形波PWM的数学分析

  陈国呈，蔡立清，周勤利，顾红兵，等

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 2-16.

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  本文针对SVPWM就是鞍形波PWM提法的不严谨性，详细阐述了SAPWM的优化方法，展示了SAPWM的良好效果。指出SVPWM是利用空间电压矢量概念进行PWM的一种方法，并非就是鞍形波，鞍形波是SVPWM的一个特例。SAPWM是在模式优化过程中发现，当正弦调制波的上下包络线对称于横轴时，能获得最优输出特性，其几何、物理意义非常明晰。由于SAPWM调制波波形的固有特点，在相同输出电压条件下，所需的调制深度较SPWM小，使得其在各载波频域中具有更丰富的差频波，但该差频波的幅值较SPWM小，故其总谐波失真和总谐波损耗减小，且其正负序分量产生的脉动转矩在一定程度上相互抵消，有效地抑制了转矩脉动；SAPWM能进一步提高调制深度，有利于提高直流母线电压利用率，从而成为三相逆变器的一种最优调制波。文章在SPWM数学分析的基础上，进一步用傅里叶级数展开法对SAPWM进行了深入的数学分析，逐一论证了SAPWM成为最优调制模式的理论依据。本文的数学分析方法较其他分析方法简捷、明确、易懂，可节省大量的推导工作量。
论文报告
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  采用p-q变换的感应电动机转子断条故障诊断

  徐懂理，程桂林，侯新贵，李朝生

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 17-21.

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  转子断条故障是感应电动机的常发故障，故障时定子电流谱中的(1±2s)f故障特征分量远小于基频分量，易被基频的泄漏所淹没，因此无法准确判别故障的存在，尤其是轻载情况下。针对这一问题，文章提出采用p-q变换进行电动机转子断条故障诊断，分离影响特征量提取的基频信号，使故障特征在频谱中得以凸显，实现感应电动机断条故障的准确检测与诊断。通过理论分析和实验验证表明，该方法能够正确检测出转子断条故障的存在，即使在电机轻载运行时亦具有良好的检测效果。
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  基于BP-EKF算法的电动汽车电池管理系统SOC精准估计

  荣雅君，杨伟，牛欢，郑鑫慧

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 22-28.

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  以数字信号处理器DSP（TMS320LF2407）为主控芯片，完成了电动汽车电池管理系统平台的搭建。电池荷电状态（SOC）的精准估计是电动汽车电池管理系统的核心任务之一，本文为提高SOC估计的准确性，提出了基于BP神经网络法与拓展卡尔曼滤波(EKF)法相结合的一种新算法（BP-EKF）。在对磷酸铁锂电池进行试验分析之后，运用Matlab的人工神经网络工具箱建立BP神经网络，并利用试验得到的数据对所建立的BP神经网络进行训练，从而利用训练好的BP神经网络优化补偿拓展卡尔曼滤波算法的估计结果。经过仿真实验验证两种算法的准确性，结果表明，与单纯的EKF滤波法相比，基于BP-EKF算法的SOC估计值的准确性有了显著的提高，且具备很好的适用性。
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  基于最大熵理论的多类型电动汽车充换电站规划

  吴健生，李小舟

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 29-32.

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  基于最大熵理论，提出一种多类型电动汽车充电站规划方法。本文在分析不同类型电动汽车充换电方式的特点后，定义电动汽车分布熵描述电动汽车充电站容量分布与充电负荷的重合程度，采用多目标方式建立多类型电动汽车充换电规划模型；定义不同目标的满意度函数，使用遗传算法对模型进行求解。最后，通过一个25节点的路网图，与仅考虑投资收益目标而不考虑均衡度的最小投资收益差法进行对比，说明了本文方法的有效性。
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  基于多重二阶广义积分的电网谐波分量检测

  李练兵，郭向尚，王增喜

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 33-37.

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  当电网出现三相电压不平衡或含有低次谐波等状况时，为保证功率变流器输出与电网同步，采用了一种频率自适应同步检测方法。该方法是基于多重二阶广义积分器基础上的解耦网络，通过锁频环来进行频率调节，同时利用交叉对消网络来进行对各阶谐波分量的解耦，并通过等效滤波器来实现基波和各次谐波分量的分离。该方法可以检测出功率信号在基波频率下的正负序分量，且适用于低次谐波连续分量的检测。理论分析和Matlab仿真表明，采用的频率自适应同步检测方法可以在电网故障条件下有效地获得谐波正负序分量的相位和幅值，并且具有良好的静态和动态性能。
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  低压系统多层级短路故障早期检测辨识研究

  吴晓梅，缪希仁

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 38-43.

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  从实现低压系统多层级短路故障全范围选择性协调保护技术出发，分析短路故障早期检测的必要性及其应用要求，提出全相角短路电流小波包细节分解的早期故障检测方法，建立低压系统多层级三相短路故障实型仿真模型，解决现有方法存在个别故障初相角区间无法有效识别的问题。其次，针对负载启动与短路故障状态电流信号奇异性，在故障后01ms仿真实现全相角短路故障早期快速检测及有效的状态辨识；最后，通过分析短路故障相关支路的早期检测特性，提出实现短路故障支路准确判定的早期检测辨识机理。本文研究为低压系统多层级全范围的新型短路故障选择性协调保护奠定了理论基础。
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  微电网结构设计的基本原则

  朱永强，贾利虎，王银顺

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 44-49.

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  微电网结构设计是微电网建设的基础，设计微电网结构时需遵循一定的设计原则，而微电网的结构设计较之于传统配电网又有不同。本文详细分析了交流微电网和直流微电网的相同点和不同点，并指出交直流混合微电网兼顾了两者的优点，更加有利于分布式电源的接入。本文阐述了微电网结构设计的若干原则，在考虑分区、分层原则的同时，还要考虑资源利用最大化、能源互补、储能和无功补偿等问题，文中还给出了当资源和负荷条件不能自然满足设计原则时的解决措施。最后，以北京某大学为例进行了微电网的设计，验证了上述设计原则的合理性和可行性。
新技术应用
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  环形“感容”单元的三参数集成滤波器模块及其在开关电源中的应用

  龚敏，王世山，宋峥

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 50-56.

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  “电感”和“电容”的模块(简称“LC单元”)是组成EMI滤波器的核心元件，采用不同的连接方式可实现不同的参数集成。本文提出一种新型连接方式的LC单元，实现了共模电感、差模电感和差模电容的三参数集成。当通入共模(CM)电流时，由于上下线圈完全对称，对应线匝电位分布相同，则电容效应可忽略，LC单元可等效为两个平绕线圈；当通入差模(DM)电流时，单位电感的感应电动势相互抵消为零，电感效应消失，LC单元等效为一个电容。本文在分析其耦合方式的基础上，给出了差、共模电流作用下的等效电路，并采用错位过孔连接技术完成EMI滤波器的连接，最终将其运用于小功率电源PFC电路中，通过实验验证其有效性和优越性。
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  电容耦合式无线电能传输系统阻抗变换网络的设计

  陈希有，伍红霞，牟宪民，赵宁

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 57-63.

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  本文基于阻抗变换原理，提出了电容耦合式无线电能传输系统中阻抗变换网络的逐级设计方法。按照这种方法，首先根据发射电源参数、负载电阻与功率、耦合电容的容许电压等条件，计算出各级阻抗变换网络应该存在的等效电阻；然后根据这些等效电阻用解析方法设计出阻抗变换网络的电抗元件参数。通过对负载的阻抗变换，得到较大的等效电阻，实现了以小电流大电压的方式向该阻抗变换网络传输功率。该方法不仅降低了耦合电容电压,而且减小了电感及电容串联电阻的功率损耗。以小功率应用为例，设计了相应的阻抗变换网络，通过仿真和实验，验证了设计原理的正确性。
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  无功电压特性对连锁故障的影响分析

  刘巍，黄少伟，姚锐，雷俊哲

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 64-69.

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  大量连锁故障和大停电事故表明，无功电压特性在连锁故障发展过程中具有重要作用。为了具体研究无功电压特性和相关动态在连锁故障中的作用，本文分别建立了基于交流潮流的连锁故障模型(AC-CFM)和基于直流潮流的连锁故障模型(DC-CFM)，通过比较连锁故障风险评估结果和相关影响因素，分析无功电压特性对连锁故障风险的具体影响。IEEE-30系统和河南实际系统算例仿真表明无功电压特性在连锁故障后期对连锁故障风险具有重要的影响，同时电压崩溃的风险不可忽略。
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  基于彩色可见光图像的绝缘子污秽等级判别

  田治仁，金立军

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 70-74.

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  提出一种新的基于彩色可见光图像的高压绝缘子污秽等级判别方法。对深圳变电局所属多个变电站进行现场拍摄获取污秽绝缘子可见光图像，并实验获取其对应等值附盐密度，经图像灰度化、图像增强、滤波后，用两次最大类间方差法进行分割，得到盘面积污区域。提取积污区域的RGB、HSV空间共36个特征分量，并运用Fisher判别法进行特征量筛选。用筛选的特征量训练BP神经网络，建立可见光图像污秽等级判别网络。试验结果表明可见光污秽等级判别法具有较高准确率，是一种检验高压绝缘子污秽等级的可行方法。
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  单边核磁共振仪中射频线圈的优化

  籍勇亮，何为，吴高林，王谦，等

  电工电能新技术. 2015, 34(9): 75-80.

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  射频线圈是核磁共振系统中实施射频激励和接收核磁共振信号的核心结构，其性能直接决定了核磁共振信号的质量。针对单边核磁共振系统信噪比差的缺点，提出以空间均匀性和信噪比为优化参数的平面矩形螺旋线圈的优化方法。优化方法分为两步：①以射频磁场的均匀分布范围为优化目标，通过改变平面螺旋线圈的结构参数，运用毕奥-沙伐定律对RF线圈磁场进行计算，确定与目标区域匹配的线圈的基本结构。②以线圈的信噪比为优化目标，使用有限元仿真软件计算在步骤①中已确定的各种线圈的交流电阻，进而得到信噪比，从中选出信噪比最高的线圈。结果表明，最优的平面矩形螺旋线圈结构参数为：布线面积为172mm×172mm，线宽和线间距均为05mm， 总匝数为10匝，均分在2mm厚电路板的双面，每个面上5匝；该射频线圈不仅能保证与主磁场B0均匀区域相匹配的激励区域，而且从信噪比测量实验可知，该线圈在目标区域内具有最好的信噪比。