2016年, 第35卷, 第6期　刊出日期：2016-06-23

  

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论文报告
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  中压配电网用10kVac-750Vdc/1MVA电力电子变压器功率密度影响因素研究

  李子欣，高范强，徐 飞，楚遵方，等

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 1-6.

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  对面向10kV配电网的电力电子变压器（PET/SST）来说，其主要功能是在完成高低压侧电气隔离的前提下实现对电能/电功率的双向流动控制。为了提高功率密度，目前10kV配电网用PET/SST主要通过高频电力电子变换器+高频变压器的方案实现。本文结合研制的10kVac-750Vdc/1MVA电力电子变压器样机实测数据，详细分析了影响中压配电网PET/SST功率密度的多种因素，指出了影响PET/SST功率密度提高的关键瓶颈问题——功率模块数量多是限制PET/SST功率密度提高的主要因素。而通过提高高频变压器工作频率的方法难以显著提高10kV配电网用PET/SST的功率密度。
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  基于频率恢复控制的逆变器主动同步策略研究

  冯建周，王晓寰，张纯江，高彩云

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 7-12.

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  随着微电网的提出，运行于独立和并网双模式的并网逆变器受到越来越多的关注。逆变器并网过程中与大电网的同步问题是实现逆变器平滑并网的关键，如何保证并网过程中频率和相角的精确快速控制是主动同步控制的难点。本文提出了一种适用于下垂控制的主动同步控制策略，该策略采用频率恢复控制方法使得并网逆变器工作频率固定为额定值，主动同步过程只需考虑幅值和相角同步，简化了控制策略，解决了采用传统下垂控制时频率和相角难以实现同时同步的问题。仿真和实验验证了该方法的有效性。
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  基于反激变换器的漏感能量回收方法

  苏通，张方华，马超，任永宏

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 13-17.

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  反激变压器原边漏感的存在增加了功率器件的电压应力，并降低了变换器的变换效率。本文研究了一种新颖的变压器漏感能量吸收电路，实现了漏感能量的回收和利用。论文采用的吸收电路为反激电路，它能将主电路变压器漏感能量直接释放到输出侧供给负载。同时吸收电路采用电压滞环控制，工作频率由漏感能量决定，当主电路的功率降低时吸收电路的工作频率也会随之降低，变换器轻载效率高。详细分析了吸收电路的工作原理，给出了参数设计方法，研制了两路交错并联反激变换器的实验样机，实验结果证明了所提出方法的有效性。
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  PWM控制永磁同步电机电压偏差下的损耗研究

  丁树业，关天宇，蒋山

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 18-23.

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  永磁同步电机通常采用变频器进行驱动，长线路运行时易受供电质量影响出现电压偏差。为探究电压偏差对永磁同步电机损耗的影响，本文以一台50kW永磁同步电机为例，采用有限元法对其在变频驱动PWM控制时额定负载下电压发生偏差情况进行了数值计算与分析。着重研究了定子与转子铁心磁密及绕组电流的基波和谐波分量，得出了定转子铁耗、绕组铜耗以及永磁体涡流损耗的分布特性；同时，选取A相电流进行仿真并与实验测量相对比，以验证研究方法的正确性。结果表明，随着PWM控制时电压的增大，定转子铁耗、永磁体涡流损耗以及绕组铜耗均呈增加趋势。数值计算结果与实验数据相吻合。此研究可为电机设计优化提供一定参考。
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  基于无差拍控制的交流电机端口特性模拟

  宋鹏先，张郁颀，李耀华，唐庆华

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 24-28.

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  针对电力电子负载变流器采用PI控制器无法实时跟踪电机端口特性电流的问题，提出一种基于无差拍控制的电流跟踪控制策略。本文首先分析了电力电子负载模拟交流电机端口特性的基本原理，采用Adams法求解电机数学模型，获得电机定子电流状态量作为负载变流器电流环的指令电流。考虑到电机工作状态发生变化时，端口电流会存在非重复的暂态过渡分量，而基于内膜原理的控制器无法实现对该电流的实时跟踪，所以提出采用无差拍控制器。鉴于实际数字控制系统中至少存在两拍延迟，又提出采用线性预测方法进行补偿。最后对异步电机的典型工况进行了模拟，仿真和实验验证了本文提出的电流环控制策略的有效性。
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  大型发电机主绝缘的Cole-Cole模型频域介电温度特性研究

  张征平，郝长金，涂小涛，冉旺，等

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 29-35.

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  为研究温度对发电机环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响，在实验室条件下，测试了不同温度下发电机线棒试样的频域介电响应，采用双弛豫Cole-Cole模型对测量数据进行拟合，分析了温度对环氧云母绝缘频域介电谱特性的影响原因。结果表明，双弛豫Cole-Cole模型能够准确拟合测试值，温度升高会加强空间电荷极化和转向极化，使复介电常数实部ε′和虚部ε″的频谱曲线整体上移，低频段增大幅度高于高频段；同时温度升高会减小介质的松弛极化时间，使频谱曲线向高频方向移动。因此在应用介电响应法评估环氧云母绝缘老化状态时，必须考虑温度的影响。
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  基于VSC的动态可控相间功率控制器改善系统暂态稳定性的研究

  李娟，王维羽，陈璟毅，逯沙鸥，等

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 36-43.

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  根据电压源换流器（VSC）和相间功率控制器（IPC）的基本工作原理及特性，以VSC代替IPC的移相环节，晶闸管控制电抗器（TCR）代替电感支路，晶闸管控制串联电容器（TCSC）代替电容支路，构建了动态可控的相间功率控制器（DCIPC）；基于DCIPC的原理结构，建立了VSC注入电压与联络线传输功率的关系，对无IPC与带IPC的简单系统的功角特性曲线进行分析，说明DCIPC可以改善系统的暂态稳定性机理，确定提高系统稳定的参数可控制范围。针对VSC的移相环节，设计了直流电压外环、输出电流内环的比例-谐振（PR）控制器；搭建了带DCIPC的简化系统模型进行仿真。仿真结果验证了控制器的有效性，并说明通过控制DCIPC中VSC的注入电压，可以改善带DCIPC电力系统的暂态稳定性。
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  基于快速独立成分分析和能量比函数的串补线路故障测距

  商立群，夏远洋，杜辉，虎勇，等

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 44-48.

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  串补线路由于具有高度的非线性特性，使得常规的故障测距算法不再适用。为此本文提出一种基于快速独立成分分析和能量比函数的精确测距算法。该算法首先利用快速独立成分分析将故障行波从复杂信号中分离出来，然后运用能量比函数对分离出的信号进行处理，实现串补线路故障行波测距。由于该算法能将噪声分离出来，使得算法具有很强的抗干扰能力。ATP/EMTP仿真结果表明，该算法准确、快速、高效。
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  风电接入孤网后的频率控制策略

  刘林，许晓艳

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 49-53.

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  由于风电场容量相对于孤网系统容量较大，且不具备传统发电机组的调频功能，风电出力的随机波动特性势必会引起孤网系统频率的显著波动，严重影响孤网中设备的安全稳定运行。在总结及阐述孤网概念及已有频率控制方式基础上，研究并建立抑制风电接入后频率大幅波动现象的孤网频率控制策略，包括三次和二次频率调节策略，其中，三次调频考虑风电场短期和超短期出力预测进行含风电的协调调度，二次调频根据系统频率以及风电场出力趋势对常规电源和风电出力进行秒级至分钟级的调整。最后，通过建立含风电的孤网动态仿真模型，仿真验证所提出控制策略的有效性。
新技术应用
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  矩阵变压器在LLC直流变压器中的应用

  雷鸣，张方华，李寿清，王金龙

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 54-59.

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  随着中转母线变换器的发展，其对于输出功率和功率密度的要求不断提高，然而传统变压器由于其漏感和绕组交流损耗等原因在高频时很难保证变换器的高效率，因此矩阵变压器的概念被提出。本文针对LLC直流变压器（LLC-DCX），应用了矩阵变压器以减小变压器绕组阻抗和漏感，为减小变压器损耗，提出了基于效率优化的矩阵变压器设计方法。同时，本文针对矩阵变压器副边PCB绕组在低压大电流输出场合，通过优化绕组的布局方式，减少连接点损耗和高频下的漏感，实现效率优化的目标。最后，研制了一台1.4k WLLC-DCX原理样机，对理论论证和设计进行了验证。
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  永磁同步电机控制参数设计方法

  邱腾飞，温旭辉，赵峰，王永兴

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 60-66.

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  磁场定向控制(FOC)由于其良好的解耦性、较小的转矩脉动和容易实现等优点，成为最广泛使用的永磁同步电机控制方法。电流环参数设计是磁场定向控制的关键。本文通过对电流环进行分析，采用传递函数分析的方法，在考虑交叉耦合的条件下推导控制参数与电流控制性能的关系，给出控制参数的优化选取原则。
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  一种新的自适应变异粒子群优化算法在PMSM参数辨识中的应用

  黄松，田娜，纪志成

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 67-73.

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  高精度辨识永磁同步电机参数是进行控制器设计的基础。本文借鉴遗传算法中变异操作的思想，提出了一种基于自适应变异概率的混合变异粒子群优化算法，并将其应用于永磁同步电机参数辨识问题。本文首先在dq坐标系下建立永磁同步电机参数辨识模型，然后将该算法和几种变异粒子群算法用于永磁同步电机参数辨识，并在Matlab/Simulink中进行了对比验证。实验结果表明，该算法能提高定子电阻、d轴电感、q轴电感和转子磁链等参数的辨识精度，为提高永磁同步电机电机控制器性能提供了保证。
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  基于概率潮流的主动配电网储能配置与控制设计

  肖园园，杨艺云，高立克，吴丽芳，等

  电工电能新技术. 2016, 35(6): 74-80.

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  分布式电源的高间歇性使电网承受较大的功率波动，而结合储能技术的主动配电网能充分发挥分布式电源与主动负荷间协调效益，对分布式电源的稳定运行起到重要作用。本文基于Monte Carlo概率理论研究分布式电源接入后的概率潮流，通过概率统计方法来处理系统随机运行状态，并据此对储能系统进行最优容量配置。以电池储能系统为例，根据其出力特征与约束条件，设计一套含多种状态模式的控制策略。在DIgSILENT PowerFactory中验证该配置与控制方案能有效抑制逆向潮流、提高电压质量和降低网损，并实现削峰填谷。