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电工技术学报 2017年第04期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电力电子

包络线跟踪电源技术综述1-11

摘要：随着第四代移动通信的高速发展，射频输入信号的包络带宽越来越宽，功率峰均比越来越大，导致采用恒压供电的基站功放效率越来越低。包络线跟踪（ET）技术是大幅提高功放效率的有效方法之一，对于节能减排和缓解环境污染具有重要意义。ET电源是ET技术的核心装置，一般采用开关线性复合（SLH）结构，该结构结合了开关变换器高效率和线性放大器高带宽的优点。本文首先介绍高带宽线性放大器和高效率开关变换器的实现方法，然后介绍SLHET电源的两个基本架构，即串联和并联架构。在分析这两个基本架构的基础上，提出SLHET电源的串并联架构的概念，以进一步减小线性放大器输出的功率，提高SLHET电源的效率。最后，针对现代移动通信对ET电源的要求，从阶梯波提供单元的优化、GaN器件在ET电源中的应用、包络信号功率频谱的分段方法以及开关变换器控制策略的改进等四个方面提出进一步提升ET电源效率的方法。

基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向DC-DC变换器12-24

摘要：随着储能系统的不断发展及其在直流分布式系统中的广泛应用，充当储能与直流分布式系统能量交互接口，调节范围宽、运行效率高的双向直流变换器得到深入的研究。提出一种基于变频-移相混合控制的L-LLC谐振双向直流变换器，具备宽泛的增益及功率范围，可实现输入侧开关管的零电压开通和输出侧整流管的零电流关断，运行效率高。对变频-移相控制下L-LLC的运行状态及特性进行了精确的描述分析，从理论层面论证采用变频-移相混合控制的合理性并提出一种简单的变频-移相混合控制实现方法。样机实验结果验证了L-LLC谐振双向直流变换器理论分析的正确性及其在运行效率和调节范围两方面性能的优越性。

一种中电压大功率IGBT模块行为模型25-34

摘要：目前已有场终止型绝缘栅双极性晶体管（IGBT）行为模型以及仿真软件中的IGBT模型未专门针对中电压大功率IGBT模块搭建，不能准确模拟其区别于中小功率IGBT的行为特性。在已有行为模型基础上，提出引入IGBT基区存储电荷造成的等效电容及模块封装键合丝带来的寄生电感，考虑反并联PIN二极管行为模型，从而有针对性地实现了完整中电压大功率IGBT模块行为模型。同时提出了新的米勒电容函数拟合方法，量化分析行为模型完整开关过程中典型行为与模型参数的关系，通过较简便的方法实现了模型参数的提取。最后在Pspice环境下实现了一种3.3kV/1.5kA等级IGBT行为模型，并通过在Buck电路下仿真与实验波形对比证明了该行为模型的可行性和有效性。

基于门极阻容补偿网络的IGBT串联均压方法35-47

摘要：针对IGBT串联应用中关断过程均压问题，对IGBT的关断过程进行了详细分析，总结出影响IGBT关断过程的核心等效电路和计算公式。在此基础上提出一种基于门极补偿阻容网络的IGBT串联均压方法，推导出增加门极阻容补偿网络后串联IGBT动态电压不均衡度和关断时间影响的计算公式，并提出门极阻容网络参数的选取原则。建立基于LumpedCharge方法的IGBT半物理数值模型，对IGBT门极阻容补偿网络进行仿真验证。给出了实际测试工况下的补偿网络参数，建立IGBT串联均压实验系统，进行多种电压、电流工况下的实验验证。仿真和实验表明：该方法可以有效控制串联IGBT的延迟时间和动态电压上升速率的差异，在母线电压为2000V和关断峰值电流为1500A时，采用该控制方法可将串联IGBT的动态尖峰电压不均衡度由14.4%降至6.3%。

宽输入LLC谐振变换器多电平控制策略48-57

摘要：为了满足对宽范围输入电压适应能力与高效率的要求，通过对三电平LLC谐振变换器的控制策略进行调整，得到一种多电平工作模式半桥LLC，该变换器可根据输入电压大小工作在两种电平模式，在不改变谐振元件参数的前提下将输入电压适应范围扩大一倍。对LLC变换器的电压增益特性及功率损耗进行分析，明确了其输入电压适应范围的限制因素。通过分析LLC变换器多电平工作模式及其对输入电压适应范围的影响，确定了多电平工作模式的控制策略。仿真和实验结果证明了多电平工作模式半桥LLC的宽输入适应性以及高效性。

恒定导通时间控制Buck变换器的间隔周期斜率补偿方案58-65

摘要：提出一种改进的斜率补偿方式，用以改善恒定导通时间控制模式Buck变换器的稳定性。与传统方法相比，所提方法以数字化控制的方式间隔周期提供斜率补偿信号，能更加有效地消除次谐波振荡。此外，该方法可根据相邻周期关断时间的偏差来自适应地调节补偿信号的斜率。这使得系统在稳态时仅需少量的斜率补偿，有效地降低了补偿信号对恒定导通时间控制快速响应能力的影响。通过理论量化分析和实验对比验证了所提方法的可行性。

一种改进的级联H桥整流器直流电压平衡策略66-75

摘要：直流电压平衡策略是级联整流器控制中一个重要的组成部分。比例式脉冲补偿平衡策略是一种典型的电压平衡策略，它可以较好地实现特定工况下的直流电压平衡，但是其平衡效果会受到负载电流大小影响，在不同负载工况下难以自适应。基于这种比例式脉冲补偿平衡策略，通过对电路模型进行分析，提出一种改进电压平衡策略，将负载电流引入调节范围，使整流器在不同负载工况下都能很好地实现直流电压平衡。仿真和实验验证了改进电压平衡策略的有效性。

电工技术学报杂志电机与电器

开绕组电机系统拓扑及控制技术研究综述76-84

摘要：开绕组电机系统是将常规电机的绕组中性点打开，两端各串接一个变换器而形成的一种双端供电的新型电机系统拓扑结构。开绕组电机系统具有输出功率高、供电模式和电压矢量调制方式多样、控制灵活、冗余性和容错性强等优异特性，在高功率、大容量、宽运行范围场合具有广阔的应用前景。通过对开绕组电机系统在国内外的研究和发展现状进行了分析和总结，介绍了开绕组电机系统的多种拓扑结构及其多电平特性，对开绕组电机系统的控制技术进行了全面综述，总结了开绕组电机系统的特性，讨论了其未来的发展趋势。

同步磁阻电机dq轴交叉耦合饱和电感模型参数寻优方法85-92

摘要：同步磁阻电机的直轴电感Ld与交轴电感Lq随直轴电流id与交轴电流iq的非线性变化，极大地影响矢量控制特性。同步磁阻电机驱动器中用8个常数构建了电机dq轴交叉耦合饱和电感模型，为了推算其最优参数，在横向叠片各向异性转子同步磁阻电机的设计参数基础上，采用小电流常规方法测量Ld、Lq电感值，建立带权重的最小方均差模型，并针对不同目标函数设定相应的权重，采用改进和声搜索优化算法进行迭代，获得了与电机真实信息较为接近的优化解。其有效性通过电机对拖负载实验得以验证。

双馈感应发电机暂态特性分析及Crowbar阻值优化93-100

摘要：双馈感应发电机（DFIG）的暂态过程是研究其低电压穿越（LVRT）的基础和关键。常规研究大多只针对故障发生期间的电磁暂态过程，而未涉及故障清除这一过程，对DFIG的暂态过程分析不全面，导致对转子最大短路电流计算不准确，进而导致Crowbar阻值选取不合理。本文从DFIG数学模型出发，给出了电网电压对称跌落及电网电压恢复时的定子磁链暂态表达式，以转子侧等效电路为基础分析推导转子电流的解析表达式，并据此修正了Crowbar阻值。在PSCAD/EMTDC中建立1.5MW并网DFIG仿真模型，验证了理论分析推导的正确性；并揭示不同故障持续时间将导致电网电压恢复时DFIG不同的暂态过程，忽略故障清除时刻的暂态过程将导致Crowbar阻值选取过大，Crowbar阻值选取需同时考虑故障发生和清除时刻的暂态过程。

双级矩阵变换器驱动永磁同步电机的混合非线性控制系统101-111

摘要：针对传统PWM变换器及PID控制器存在的很多缺点，提出一种基于双级矩阵变换器（TSMC）驱动永磁同步电机（PMSM）的混合非线性控制方案。首先，针对系统易受电网和负载扰动的问题，建立TSMC-PMSM系统整流器端口的受控耗散哈密顿模型（PCHD），证明其严格的无源性，设计TSMC-PMSM系统整流器端口的基于互联与阻尼分配（IDA）的无源性控制（PBC）器，并理论证明该闭环系统的稳定性；另外，针对转速外环PID控制器自我调节能力差的问题，利用自抗扰控制器（ADRC）非线性光滑反馈的特点，设计变积分系数PI-ADR非线性控制器。仿真和样机实验结果都表明，采用混合非线性控制的TSMC-PMSM系统具有良好的网侧性能、很强的抗扰动能力和很好的动、静态性能。

电励磁同步电机全速域自适应模型预测控制112-122

摘要：针对传统模型预测控制（MPC）单一权值系数存在的局部最优问题，提出一种全速域自适应模型预测控制（FSA-MPC）方法。该方法采取离线初选和在线优化两个步骤完成权值系数配置，保证了MPC中滚动优化的控制品质。首先，建立电励磁同步电机的离散预测模型，并以加权求和的形式配置价值函数；其次，分析不同权值系数对各项优化目标的影响，统计得出了一个理想最优权值系数覆盖区域；最后，考虑到离线穷举法配置权值系数的不完备性，引入在线自适应机制进行在线修正。基于55kW样机验证了全速区域范围内FSA-MPC的可行性，并与传统MPC进行了对比分析，结果表明FSA-MPC可在全速域范围内保持优异的控制效果。

永磁同步电机直接驱动柔性负载控制方法123-132

摘要：针对太阳能帆板驱动系统中，由于步进电机的步进运动与帆板自身的柔性相互耦合而产生的谐振问题，提出使用永磁同步电机（PMSM）直接驱动柔性负载的方法。根据Lagrange原理，得到柔性负载动力学模型，并与PMSM数学模型结合，得到PMSM驱动柔性负载系统的数学模型。采用双闭环矢量控制策略对PMSM驱动柔性负载系统进行控制，得到此时电流环及转速环开环传递函数。通过与传统PMSM驱动刚性负载系统对比，分析负载柔性对电流环和转速环控制特性的影响。在此基础上，分别使用极点配置方法和传统PI调节器参数确定方法，对控制器中PI调节器参数进行了整定。仿真和实验结果验证了上述分析及参数整定方法的有效性。

低速下无刷直流电机三相电压矢量位置检测方法133-139

摘要：提出一种适用于无刷直流电机低速运行时的无位置传感器控制方法，该方法依据相间反电动势差值进行转子位置检测，通过施加两个相位相差120°的三相电压矢量，分别采样矢量作用结束时刻的直流侧响应电流并比较其大小关系判断转子位置。同时分析了磁路饱和效应和电压矢量作用时间对位置检测精度的影响。与传统电感法相比，该方法检测矢量少，缩短了检测时间；与长短脉冲位置检测方法相比，在相同条件下响应电流差值大，更易于检测，提高了换相准确性。实验结果验证了所提方法的有效性。

基于最优载荷的受电弓自适应终端滑模控制140-146

摘要：对于弓网系统而言，一定工况下存在使电气和机械性能最佳的Pareto最优载荷，为提高弓网性能使之以最优载荷运行，设计了受电弓模糊自适应终端滑模控制器。模型不确定性采用模糊系统进行逼近，终端滑模流形保证误差的有限时间收敛，用模糊规则得到切换控制律以减弱抖振，并运用Lyapunov稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。仿真结果表明，设计的控制器能有效减弱模型参数摄动和干扰的影响，对最优载荷具有较好的跟踪性能。

电工技术学报杂志电工理论与新技术

注入电流式磁声成像平面模型的逆问题研究147-153

摘要：注入电流式磁声成像是电阻抗成像和超声成像相结合的一种新型成像技术，具有电阻抗成像的高对比度和超声成像高分辨率的优势，是一种有望获得高质量图像的生物电阻抗成像技术，在生物医学成像领域具有广阔的应用前景。作为一种新型成像技术，目前在电导率的重建方面还没有形成完整的体系。针对二维平面模型，提出一种由声场信号准确重建被测样品电流密度的方法。首先采用维纳滤波反卷积方法由超声换能器测量的声场信号重建被测样品原始声场p(r,t)，接着利用时间反演法获取声源分布??(J×B0)，然后考虑到二维平面模型只有电流密度的两个分量，结合电流连续性定理，从而重建电流密度的两个分量Jx、Jy，最后设计并搭建注入式磁声成像实验平台，利用生物组织进行实验，最终得到猪肉组织的电导率图像，重建结果证明了重建方法的可行性。

基于蛙跳模糊算法的Jiles Atherton铁心磁滞模型参数确定154-161

摘要：JilesAtherton（JA）模型广泛应用于铁心磁滞建模领域，其参数确定精确与否直接影响铁心磁滞现象的表达，为此提出蛙跳模糊算法对JA模型参数进行辨识。为了防止蛙跳算法陷入局部最优解并加快收敛速度，根据特殊点（矫顽力、矫顽力点磁化率）处实测值与计算值的相对误差，采用模糊控制方法，得到动态反馈系数，修正蛙跳算法的步长调整公式。采用爱泼斯坦方圈搭建磁滞回线测量系统，测得铁心饱和磁滞回线与局部磁滞回线。采用蛙跳模糊算法、蛙跳算法、粒子群算法和遗传算法分别求解得到模型参数，并将计算的磁滞回线与实测磁滞回线进行比较，证明了所提出的蛙跳模糊算法不易陷入局部最优解且具有更快的收敛速度。根据蛙跳模糊算法得到的局部磁滞回线模型参数辨识结果，研究模型参数与磁通密度的关系并进行拟合，得到不同磁通密度下的局部磁滞回线参数拟合模型。

特高压变压器空载直流偏磁计算精度分析162-169

摘要：针对特高压变压器直流偏磁计算问题，提出一种空载简化电路模型下的分段解析法，为直流偏磁数值计算奠定基础。根据特高压变压器简化电路模型，推导励磁电流解析式。电感随着电流的变化，分两段取值；电感的取值通过比较电流计算值与临界电流值的大小来判断。设置临界电流误差判据来判别电流计算值是否达到临界电流。分析计算表明，当电阻为实际电阻时，临界电流误差判据严格，可获得直流分量的准确解，临界电流误差判据宽松时，直流分量与准确解出现较大误差，甚至计算错误；通过人为增大串联电阻值，临界电流误差判据可相对宽松，从而获得直流分量近似准确解。在此基础上，以解析解的计算结果为基准，对比分析四阶龙格库塔法数值解。结果表明，步长较大相当于临界电流误差判据宽松，必须加大电阻，直流分量才可与准确解接近；步长较小相当于临界电流误差判据严格，电阻可不必太大。在特高压变压器直流偏磁数值计算中，可通过人为增大串联电阻值和适当减小计算步长来获得较为准确的直流偏磁特性。