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电工技术学报 2018年第04期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电力系统及其自动化

配电网电力电子化的发展和超高次谐波新问题707-720

摘要：结合功率半导体技术和智能配电网技术的发展与进步,探讨电力电子化的科学内涵和四个方面的特点,分析了电力电子化的重大需求。电力电子技术的广泛应用改变了传统电力系统的源-网-荷电气参数及特性,新一代智能配电网呈现出非线性、高敏感、快变化、冲击性、多能调控的特征,给电网的优质电能保障和安全稳定运行带来了重大挑战。该文归纳总结衍生出的典型问题,指出应从理念视角、理论方法和技术标准三方面体系化地研究和解决问题。其中超高次谐波是配电网电力电子化发展背景下出现的新问题,国内外对此课题的研究刚刚开始。该文重点梳理了超高次谐波的起因、发生源的规律与特点、危害、传播特性和标准的研究现状,然后从频域、时域、时-频域整理并介绍了超高次谐波发射标准的一些建议指标,供读者参考。

双极性直流微电网中多电压平衡器协调控制721-729

摘要：针对应用电压平衡器来解决双极性直流微电网正、负极对中线电压的平衡控制问题,提出一种基于下垂控制和干扰观测器相结合的多电压平衡器并联运行与协调控制方法。应用干扰观测器,能在不需要增加额外电流传感器的情况下,利用本地测量信息即可实现对电压平衡器输出电流的快速跟踪;采用基于干扰观测器输出结果的外环直流电压下垂控制和内环输出电流前馈控制,不仅能实现在无互联通信情况下的多电压平衡器并联运行和即插即用,还能有效提高直流电压平衡控制系统的动态响应,抑制双极性直流微电网内负荷突变、间隙性分布式电源出力波动等暂态对直流母线正、负极对中线电压的冲击。最后,在包含直流模拟电源、两台电压平衡器以及相应阻性负荷、恒功率负载等构成的双极性直流微电网实验平台中验证了所提方法的有效性。

UHVDC分极分层接入方式及其运行特性730-738

摘要：在现有分层接入方式的基础上,提出分极分层接入方式。首先对特高压直流输电接入受端电网的两种分层接入方式,从经济性、多馈入短路比指标方面进行对比分析。继而基于PSCAD/EMTDC仿真平台,对分层接入500kV/1 000kV受端电网的±800kV特高压直流输电系统搭建了两种分层接入方式的仿真系统。最后对两种分层接入方式的特高压直流输电系统的稳态、动态及暂态特性进行比较分析。研究结果表明：分极分层接入方式不仅能有效提高受端电网的多馈入短路比,增强受端电网的电压支撑能力,而且具有良好的稳态及动态响应,更重要的是能够实现两个逆变站换相失败的分层隔离,提高特高压直流输电运行的可靠性。文中针对分极分层接入方式中单极停运或双极功率不平衡时接地极电流过大的不足,提出了抑制接地极电流的措施。

基于相关增益的电压稳定关键注入区域识别739-749

摘要：提出一种识别影响电力系统电压稳定关键节点的关键注入区域新算法。计算系统各节点的电压稳定指标,确定系统电压稳定关键节点。以电压稳定关键节点为关键注入区域的主导节点,借助相关增益矩阵的相关性质,识别与系统中各电压稳定主导节点存在强电压耦合关系的负荷节点和发电机节点,构建含电压稳定主导节点的电压稳定关键注入区域;针对所得注入区域,给出系统稳态和紧急情况下改善系统电压稳定性的相关控制策略。将所提方法应用于New England 39节点系统中,分析、对比结果验证了所提方法的正确性和有效性。最后将该方法应用于波兰电网中,验证了该方法的实用性。

基于区间泰勒展开的不确定性潮流分析750-758

摘要：区间算法已经在电力系统不确定性潮流计算中得到了成功应用。然而,迭代法类的区间潮流计算方法由于将区间运算嵌入到了牛顿迭代过程中,使得区间潮流计算过程复杂、计算量大,为此提出基于区间泰勒展开的不确定性潮流计算方法。该方法在建立含区间变量潮流计算数学模型的基础上,利用区间泰勒展开将采用直角坐标系的区间潮流方程求解问题等价转化为三个确定性的代数方程组求解。算例测试结果表明了所提算法在计算精度上高于区间迭代法,与区间迭代法和蒙特卡洛法相比,可以获得良好的加速效果。

考虑配电网调压的综合负荷模型759-770

摘要：分析现有综合负荷模型在机理上的不足,并指出在综合负荷模型中反映电网调压结果的必要性;从总体测辩的角度提出并建立机理性更优的＂Π型综合负荷模型＂,且不增加模型参数个数。模型用实际变压器模拟配电网影响,并用Π型电路等效;根据逆调压原理,提出以稳态时高压母线电压的算术平均值作为变压器电压比,反映配电网调压结果;静态负荷采用ZIP模型并计及无功补偿的作用;辨识算法采用基于递推策略的遗传算法。算例分析表明,所提Π型综合负荷模型在自描述能力、泛化能力等性能上相对于已有的综合负荷模型有一定程度的提高,在反映电网调压、维持负荷母线电压稳定的能力及在不同电压水平下对负荷动态行为的拟合能力等方面具有显著的优势。

基于漏感辨识的变压器交直流混合运行保护方法771-780

摘要：基于变压器直流偏磁电磁耦合机理研究其保护策略,建立直流扰动下变压器回路方程,根据端口量测信息时域差分原理研究变压器动态漏电感参数辨识方法,并在此基础上提出变压器在直流扰动下的保护判据。利用时域场路耦合方法模拟分析不同条件下变压器运行的电磁特性,利用关键电磁参数表征变压器直流偏磁异常现象,归纳励磁电流、动态电感以及动态漏电感在直流偏磁时的波动情况,并总结其变化规律。通过搭建动模试验平台,研究不同判据在直流扰动下的适用性,提出一种基于单侧漏感参数辨识的变压器直流扰动保护原理,仿真分析和动模试验验证了该保护方法的准确性和可行性。

基于Π-S复合谐振的ECPT系统及其调谐控制781-790

摘要：电场耦合型无线电能传输技术是一种以高频电场作为能量介质的无线电能传输方式。为解决耦合机构的高压激励需求与高频电能变换环节中开关管的低压需求之间相互制约的矛盾,提出一种发射端采用Π-CLC谐振电路,拾取端采用S型串联补偿的Π-S型电路拓扑。在分析Π-CLC谐振电路特性的基础上,给出具有发射极板间电压泵升效果的谐振电路参数配置方法,并针对传输距离变化引起的系统传输性能下降的问题,提出一种基于相控电感的无级调谐方法。可实现传输距离在1~5mm范围内变化时系统始终工作在谐振状态,提高了系统的功率因数和稳定性。仿真和实验结果验证了所提出的电路拓扑及调谐方法的有效性和正确性。

基于单线圈双谐振结构的无线携能通信系统架构研究与设计791-799

摘要：无线能量与无线信号的同时传输是目前无线电能传输系统研究的热点。本文以单线圈双谐振磁耦合结构为研究对象,构建系统模型,推导能量传输频率点的Q值、信号传输频率点的带宽、以及能量谐振通道与信号谐振通道之间的串扰公式。从兼顾能量传输性能和信号传输速率的角度,分析基于单线圈双谐振结构的无线携能通信系统电路参数设计的影响因素,给出电路参数的设计方法。最后,搭建仿真模型和实验平台,对所提出的电路参数设计方法进行验证。

旋转风力机的水滴撞击特性与雾凇模拟800-807

摘要：寒冷地区的风力机叶片覆冰造成机组停机、安全事故等问题,一直困扰着风电行业的发展。针对三维风力机运行中遇到的过冷却水滴撞击问题,采用拉格朗日法数值模拟了不同环境条件和运行工况下的水滴撞击特性,并在人工气候室内对小型水平轴风力机进行了覆冰试验。数值计算结果表明：水滴碰撞区域主要集中在叶片前缘,沿叶展方向碰撞系数以及碰撞极限均增大;碰撞系数和碰撞区域随着水滴中值直径的增大而增大;风机转速下降或风速上升都会造成水滴的撞击区域整体向压力面移动。数值计算模拟的雾凇冰形与人工覆冰试验结果有较好的一致性。

电工技术学报杂志电力电子与电力传动

并网逆变器数字锁相环的数学物理本质分析808-816

摘要：锁相环是并网逆变器与电网保持同步的关键环节,其高性能稳定运行是可再生能源接入电网的重要保障。从非线性动力学模型的角度揭示锁相环的数学本质,从虚拟同步电机的角度揭示锁相环的物理本质,采用李雅普诺夫能量函数分析锁相环的稳定条件,并分析电网电压不对称、低频谐波和直流偏置对锁相环的影响机理。此外,以一种基于隐式比例积分控制的锁相环结构为例,研究非线性动力学模型在探索新型锁相环结构中的应用。最后,考虑电网电压的频率阶跃、相位跳变、不平衡跳变、低频谐波跳变等扰动,利用实验结果对比研究锁相环的输出特性,为锁相环的研究提供了一条新的思路和方法。

适用于中高压直流电网的开关电容接入式直流变压器817-825

摘要：提出一种适用于中高压直流电网的开关电容接入式直流变压器方案,当一次和二次侧的直流电压比与高频变压器的电压比不匹配时,通过加入一次侧全桥的直通状态,可以实现高频链环节的电压匹配,从而减少开关器件的电流应力和提高系统的效率。当发生直流侧短路故障时,可以实现直流开关功能,快速切除故障并能快速恢复运行,提高了系统的可靠性。当发生内部的子模块故障时,可以实现冗余运行,进一步提高了系统的可靠性。对其电压电流特性、导通行为、控制和故障处理策略以及参数设计等进行分析,在此基础上,通过实际物理实验验证了所提拓扑的正确性和实用性。

三相准Z源并网逆变器的简单升压改进空间矢量调制策略826-836

摘要：提出一种大升压比三相准Z源并网逆变器及其三种简单升压改进空间矢量调制（SVM）策略,把两种已有的改进SVM用作简单升压调制,并对该逆变器采用五种简单升压改进SVM策略下的逆变桥和阻抗网络二极管开关损耗、储能电感损耗、储能电感和滤波电感电流纹波、输出并网电流总谐波失真（THD）等性能参数进行深入的比较研究,得出采用直通矢量位于零矢量与有效矢量之间的四段直通简单升压改进SVM时该逆变器综合性能最优。准Z源并网逆变器由大升压比准Z源阻抗网络、三相逆变器级联构成;简单升压改进SVM策略具有最大化利用零矢量作用时间、功率管开关损耗和电压应力小、升压能力强等优点。实验验证了该逆变器的可行性和理论分析的正确性,为实现低输入电压或宽变化范围输入电压的光伏、风力等新能源并网发电系统奠定了关键技术基础。

基于瞬时功率观测器的单相三电平脉冲整流器直接功率控制837-844

摘要：为提高单相脉冲整流器直接功率控制（DPC）的动态响应速度及稳态精度,构建一种单相系统瞬时功率观测器。为实现该目标,首先,分析传统功率前馈解耦直接功率控制算法;其次,提出一种改进二阶广义积分（ISOGI）算法,用以估算网侧电压的正交分量,并根据单相整流器的数学模型,通过虚轴反馈算法对网侧电流正交向量进行估计,并结合所提ISOGI算法,构建完整的单相系统功率观测器;然后,结合脉宽调制策略,建立单相三电平脉冲整流器的功率前馈解耦控制系统,并对该控制算法的参数敏感性进行分析;最后,通过所提观测器算法与传统算法的实验结果对比验证了所提算法的正确性和有效性。

用于单级桥式PFC变换器电压尖峰抑制的有源钳位电路845-855

摘要：单级桥式功率因数校正（PFC）变换器由于变压器漏感的存在,会产生桥臂电压尖峰,严重影响变换器的正常工作。为有效解决这一问题,在分析桥臂电压尖峰的产生机理、阐明有源钳位电路对桥臂电压尖峰的抑制作用的基础上,分析有源钳位电路钳位开关管漏源极电压尖峰的产生机理,并提出一种让桥臂上管工作在零电压开通状态,以解决钳位开关管电压尖峰的方法。针对输入电流过零阶段桥臂电压尖峰无法被有源钳位电路吸收的问题,提出钳位开关管在该阶段一直关断的控制方法;针对输入电流过零阶段钳位开关管存在冲击电流问题,提出一种改进的有源钳位电路,有效解决了该问题。仿真和实验结果均验证了理论分析的合理性和所提方法的有效性。

具有快速负载瞬态响应的开关变换器数字均值电压控制方法856-864

摘要：提出一种具有快速负载瞬态响应的开关变换器数字均值电压（DAV）控制方法。以Buck变换器为例,介绍DAV控制开关变换器的工作原理,建立变换器的z域模型,由此分析变换器的稳定性。对比分析DAV控制和数字V~2控制Buck变换器的稳定性与负载瞬态性能。研究结果表明：相比于数字V~2控制,DAV控制Buck变换器具有更好的稳定性,在全占空比范围内都能够稳定工作;DAV控制Buck变换器的负载瞬态响应比数字V~2控制更快。最后,通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

Boost变换器全动态范围负调电压建模与暂态性能提高方法865-873

摘要：工作在宽输入电压和宽负载范围的Boost变换器,由于右半平面零点所产生的负调电压导致系统暂态性能较差,因此有效地抑制负调电压是提高暂态性能的关键。建立Boost变换器工作在宽输入电压和宽负载全动态变化范围内的负调电压数学模型。给出衡量负调电压的性能指标及抑制须满足的约束条件。根据建模结果提出一种基于减小系统阻尼比来提高系统暂态性能的参数优化设计方法。仿真和实验结果验证了全动态范围负调电压建模结果的正确性,以及提高暂态性能方法的有效性和可行性,为提高工作在宽输入电压和宽负载范围内Boost变换器的暂态性能提供了一种有效的方法。

电容不匹配下直流分裂电容功率解耦衍生谐波识别与优化控制874-882

摘要：传统上,在直流母线上安装大容量电解电容可有效吸收单相AC-DC变换器的二次脉动功率、降低直流电流或电压脉动。但电解电容存在体积大、寿命短等问题,有被可靠性更高的有源功率解耦取代的趋势。基于直流分裂电容的半桥解耦电路作为有源功率解耦拓扑的一种,独立运行于单相变换器,具有安装方便、应用灵活和反馈控制解耦精度高的特点。但相关研究均基于完全匹配的分裂电容进行分析,忽略了湿度和时间效应对于电容容值和功率解耦性能的影响。为提高解耦电路实际运行中的性能,对电容不匹配下的直流分裂电容进行分析,识别由此衍生出的直流和交流侧谐波的产生机理。以标准IEEE 1547-2003为谐波抑制目标,提出在分裂电容电压上引入直流偏置的谐波抑制准则和反馈控制,无需在线测量电容来识别电容漂移量,具有高解耦精度、高鲁棒性的特点。最后,以一台1kW实验样机对谐波抑制准则和功率解耦性能进行验证。