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电工技术学报 2018年第06期杂志 文档列表

电工技术学报杂志储能系统规划配置控制技术专题

风光储系统储能容量优化配置策略1189-1196

摘要：储能容量的优化配置是风光储系统的重要问题。针对该问题,提出一种储能优化配置方法。首先建立储能容量配置的双层决策模型,外层规划模型的决策变量为储能的功率和容量配置,目标为储能的初始投资与联络线波动惩罚最低,内层规划模型的决策变量为储能在运行过程中的充放电功率,目标为系统联络线功率波动最低;然后基于动态规划方法进行求解;最后对含风电、光伏、电池储能以及负荷的联合发电系统进行算例分析,分别选取春、夏、秋季典型日数据进行仿真,仿真结果表明储能配置策略的有效性。

双馈风电系统中VRB储能型网侧九开关变换器1197-1207

摘要：双馈感应电机(DFIG)风力发电系统定子侧直接挂网运行,使故障穿越运行显得尤为重要。在研究多种故障电压补偿方案与九开关变换器脉宽调制策略的基础上,提出新颖的采用九开关变换器替代双馈风电系统网侧变换器实现并网控制与电压串补一体化方案。在对九开关变换器的数学模型、调制方法、工作状态、网侧九开关变换器的控制策略、直流侧电压分配以及全钒液流电池储能环节电路模型进行理论分析的基础上,建立网侧采用九开关变换器的DFIG风电系统仿真模型。设计多种并网点电网电压短路故障工况,分别对风电系统的电气参数和运行特性进行深入仿真研究。研究结果表明九开关变换器能维持DFIG机端电压稳定,使双馈风电机组在对称与不对称电网电压故障下实现柔性故障穿越运行。

一种基于超级电容储能系统的新型铁路功率调节器1208-1218

摘要：在采用铁路功率调节器解决电气化铁路电能质量问题时,为了提高再生制动能量的利用率,提出一种由铁路功率调节器和超级电容储能系统构成的新型储能式铁路功率调节器。该系统不仅能实现两供电臂能量双向流通,还能通过铁路功率调节器和储能系统的协调控制,提高再生制动能量利用率并实现削峰填谷功能。首先分析系统工作原理,构建再生制动工况下的等效电路,推导再生制动能量利用率表达式;然后分析该系统能够提高再生制动能量利用率并实现削峰填谷功能的原因;最后搭建仿真模型和实验平台,多种工况下的实验结果表明了所提新型补偿系统的正确性及有效性。

基于子模组工况分析的模块化多电平储能系统开路故障诊断方法1219-1226

摘要：储能系统中直流变换器的安全性及可靠性直接关系到系统是否正常运行。通过对模块化多电平直流变换器中半桥子模组故障运行工况的分析,提出一种在超级电容模组宽工作电压范围下的快速开路故障诊断方法。该方法根据正常及故障时半桥子模组下桥臂承受电压的不同,利用简单的硬件检测电路以及基于FPGA的诊断算法实现快速开路故障诊断。硬件检测电路能够实时对半桥子模组运行工况进行检测,FPGA中故障诊断算法则利用检测结果并结合驱动信号在短时间内完成故障诊断。详细给出所提方法的设计原理以及关键参数的选取原则。该方法避免了复杂的数学运算,容易实现。最后,通过搭建小功率模块化多电平储能系统对所提方法进行了验证。

单相电流源型逆变器储能电感电流优化调制及控制策略1227-1237

摘要：传统单相电流源型逆变器在PWM过程中,直流侧储能电感电流在一个开关周期内通常被视为恒定,忽略了储能电感的充放电过程,导致储能电感电流出现断续或持续增加的问题。首先,对传统单相电流源型逆变器(CSI)直流侧拓扑进行改进,深入分析调制过程中储能电感的工作模式,推导出任意工作条件下储能电感电流最小限定值,并针对改进拓扑设计调制策略以维持储能电感电流的稳定。其次,通过引入交流侧电压、电流的正交虚拟分量,建立单相CSI在两相旋转坐标系下的数学模型,设计逆变器输出电压的闭环控制策略。仿真和实验结果表明,直流储能电感电流的最小限定值能够满足交流侧的电流需求且储能电感电流维持在限定值附近,同时逆变器输出电压能够精确跟随给定,证明了本文所提的优化调制及控制策略的可行性与正确性。

含复合储能和燃气轮发电机的直流微电网母线电压波动分层控制策略1238-1246

摘要：为解决微电网运行时惯性小、模式多、对负荷敏感等问题而引发的母线电压波动现象,从储能系统的配置优化着手,在考虑荷电状态的基础上依据直流母线电压波动幅值进行抑制,提出一种直流微电网母线电压分层协调控制策略。主要利用混合储能的互补特性以及燃气轮机的快起动优势,按照预期设计的七种模式精准抑制电压波动,建立各自模式的功率终端和松弛终端调配机制模型,给出硬件电路和软件设计流程,采用PSCAD/EMTDC大型仿真软件与新能源发电、储能综合实验平台的测试结果表明:所提控制策略合理可行,达到了抑制母线电压波动的目的,满足预期设计要求。

基于分布式下垂控制的微电网分布式储能系统SOC平衡策略1247-1256

摘要：针对孤岛交流微电网中的分布式储能系统(DESS)采用传统的P-f下垂控制时出现的荷电状态(SOC)不平衡问题,提出一种分布式下垂控制。该方案通过在传统的P-f下垂控制基础加入SOC平衡因子控制逆变器输出的有功功率,从而实现不同容量的DESS充电和放电过程中SOC平衡,并且在SOC平衡过程中频率不会发生偏移。当SOC平衡以后,SOC平衡因子为1,控制算法自动变为传统的P-f下垂控制。由于下垂系数一般很小,频率可以保持在规定的范围(±1%)内。此外,通过调节SOC的下垂系数,可以调节SOC的平衡速度。最后,不同工况下的仿真和实验结果验证了所提方案的有效性。

基于状态观测器的风电机组单机储能系统虚拟惯量控制1257-1264

摘要：随着风电在电力系统中的渗透率越来越高,特别是大规模风电场或风电集群集中接入电网,风电出力的波动性对电力系统的调度和频率稳定等诸多方面带来了不可忽视的影响。针对变速恒频风电机组通过变频器并网、机组功率与系统频率完全解耦、不具备惯量响应特性的问题,就风电机组单机储能系统基于扩张状态观测器提出一种利用储能补偿风电机组惯量的控制策略。该控制策略采用扩张状态观测器估计系统频率的变化率,将未知测量噪声和外部扰动作用作为扩张状态进行估计可较好地解决频率变化率测量中的噪声对控制效果干扰的问题。同时还可以通过变参数控制实现风储联合系统虚拟惯量的动态调节。以1.5MW直驱风电机组配备350kW储能为对象的仿真结果表明该策略能够在不影响风电机组最大功率追踪的情况下,有效补偿风电机组虚拟惯量,使风储联合系统输出功率迅速响应系统的频率变化,较比例微分(PD)虚拟惯量控制能更好地抑制电网频率波动,提高风电机组对电网的频率支撑能力。

电工技术学报杂志电工理论

基于区域分解求解磁暴感应地电场的广义极小残量迭代算法1265-1275

摘要：采用区域分解法求解多尺度磁暴感应地电场模型,对每个分解区域采用有限元法(FEM)建模求解。为简化迭代计算过程,避免非重叠区域分解在交界面上边界条件的处理,本文采用重叠型的区域分解方式。选择虚拟边界上的位函数作为未知变量,基于有限元计算的线性关系,将多尺度磁暴感应地电场问题最终转化为非对称复数线性方程组。为节省计算内存,在不直接具体求解方程组系数矩阵的情况下,依据Arnoldi正交化算法和广义极小残量(GMRES)法的数学原理,推导区域分解的GMRES迭代算法。本文选择在整体大尺度磁暴感应地电场求解模型中,分解出小尺度模型,形成多尺度求解模型。针对二维情形和三维情形,分别阐述了迭代的变量选取和迭代过程。以有限元法直接求解的计算结果为基准进行对比,验证了算法的正确性。二维情况下,通过与直接迭代和松弛迭代的对比,验证了本文算法的高效性。利用本文的算法计算多尺度磁暴感应地电场的算例模型为多尺度交变电磁场计算提供了一种新方法。

基于最小电流比值的IPT系统频率跟踪的动态调谐方法1276-1284

摘要：在感应电能传输(IPT)系统中,含有磁心的电磁耦合机构的气隙间距变化会导致系统发送端与接收端自感及互感参数漂移,进而使得IPT系统处于失谐状态,增加了电源所需容量,降低了系统传输效率。针对该问题,提出一种基于最小电流比值的发送端频率跟踪的动态调谐方法。该方法通过实时测量发送线圈电流有效值与直流源输出电流平均值,在控制器中计算电流比值并根据最小电流比值原则,实时调节系统工作频率,使IPT系统恢复谐振状态,提高系统性能。最后,在不同气隙间距的情况下进行动态调谐实验验证。结果表明,当气隙间距变化时,所提方法有效实现了动态调谐,恢复了IPT系统谐振状态,达到减少电源所需容量、提高系统传输效率的目的,且最大效率提升幅度为1.64%。

电工技术学报杂志电机及其控制

基于位域运动误差观测器的齿轮断齿故障诊断1285-1292

摘要：由于高速重载等不良工况,齿轮往往容易发生齿根裂纹、破损甚至断齿等故障。齿轮作为传动机构的重要组成部件,其故障对整个系统的安全运行有着重大影响,因此需要对其进行状态监测及故障诊断。与传统的振动法、噪声法相比,基于电机驱动系统的齿轮故障诊断无需额外安装传感器方案是当下最新的研究热点。针对伺服系统等实际工况存在频繁加减速过程这一问题,提出一种位域下的齿轮故障诊断方法。首先设计一种级联观测器来获取齿轮运动误差信号,此方法无需在负载侧安装位置传感器;接着利用位域重采样技术使得故障诊断不再依赖于转速运行条件;最后引入位域同步平均法,有效提升故障特征的信噪比。在断齿故障诊断平台上对所提出的算法进行实验验证,实验结果表明该算法可实现宽变速条件下的齿轮故障信息提取与诊断。

八开关三相逆变器-感应电机传动系统直接转矩控制算法1293-1301

摘要：提出一种抑制直流侧电容电压波动的八开关三相逆变器(ESTPI)-感应电机(IM)传动系统直接转矩控制(DTC)算法。首先,详细分析在ESTPI各扇区内,电机转矩、磁链以及直流侧两电容电压的大小随所施加的基本电压矢量的变化情况。为实现在控制电机磁链和转矩的同时平衡直流侧两电容电压的目标,设计新的矢量选择开关表。然后,在传统DTC系统转矩、磁链滞环调节器的基础上增加电容电压滞环调节器,用滞环调节器直接控制ESTPI的开关状态。最后,通过仿真和实验验证了所提算法的正确性和有效性。

电工技术学报杂志电力电子

一种基于BJT的耐200℃高温碳化硅MOSFET驱动电路1302-1311

摘要：提出一种耐高温200℃的碳化硅MOSFET驱动电路。该驱动电路采用双极性结型晶体管(BJT)作为开关器件,避免了高温下硅基MOSFET关断能力弱化而引起的驱动电路失效。该驱动电路利用充电与放电两条支路将0V/5V源驱动信号调整为?5V/18V的栅极驱动电平。每条支路都采用自举电容加速BJT的开通过程,从而加快驱动电流的建立。建立该驱动电路的等效模型,通过该模型得到计算驱动电路中四个主要无源器件的等式以及主要无源器件与BJT电流放大系数之间的关系,并以此确定温度补偿策略。在85V/14.5A的负载条件,不同温度对驱动电路进行双脉冲测试,可知MOSFET的开通暂态时间随温度升高由133.6ns缩短为112.4ns,而关断暂态时间由99.2ns增加到109.8ns。温度对其影响主要体现在随温度升高,碳化硅MOSFET的跨导增大,米勒平台降低,进而影响开关过程的时间。

一对基于开关电容原理的多电平高频逆变器1312-1319

摘要：针对现有逆变器应用于高频交流配电系统时所呈现的不足,设计一对基于开关电容原理的多电平高频逆变器(结构1和结构2),其原理相似,功能互补:结构1适用于低压电源并联输入场合,与现有开关电容逆变器相比,减少了充放电回路中功率器件数量,相同器件寄生参数下,可降低导通损耗,提高逆变效率;结构2适用于低压电源串联输入场合,弥补了现有开关电容逆变器只能用于并联输入场合的不足,拓宽了其应用范围。介绍逆变器的结构原理和相关参数分析,并在此基础上进行实验,结果验证了所提结构的可行性。

一种双直流输入多电平双Buck逆变器1320-1327

摘要：提出一种包含两个直流输入端口的多电平双Buck逆变器。通过在传统双Buck逆变器中引入双直流输入三电平开关单元,构建低压直流输入源与逆变器交流输出侧的直接功率通路,使得低压直流输入源的部分功率无需经过逆变器前级升压电路处理,有效减小了逆变器前级升压电路的功率应力和损耗。同时,逆变器利用两个直流输入在交流电压周期内实现五电平输出,有效减小了逆变器自身开关管的电压应力和开关损耗。此外,逆变器保留了传统双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点。详细分析逆变器的工作原理和特性,并给出一种适应宽直流电压范围的载波自适应调制策略。实验结果证明了所提出双直流输入多电平双Buck逆变器及其控制策略的正确性和有效性。

基于三参数优化设计高效率交错Boost变流器的方法1328-1336

摘要：交错Boost变流器(IBC)的效率受开关频率、Boost电感和输出电压的影响。通过解析法计算IBC的效率与上述三个参数的关系曲线,发现IBC的效率与开关频率、Boost电感具有非线性关系。首先,考虑功率因数的需求,对输出电压进行优化设计。然后,对总损耗或效率求偏导,得到最优开关频率和最优Boost电感。研制一台3.3kW IBC样机,其功率因数高于99%,满载效率可达97.6%。实验结果证实了所提出的设计方法的正确性。相比于传统设计方法,本文的设计方法可提高IBC的效率。

单相高频链逆变器的解结耦单极性移相调制及其死区优化1337-1346

摘要：单相高频链逆变拓扑由高频变压器、一次侧高频逆变器、二次侧矩阵/周波变换器和输出滤波器构成,既有隔离型功率变换及能量双向流动的优点,也有双向开关换流控制难度高的缺点。针对此拓扑提出一种解结耦单极性移相调制策略,能够无需借助辅助电路与功率管的重叠换流技术,即可实现周波变换器中所有功率管的零电压开关(ZVS)自然换流及滤波电感无过电压冲击自然续流。在此基础上,研究了一种优化死区设置方法,有效地改善了单极性移相调制策略存在的输出电压过零点邻域畸变问题,弥补了死区效应所导致的输入电压利用率低以及输出电压谐波含量大的缺点。理论分析、仿真及实验验证了所提解结耦单极性移相调制策略及优化死区设置方法的可行性和有效性。

一种基于优化电压矢量选择的电压源逆变器模型预测共模电压抑制方法1347-1355

摘要：共模电压对电压源逆变器和电机控制系统有较大的危害。传统的共模电压抑制方法需要增加硬件电路,或采用复杂的PWM算法。采用模型预测控制实现电压源逆变器共模电压抑制时可有效克服上述缺点。然而,传统的电压源逆变器模型预测共模电压抑制方法还存在计算量大、开关频率高等缺点。为此,提出一种基于优化电压矢量选择的电压源逆变器模型预测共模电压抑制方法。与传统的模型预测共模电压抑制方法相比,所提方法在实现共模电压抑制的同时,可以减小计算量,降低开关频率。详细的实验对比研究表明,所提方法因可以降低开关频率而更适用于大功率场合。