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电工技术学报 2018年第10期杂志 文档列表

电工技术学报杂志电力系统及其自动化

电网短路故障引发的全功率风电机组频率失稳机理与控制方法2167-2175

摘要：电网故障期间全功率风电机组由于持续的电流控制作用存在与电网频率异步、失稳的风险。为分析频率失稳机理,建立全功率风电机组并网系统的非线性降阶模型。由于该模型具有与同步机暂态稳定模型相似的结构特征,因此自然引入了＂类机械转矩＂和＂类同步转矩＂等概念,并利用等面积法揭示由暂态＂转矩＂不平衡所导致的全功率机组频率失稳这一内在机制。定量分析锁相环带宽、风机端口到故障点电气距离等因素对频率稳定裕度的影响,得出锁相环带宽越小,风机端口到故障点电气距离越近,越利于频率稳定等研究结论。提出一种有功、无功电流时序控制方法,在确保全功率机组频率稳定的同时,可以向电网提供无功电流支撑以满足并网导则要求。最后在PSCAD/EMTDC仿真平台上验证了分析结论的正确性与控制方法的有效性。

基于带通阻尼功率反馈的虚拟同步发电机控制策略2176-2185

摘要：虚拟同步发电机（VSG）通过在虚拟惯量控制环节中引入阻尼功率反馈来抑制有功功率振荡。传统基于锁相环的阻尼功率反馈方案需要依赖电网电压信息,这违背了VSG要将并网逆变器控制成输出电压幅值和频率完全独立可控的自同步电压源的目标。而传统无锁相环阻尼反馈方案本质上将下垂控制和阻尼反馈简化成了一个下垂环节,因此不能同时满足功率振荡抑制以及电网一次调频的需求。为此,提出一种基于带通阻尼功率反馈的VSG控制策略,并对改进VSG控制策略的有功闭环特性进行分析,给出带通阻尼功率反馈环节的参数设计方法。该方案既可以有效抑制功率振荡,又可以消除阻尼功率反馈与下垂控制间的相互影响,进而保证VSG的一次调频以及有功功率分配性能可以满足电力系统的要求。最后,仿真和实验结果均证明了提出方法的有效性。

含多虚拟同步发电机的微电网二次调频策略2186-2195

摘要：针对微电网低惯性特性使得其频率易受负荷波动影响而偏移出额定值的问题,提出一种基于虚拟同步发电机（VSG）的二次调频方法。首先,在分析电力系统调频原理的基础上,提出了在VSG功频控制中引入二次调频控制器来实现频率的无差控制。其次,针对含多个VSG并联运行且都参与二次调频的情况,通过对二次调频控制环节进行改进,使VSG不需要借助于微电网中央控制器间的协调控制,即可实现无差调频。同时,该策略的提出使得VSG能够根据自身额定容量自主分配负荷功率,提高了微电网经济运行能力。最后,仿真结果和实验结论验证了所提理论分析的正确性和实用性,所提方法可有效地改善微电网的频率特性和经济运行特性。

微电网多目标随机动态优化调度算法2196-2207

摘要：针对含风光发电和储能电池的微电网多目标随机动态优化调度问题,建立以微电源总运行费用和系统总网损为目标函数,同时以多个蓄电池剩余电量的和作为资源存储量的微电网多目标随机型存储模型。模型中采用交流潮流模型准确描述配电线路的传输功率安全约束,并考虑了各种分布式电源的电压无功特性。结合自适应加权和法（AWS）和近似动态规划法（ADP）求解多目标随机动态优化调度问题,先采用AWS法将多目标随机动态优化模型转化为一系列单目标随机动态优化模型,再采用ADP的近似值函数迭代算法实现对单目标随机动态优化模型的逐时段递推解耦求解,并通过对AWS法中分割段新增Pareto点对应权值的调整以得到均匀分布的Pareto前沿。通过某一实际微电网的算例仿真,证明了所提出模型与算法的正确性和有效性。

考虑灵活定义约束的配电网检修计划双层优化方法2208-2216

摘要：配电网检修计划优化对提升配电网供电可靠性具有重要作用,本文在灵活定义检修约束条件和构建负荷转移阵列的基础上,建立以经济性最优为目标的检修计划双层优化模型。通过灵活定义同时检修约束和互斥检修约束,使得检修停电区域内的待检修设备能及时检修,减少计划检修周期内的停电时间和停电负荷。在双层优化求解算法中,上层通过和声算法对检修时间进行优化,下层通过定义负荷转移阵列制定负荷转移和负荷切除方案,通过上、下层优化的反复迭代得到配电网检修最优计划。最后,以台湾实际配电系统和PG＆E69节点系统为例进行仿真分析,结果表明本文方法所得检修计划具有更好的经济性,可有效降低检修总费用。

基于自适应负荷调整网络矩阵的配电网重构2217-2226

摘要：避免重构中生成不可行解是解决配电网快速重构问题的关键。现有方法往往只考虑拓扑结构而未考虑节点负荷的波动,没有规避重构中生成大量劣解,即满足拓扑约束但适应度值很高的解,重构计算耗时依然较长且存在搜索不到最优解或次优解的可能。针对上述缺陷,提出一种基于自适应负荷调整网络矩阵的配电网重构方法。在基本环矩阵的基础上,根据各节点实时负荷的大小,通过计算功率矩并进行支路组校验生成自适应负荷调整网络矩阵,排除了大量劣解,缩小了可行解范围,提升了可行解空间的质量,不仅加快了重构速度,而且更容易搜索到最优解。针对重构模型对烟花算法的爆炸算子、变异算子、选择策略进行改进,使之能快速收敛,并采用改进烟花算法进行求解。通过对33节点系统和119节点系统分别进行降损重构和故障后重构的算例仿真,验证了所提方法的有效性。

基于电场耦合式电能传输系统的电能与信号回路分离式并行传输技术2227-2236

摘要：在电能与信号并行传输过程中,为了降低电能传输与信号传输间的相互串扰及信号通道的复杂度,提出一种基于电场耦合式电能传输系统（ECPT）的电能与信号回路分离式并行传输方法,并给出系统的拓扑;基于交流阻抗法建立所述系统的数学模型,并给出电能传输增益、信号传输衰减以及电能串扰的数学表达式,在此基础上给出系统参数设计方法。该方法通过建立相对独立的电能与信号传输回路并依靠其自身阻抗特性,在不改变电能传输能力的前提下可减小电能传输对信号传输的串扰,并降低电路复杂度。通过仿真和实验验证了该方法的有效性,搭建的系统实验装置可实现在1.2-115.2 kbit/s范围内的电能与信号并行传输。

一种电场耦合式无线电能传输系统无源谐振元件电压优化方法2237-2244

摘要：电场耦合式无线电能传输系统由于其耦合电容较小,工作频率偏高,在运行过程中无源谐振元件往往承受较大电压。特别是在系统最大功率点,较大的电压可能会击穿元件,导致系统失谐,甚至引起安全问题。针对这一问题,提出一种可优化系统无源谐振元件电压的方法。该方法基于CLLC-L拓扑结构,通过合理配置无源谐振元件参数,降低谐振元件所承受的最大电压。基于所提理论,设计传输距离为150mm、等效耦合电容仅为13pF的电场耦合式无线电能传输系统,在其传输为2.12kW功率时,直流到直流效率达89%。最优参数下无源谐振元件实验电压与计算电压基本吻合,且最大实验电压小于对比组最大实验电压。该实验结果表明,所提出的电压优化方法可有效限制无源谐振元件的最大电压,从而提高系统安全裕度。

电工技术学报杂志高电压与绝缘技术

MCM-41表面改性及MCM-41/环氧树脂复合材料陷阱特性2245-2252

摘要：在复合材料MCM-41/环氧树脂的制备中,采用硅烷偶联剂对MCM-41颗粒进行表面改性,同时采用热失重、傅里叶红外光谱、小角X衍射、氮气吸附-脱附等手段对表面修饰前后的MCM-41颗粒表面结构进行表征。随后利用原位聚合的方法制备表面改性后不同MCM-41含量的MCM-41/环氧树脂复合材料。在复合材料性能表征中,首先利用动态热机械分析法对其玻璃化转变温度的变化趋势进行研究,实验结果显示随着MCM-41添加量增加,复合材料玻璃化转变温度呈先增加后降低的变化趋势;其次,采用热刺激去极化电流对复合材料中内部的陷阱分布变化进行研究,结果显示随着MCM-41的添加,复合材料内部陷阱深度变浅,陷阱电荷总量降低。实验结果说明在偶联剂的作用下MCM-41能够与环氧树脂基体形成有效的化学键连接,提高复合材料的动态热机械特性,减少复合材料内部的物理或者化学缺陷。

电工技术学报杂志电力电子与电力传动

一种低输入电流纹波的单级式三相并网逆变器2303-2311

摘要：针对单级式单相并网逆变器输入电流存在低频纹波的问题,提出一种单级式三相并网逆变器拓扑及双调制策略。变压器一次侧电路三相共用,引进有源钳位电路,在简化电路的基础上减小了损耗;一次、二次侧双调制,一次侧采用恒功率控制输入电流的方法,降低了输入电流低频纹波,二次侧调制逆变输出,且三相逆变系统输出功率之和接近恒定值,无功率脉动问题。详细介绍该逆变器工作原理、双调制驱动逻辑及并网控制策略。最后研制一台480W的样机进行实验,验证了该拓扑的可行性。

基于新型低损耗平衡变换技术的多相整流系统2312-2323

摘要：常规抽头式平衡电抗器技术可有效抑制大功率多相整流器的网侧电流谐波,但负载电流全部流经抽头二极管。这一情况致使二极管导通损耗严重,制约了该技术的应用。为此,提出一种结构简单、可靠性高的谐波抑制方法。该方法从常规六相整流系统的直流侧入手,在常规平衡电抗器上增设一个中心抽头式的绕组,通过合理配置其匝比,并在此绕组与负载之间串接单相全波整流器即可实现。利用该方法对原整流系统电流进行调制,可使原整流器从12脉波工作状态转变为24脉波工作状态。该方法不仅可取得与两抽头变换法一样的网侧电流谐波抑制效果,与两抽头变换法相比,还可使单相全波整流器二极管的平均电流不超过负载电流的2%,即可有效解决了传统抽头变换法因高损耗带来的问题。理论分析、仿真及实验结果均验证了所提方法的正确性和有效性。

T型逆变器开路故障诊断2324-2333

摘要：为实现T型逆变器的开路故障诊断,对T型逆变器开路故障情况下的负载电流和母线电容电压变化规律进行理论分析,归纳出不同开关管开路时的故障特征,提出一种基于负载电流和母线电容电压变化规律的故障诊断策略。该策略首先通过检测母线电容电压来判断逆变器是否发生故障,在检测到故障后将调制比限制为0.25,然后通过判断参考矢量在不同扇区时负载电流和母线电容电压的变化规律来实现故障开关管的精确定位。所提故障诊断策略不需要额外增加传感器,运算量较小,易于工程实现,仿真和实验结果验证了所提故障诊断策略的有效性。

一种基于载波层叠脉宽调制的倍频调制方法2334-2344

摘要：对于直流侧电压比为1∶2的混合级联H桥七电平逆变器而言,需要对传统的调制方法进行改进,以提高该拓扑的实用性。常规的混合调制方法在一定的调制比区间内存在功率倒灌问题,单极性调制方法虽然有效地解决了这个问题,但是高压单元在部分区间内参与高频工作,限制了整个系统开关频率的提高,混合频率调制方法在一定程度上可以降低高压单元的开关频率,但输出电压谐波特性又会受到影响。针对以上问题,提出一种基于载波层叠脉宽调制（LS-PWM）的倍频调制方法,一方面解决传统混合调制方法固有的功率倒灌问题,另一方面在高压单元开关频率较低的情况下保证逆变器输出电压具有良好的谐波特性。仿真和实验结果证明了理论分析的正确性。

基于Hilbert变换和预设旋转频率的无锁相环电网同步基准正弦信号检测方法2345-2353

摘要：新能源发电并网过程中,电网同步基准正弦信号检测是并网关键之一,特别是在电网不平衡、畸变、频率波动和频率偏移等复杂工况下,对电网同步基准正弦准确检测造成较大干扰。为此提出一种基于Hilbert变换和预设旋转频率的无锁相环电网同步基准正弦信号检测方法。该方法通过预设同步旋转频率进行特定次频率分量正、负转换,然后运用Hilbert变换的幅相特性和一定的运算消除正序谐波分量、基波负序分量和负序谐波分量。所提方法能在复杂的工况下准确提取电网同步基准正弦信号,理论和实验验证了该方法的有效性和可行性。

并联IGBT芯片的等离子体抽取渡越时间振荡机理及其特性分析2354-2364

摘要：大功率IGBT器件内部通常由多个芯片并联实现大电流。并联IGBT芯片在关断的拖尾阶段存在高频等离子体抽取渡越时间（PETT）振荡,这种振荡会对环境、驱动电路产生严重的电磁干扰。针对空穴注入空间电荷区后引起的空间电荷效应,首次分析空间电荷区的小信号特性,研究IGBT芯片自激振荡产生的原因,揭示高频PETT振荡的机理。其次,研究并联IGBT芯片之间寄生电感与产生PETT振荡时集射极电压的相互关系,基于理论方法计算振荡电压范围以及振荡频率的特点。最后,搭建IGBT开关特性测试平台,对并联IGBT芯片的PETT振荡特性进行测试。实验结果表明,PETT振荡不是随机产生,振荡产生的时刻与集电极电流具有一定的相关性;并联IGBT芯片振荡电压的范围与理论计算范围相吻合;并联IGBT芯片振荡频率的范围也与理论计算范围相吻合。因此,实验结果验证了对PETT振荡特性分析的正确性。

中高压大功率IGBT数字有源门极开环分级驱动技术2365-2375

摘要：在中高压、大容量电力电子变流系统中,大功率绝缘栅双极晶体管（IGBT）是变流器的关键器件,而门极驱动技术是影响IGBT功率器件及其组成的变流系统发挥最优性能的关键因素。首先,对IGBT门极驱动控制技术进行理论分析,确定开环分级点;其次,给出基于FPGA的数字有源门极开环分级驱动器具体实现电路;最后,基于设计的数字驱动器和Concept驱动器进行对比实验,结果表明在不恶化其他参数（反向恢复电流、关断电压尖峰、diC/dt、dvCE/dt）下,所研究的数字分级驱动器可减少开通关断延时。

基于FPGA广义预测比例-积分-微分控制在特种电源中的应用2376-2382

摘要：针对数字控制的优势及大型超导托卡马克装置（EAST）中性束注入（NBI）系统中高压缓冲器偏置电源（特种电源）的控制要求,推导一种具有比例-积分-微分（PID）控制和广义预测控制（GPC）结构形式的广义预测PID控制（GPCPID）算法。详细介绍数字PID控制器及GPCPID控制器的设计、GPCPID算法的现场可编程门阵列（FPGA）编程实现及Modelsim仿真。实际应用测试表明,GPCPID能较好地应用在开关电源控制领域,在动态响应特性及稳定性方面,GPCPID算法优于PID控制算法。

电工技术学报杂志电机与电器

永磁同步电机复合编码器参考信号自适应标定方法2383-2391

摘要：为实现永磁同步电机（PMSM）转子位置的准确检测,保证PMSM控制系统的可靠运行,提出一种PMSM复合编码器参考信号的自适应标定方法。在分析PMSM转子位置复合检测中绝对式、增量式两种工作模式的基础上,首先对编码器参考信号进行预标定,并对预标定结果进行误差分析。然后结合PMSM矢量控制策略下电流矢量角的特点,采用定步长和变步长相结合的方式对预标定结果进行自适应优化。仿真及实验结果表明,提出的方法可以快速、精确地完成编码器参考信号的标定,从而准确地获取转子位置信息,并且同时适用于电机空载和带载情况。