电工技术学报杂志

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电工技术学报杂志 北大期刊 CSCD期刊 统计源期刊

Transactions of China Electrotechnical Society

  • 11-2188/TM 国内刊号
  • 1000-6753 国际刊号
  • 3.2 影响因子
  • 1-3个月下单 审稿周期
电工技术学报是中国电工技术学会主办的一本学术期刊,主要刊载该领域内的原创性研究论文、综述和评论等。杂志于1986年创刊,目前已被上海图书馆馆藏、北大期刊(中国人文社会科学期刊)等知名数据库收录,是中国科学技术协会主管的国家重点学术期刊之一。电工技术学报在学术界享有很高的声誉和影响力,该期刊发表的文章具有较高的学术水平和实践价值,为读者提供更多的实践案例和行业信息,得到了广大读者的广泛关注和引用。
栏目设置:大容量电力电子装置技术与应用专题、电工理论、电机及其系统、电力电子、高电压与放电

电工技术学报 2018年第16期杂志 文档列表

电工技术学报杂志模块化多电平换流技术及其应用专题
模块化多电平换流技术及其应用专题特约主编寄语3661-3662

摘要:交随着可再生能源发电、电力牵引、变频传动以及智能电网等领域的快速发展,电力电子装备的电压与容量等级与日俱增。模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,MMC)因其模块化结构、低谐波输出、采用低压器件等优势,特别适于高效率、高压大容量的电能变换。自2002年德国联邦国防大学R.Marquardt等人首次提出MMC结构以来,模块化多电平换流技术已衍生出了一系列新型拓扑及控制方法,是当下电力电子技术的研究热点之一。

模块化多电平换流器单传感器电容电压平衡控制策略3663-3676

摘要:模块化多电平换流器(MMC)在高压大功率能量变换领域应用广泛,尤其在高压直流输电系统中,当桥臂子模块达上百个时,需要配置上百个电压传感器实时测量子模块电容电压,并根据调制策略分配各子模块的开关控制信号,大量传感器的使用增加了测量系统的复杂度和生产成本。针对MMC系统传感器数量较多的问题,在采用最近电平调制的基础上,提出一种单传感器电容电压平衡控制策略。区别于传统测量方法为每个子模块配置一个电压传感器,该策略采用每个桥臂只配置一个电压传感器,用于测量桥臂电压,并结合桥臂电流的充放电方向对各子模块电容电压进行实时预测校正,实现电容电压的平衡;同时,进一步定性分析系统调制度和控制频率对预测校正平衡控制策略的影响,为选取合适的控制参数提供依据。仿真和实验结果验证了所提方法在稳态和暂态工况下的正确性和稳定性。

基于LCC和双钳位MMC混联高压直流输电的实验3677-3685

摘要:基于电流型变换器(也称电网换相变换器LCC)和电压型变换器(VSC)的混联高压直流输电系统,不仅可以灵活控制有功和无功功率,也便于多端新能源电源的并网和无源负荷的供电,并统一接入电网,实现LCC和VSC高压直流输电的优势互补。在分析主电路和子模块拓扑结构、充电控制、脉冲调制和功率控制策略的基础上,对基于LCC和双钳位模块化多电平变换器(MMC)混联高压直流输电的直流短路故障穿越、单极运行和双极运行进行实验研究。实验结果表明,所采用拓扑结构可实现混联高压直流输电运行,具有直流短路故障穿越能力,可以快速清除直流短路故障电流,对瞬时性故障还可以快速恢复供电,具有很强的理论和工程应用价值。

基于RTDS的模块化多电平换流器闭锁状态仿真建模方法3686-3696

摘要:模块化多电平换流器(MMC)因其模块化的结构特点在高压直流(HVDC)输电领域得到广泛应用。对于MMC闭锁状态的仿真涉及对二极管这种自然开断器件的仿真。由于实时数字仿真(RTDS)平台不能使用插值和变步长算法,在RTDS中仿真时会存在数值振荡和二极管开关动作延迟的问题,RTDS是通过小步长来实现误差降低。但CBuilder工具不具备小步长仿真能力,需采用接口变压器连接,其漏抗等参数会降低仿真精度。提出一种适于RTDS平台的MMC闭锁状态仿真方法,将桥臂电抗的积分方法改为能有效抑制数值振荡的后退欧拉法,同时采用双值电阻并联RC阻尼电路的模型对二极管进行等效。通过对模型的稳态误差、暂态误差以及二极管动作延迟造成的误差进行计算分析,提出模型的参数选择方法,提高了模型的计算精度和数值稳定性。

基于桥臂能量预测的模块化多电平换流器子模块故障优化容错控制策略3697-3706

摘要:子模块故障是模块化多电平换流器(MMC)常见的一种故障类型,将故障子模块旁路后,MMC将处于桥臂不对称运行状态。为使MMC系统在子模块旁路后依然能维持稳定运行,提出一种基于桥臂能量预测的MMC子模块故障容错控制策略。首先对各时刻桥臂子模块储存的能量进行动态预测,进而求得各时刻子模块电容电压的预测值,在不用附加环流抑制控制器情况下,实现对环流中不对称基频和二倍频谐波分量的有效抑制。该策略简化了系统控制的复杂度,既适用于桥臂子模块数不对称的运行状态也适用于正常运行状态。厦门柔性直流示范工程的电磁暂态仿真结果验证了所提出的容错优化控制策略的正确性。

模块化多电平换流器子模块故障特性分析与解耦控制策略3707-3718

摘要:针对模块化多电平换流器(MMC)在子模块故障时桥臂子模块可投入运行数目不相等的情况,建立基于开关函数的桥臂不对称运行数学模型。基于此数学模型,揭示了上、下桥臂子模块开关函数不一致是导致不对称运行的根本原因。通过借助补偿阻抗以抵消上、下桥臂子模块故障数目不相等导致的不对称分量,将子模块故障下桥臂不对称状态转化为准对称运行状态,进而建立该条件下桥臂交流电流、直流电流和交流环流耦合等效电路,并研究等效电路各次电流之间耦合关系对桥臂内部运行特性的影响。分析结果表明,桥臂电流将出现基频环流分量,交流电流也会引入因不对称导致的直流电流分量和二倍频电流分量。最后通过建立桥臂电流解耦控制模型,构建不同频率下桥臂电流与电压的映射关系,提出具有子模块故障容错能力的桥臂电流控制策略。在PSCAD/EMTDC中的仿真结果证明了所提控制策略的有效性。

网压不平衡下环流注入对模块化多电平换流器的影响分析3719-3731

摘要:在网压不平衡工况下,采用开关函数、三维图分析及函数拟合的方法,给出合理的环流注入策略,实现模块化多电平换流器(MMC)桥臂电流峰值、模块电压波动的降低。分析环流注入对桥臂电流峰值、有效值以及模块电压波动的影响,得出环流注入降低桥臂电流峰值的最佳相位与不同工况下注入环流幅值的限定公式,以及环流注入降低模块电压波动的最佳相位及其注入幅值的限定公式。综合考虑桥臂模块电流、电压耐受能力后,提出一种可以实现桥臂电流峰值限定及模块电压波动限幅的环流注入控制方法。最后通过Matlab/Simulink仿真与实验平台验证了理论分析的正确性以及提出方法的有效性。

输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器多模块优化功率平衡控制方法3732-3742

摘要:通过分析电力电子变压器(PET)中的双有源全桥(DAB)DC-DC变换器的运行特征及所面临的问题,针对输入串联输出并联双有源全桥DC-DC变换器,基于三重相移(TPS)提出一种多模块优化功率平衡控制方法以同时提高变换器的效率及动态性能,并实现各个模块的传输功率均衡。相比于传统的输入电压均衡控制方法,该方法在不需要增加额外传感器的情况下,可以进一步提高变换器的效率,加强变换器对于输入电压突变时的响应能力并实现各个DAB模块的传输功率平衡。最后,搭建以TMS320F28335+FPGA_6SLX45为核心控制器的三单元输入串联输出并联DAB变换器小功率实验样机,对所提多模块优化功率平衡控制方法与输入电压均衡控制方法进行对比实验研究,验证了所提算法的正确性与有效性。

基于模块化多电平变流器的统一电能质量调节器工程实验装置研究3743-3755

摘要:将模块化多电平变流器(MMC)技术和统一电能质量调节器(UPQC)相结合,为将UPQC应用于高电压、大容量的场合提供了可能,为电能质量问题的集中解决提供了新的思路。研究MMC型UPQC具有重要的技术意义和市场价值。首先分析基于MMC的UPQC工作原理,对其关键参数进行分析设计,针对UPQC并联侧和串联侧MMC变流器的电能质量补偿功能提出相应的控制策略。PSCAD/EMTDC下的仿真结果证明了参数设计的正确性和控制策略的有效性。进而研制一套4MV·A/10kV的MMC型UPQC工程实验装置,开展现场实验并进行分析,实验结果表明MMC型的UPQC能够实现多种电能质量的综合补偿。

应用于模块化多电平变频器的电容电压脉动抑制技术综述3756-3771

摘要:模块化多电平变换器因其出色的模块化特性、故障冗余容错能力、良好的谐波性能、单一直流母线等优势,在中高压大功率场合广受关注。但在交流传动系统中,较大的低频电容电压纹波影响了器件的安全运行,并恶化了输出电压波形,阻碍了模块化多电平变频器在交流传动场合的使用。该文总结近年来针对传动场合的模块化多电平变频器电容电压纹波减小和抑制方案,梳理现有纹波抑制技术的主要特点,对其进行分类,对其中一些方案的优劣势进行详细分析和比较;并从工业应用角度对不同场合的最优纹波抑制方案做了判断,就未来研究方向进行探讨。

模块化多电平变流器型中压直流牵引供电系统控制方法研究3792-3801

摘要:针对当前交流电气化铁道存在的电能质量和过分相等问题,研究一种适用于高速铁路的模块化多电平变流器(MMC)型中压直流牵引供电系统(MVDC TPSS)。针对系统运行控制问题,提出一种多牵引变电所(TSS)并联运行协调控制方法,用于抑制牵引网直流电压的波动,提高牵引网直流电压水平,使系统具备更高的可靠性与即插即用性能。从MMC的等效简化模型出发,建立MMC型牵引变电所的控制小信号模型,推导出牵引变电所输出电流与牵引网直流电压间的小信号传递函数,研究输出电流前馈控制对系统动态性能的影响,分析在牵引负荷移动时控制系统的稳定性。最后搭建详细仿真模型,模拟实际牵引供电系统的运行工况,验证所提控制方法的有效性。

基于模块化多电平换流器的电动汽车集群与智能电网集成系统参数优化设计3802-3810

摘要:模块化多电平换流器(MMC)为实现大规模电动汽车与智能电网集成提供了一种可行的解决方案。但由于电动汽车储能系统的特殊性,如果MMC主电路交直流电压等级、桥臂级联数等主要参数设计不当,则可能出现绝缘安全、桥臂电流越限等一系列问题,从而影响系统的安全、高效率运行。为此,基于MMC的电动汽车集成系统(MMC-EVIS)多目标功率管理策略,建立了MMC-EVIS系统调制度、桥臂电流峰值和电动汽车充/放电峰值功率系数等设计指标,提出了MMC-EVIS参数优化配置区间。以某一中等规模小区充电站为场景,优化设计了功率为480kW的MMC系统,在Matlab/Simulink环境下进行仿真分析,验证了集成系统参数优化设计的合理性与必要性,为MMC-EVIS设计及运行提供了一定的参考。

基于模块化多电平直流变换器的储能系统分布式能量均衡控制策略3811-3821

摘要:为了解决级联式储能系统中储能模组间能量均衡问题,同时提升系统的模块化程度,提出一种分布式能量均衡控制策略。该策略充分利用了双向直流变换器模块化结构的特点,将各子模块采用独立闭环控制。为了使子模组能够独立进行能量均衡,将下垂控制思想以及超级电容荷电状态(SOC)引入到电流闭环中,使子模组能够根据自身SOC状态调整工作电流,进而实现能量自动分布调整,达到均衡控制目的。为了减小模组SOC对系统电流的影响,控制策略中引入了电流校正环节,从而改善系统电流的调整率。该策略不影响储能系统稳定母线电压的能力,同时各储能模组间不需要任何通信,使系统具备了完全的模块化特性。最后,通过实验验证了所提方法的有效性。

基于残差变化率的单相级联H桥整流器IGBT开路故障诊断3822-3834

摘要:为实现单相级联H桥整流器(SPCHBR)的IGBT开路故障实时诊断,提出一种基于残差变化率的IGBT开路故障诊断方法。首先建立SPCHBR的混合逻辑动态模型(MLD),生成网侧电流残差。然后从理论和仿真分析IGBT故障时的残差特征,结合电流残差变化率,定义不同开关信号隔离下的归一化诊断变量。通过设定阈值可以实现不同模块单个或双IGBT开路故障的检测和定位。所提方法不需要额外的传感器,诊断信号来自于控制系统,且诊断速度较快,在其他参数不变的前提下不受网压、负载和运行工况变化的影响。最后,通过硬件在环(HIL)测试系统验证了该诊断方法的有效性和可行性。

三相线电压级联VIENNA变换器调制及直流侧电压控制3835-3844

摘要:针对H桥级联多电平变换器存在开关管及直流电容数量多、控制复杂等问题,提出一种三相线电压级联VIENNA变换器拓扑。分析该拓扑的等效电路模型、各支路电流关系式及等效电平级数,设计基于单周期级联控制的功率因数校正脉宽调制(PWM)策略;推导出此拓扑直流侧电容电压的数学表达式,得出它的最小平均值及谐波成分的最大值;提出零序电流注入法实现级联变换器直流侧电容电压均衡控制。仿真分析和实验结果表明,提出的新型变换器拓扑及其控制策略,其开关管的耐压大大降低,并具有较高的功率因数和较低的总谐波畸变率(THD),可以保持各模块直流输出电压均衡性,可作为新一代高压大功率变换器的整流级。

电工技术学报杂志电力系统
基于虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制3845-3854

摘要:虚拟同步发电机控制能够为电网提供虚拟惯量,提高系统的频率稳定,但在通信线路传输延时的影响下,传统二次频率控制动态特性显著恶化。建立包含二次调频环节、通信延时环节的微电网完整小信号状态模型,基于该模型对虚拟同步发电机接入后的微电网频率稳定进行了研究,讨论虚拟惯量等重要控制参数对微电网频率控制延时边际的影响。针对通信延时对频率控制的负面作用,设计含虚拟同步发电机的微电网延时补偿二次频率控制策略,在原有控制回路中增加延时响应预测环节以补偿通信延时影响。利用PSCAD/EMTDC仿真对比了是否包含延时补偿下系统的频率响应,结果表明所提延时补偿控制策略能够有效提高微电网频率控制对通信延时的鲁棒性并增强系统的频率稳定。

微网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略3855-3867

摘要:提出一种基于下垂控制的微电网稳定运行与模式平滑切换综合控制策略。经理论分析和仿真得到结论:①所设计LCL-VSC型微源闭环解耦控制系统,由于包含全部LCL滤波参数,高频谐波抑制能力较强;②所提基于自适应功率补偿的无功-电压和有功-频率稳定控制策略,能够有效抑制微网孤岛模式下负载对系统电压、频率的扰动;③所提微网运行模式平滑切换控制策略,可实现模式切换时电压、频率和功率的平滑过渡。所提并网相位同步控制方法,由于融入了大电网电压锁相控制功能,取消了电网电压锁相环,并且,采取的相位调节方法消除了传统频率调节法对频率下垂控制的影响;所提离网功率同步控制方法,实现了离网瞬间微网输出功率与负载功率的同步,在稳定微网电压和频率的同时,确保电力开关的零负荷分断。

基于近邻传播聚类和遗传优化的非侵入式负荷分解方法3868-3878

摘要:负荷监测和分解的研究具有广阔前景,将用电信息细化到内部用电细节,对智能电网中的双向互动、需求侧管理等具有较高应用价值,可为电力公司、用户等带来效益。针对现有非侵入式负荷监测和分解(NILMD)方法缺乏对用户用电特性的关注、多工作状态负荷处理的问题,细分用户用电模式,在对负荷按工/休日进行近邻传播(AP)聚类分析的基础上,增加设备工作状态合理性判断并结合遗传优化实现从总功率中分解出不同负荷设备及其对应工作状态。算例结果表明,所提方法可有效地辨识负荷类型和工作情况。该方法以稳态功率作为负荷特征,对一般的采样设备友好,数据获取较为简易,减少了硬件成本。