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中国电机工程学报 2008年第12期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电力电子与电力传动

可控串补次同步频率等效阻抗特性的机理分析1-6

摘要：利用小信号分析法，在可控串补（thyristor controlled series compensation，TCSC）的工频电流源上叠加一个微小次同步频率分量的电流源，采用数值分析方法获得次同步频率电容电压的时域仿真曲线；在此基础上分析次同步频率电容电压在晶闸管导通前后的变化规律，推导TCSC次同步频率等效阻抗的解析表达式。结果表明通过解析法求得的次同步频率等效电抗与数值方法获得的特性曲线变化趋势基本吻合；根据对解析表达式的分析，研究晶闸管导通对次同步频率电压的调制作用随导通角增大的变化过程，从周期调制作用角度解释TCSC次同步频率等效阻抗特性形成的机理。

应用自抗扰控制器的双级矩阵变换器闭环控制13-19

摘要：对双级矩阵变换器（two-stage matrix converter，TSMCl输出电压产生影响的扰动因素很多，而闭环控制是抑制多种扰动的有效方法。TSMC是一非线性、多变量、强耦合的系统，其精确的数学模型难以建立，采用基于对象模型的控制律难以得到好的控制效果。该文提出了一种基于自抗扰控制技术的TSMC闭环控制策略，利用自抗扰控制器（auto disturbances rejection control，ADRC）的非线性鲁棒控制技术实现TSMC这种不确定性系统的控制。该文建立了TSMC逆变级电路的数学模型，把系统模型中的耦合项、不确定项都看作是系统的模型内扰，将输入电压、负载变化等扰动看成不确定外扰，利用ADRC对内外综合扰动进行观测，并对其进行补偿。仿真结果表明，在相同的非理想运行条件和扰动情况下，ADRC展现出比经典PI控制器更优异的动静态性能，可以满足TSMC系统高性能的控制要求。

分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗分析20-25

摘要：直流分布式供电系统由多个子系统组合而成，子系统之间的相互作用容易导致系统稳定程度和动态性能降低，甚至于不稳定。通常，恒功率负载具有的负阻抗输入特性是导致级联系统不稳定的主要原因。该文针对直流变换器在恒功率负载的情况下，以分布式供电系统中负载变换器的输入阻抗作为标准化研究的对象。该文以分布式供电系统中常见的同步整流Buck变换器为例，详细分析了变换器的输入阻抗随功率等级、开关频率和控制方式变化时的规律。并进一步通过实验验证了理论分析的正确性。实验结果为将来制定出Buck类DC—DC模块的输入阻抗的标准打下基础。

高阶开关功率变换器中的间歇现象26-31

摘要：以四阶电流模式控制单端初级电感变换器（single ended primary inductor converter，SEPIC）为例，研究高阶开关功率变换器中的间歇混沌和间歇分谐波现象。从电路耦合滤波的角度考虑，建立具有耦合干扰信号的SEPIC变换器模型，通过数值仿真和电路仿真观察到了间歇现象，分析不同电路参数对干扰信号强度阈值的影响。并将时间分岔映射为参数分岔，继而以此为基础运用特征值分析方法对变换器的稳定性进行了分析。参数分岔图、特征值轨迹与时间分岔图完全一致，均表明干扰信号的强度和频率决定着间歇现象的类型和间歇周期的大小。

断续导通模式Buck变换器跨周期调制离散解析模型32-37

摘要：脉宽调制模式DC／DC变换器非线性分析经常采用离散模型。该文基于跨周期调制工作模式建立断续导通模式Buck变换器的闭环同步开关映射模型。分析输出电压随负载电阻变化的非线性特性，得到跨周期调制工作模式下系统在较宽负载调整范围内能够保持稳定输出电压，轻负载下跨周期数目增加，输出电压在定常解与周期n解之间变换且呈现无序性，相邻负载跨周期数目具有渐变特性的规律。基于能量守恒定理，建立每个时钟周期的能量迭代关系式，对同步开关映射模型进行定量验证。

功率因数校正Boost变换器中快时标分岔的实验研究38-43

摘要：由于开关的动作，功率因数校iE（power—factor—correction，PFC）Boost变换器本质上是分段光滑的非线性系统，从而导致快时标分岔的产生。通过实验，该文首次发现了一类在输入电压最大值附近发生的快时标分岔;详细讨论了快时标分岔对PFC变换器性能的影响；由于电流环输出的特点决定了变换器是否会出现快时标分岔以及分岔区域的大小，该文分析了影响电流环输出的主要因素，包括电流环参数、电感值和输入电压有效值。研究结果将有助于深入地理解PFC变换器的快时标分岔，也为PFC变换器的设计提供了有益的参考。

一种新型有源次级钳位全桥零电压零电流软开关PWM变换器44-49

摘要：提出了一种新型的全桥移相零电压零电流变换器拓扑结构。新的变换器通过导通副边辅助电路中的钳位MOSFET，使得滤波电感两端电压被钳位为零，输出滤波电容的电压全部作用在原边漏感上，实现原边电流的迅速复位，从而创造出良好的滞后臂零电流开关（zero current switching，ZCS）条件。新拓扑在有效零电压零电流开关（zero voltage zero current switching，ZVZCS）范围，最大占空比等方面都优于其它拓扑结构。该文详细分析了新拓扑的工作过程和各项特性，并试制样机，验证了理论分析的正确性和新拓扑的有效性。理论分析和实验结果都证实了新拓扑非常适合中大功率场合应用。

一种新型直流环节并联谐振软开关逆变器50-54

摘要：电力电子装置开关频率的提高带来了开关损耗与器件损坏问题、感性关断和电磁干扰等一系列新问题。有效克服这些缺陷的方法是采用谐振软开关技术，然而，传统的直流环节谐振型逆变器存在两个明显的缺点：开关器件的电压应力大；电压过零点与逆变器开关策略难以同步，使逆变器输出有大量次谐波。该文提出一种新型的直流环节并联谐振软开关技术，重点分析了此种软开关逆变器的拓扑结构、工作原理和特点，并通过实验验证了其原理和可行性。

三电平双降压式全桥逆变器55-59

摘要：提出了一种新颖的三电平双降压式全桥逆变器。该逆变器是在两电平双降压半桥逆变器基础上改进得到，保留了双Buck逆变器无桥臂直通、无体二极管反向恢复问题的优点和半周期工作模式，又克服了其缺点：器件耐压要求减半，更适合高压的输出场合；其桥臂输出不再是传统半桥型逆变器的两电平双极性调制波，而是直流电压利用率高、谐波含量小的三电平单极性调制波；其输入侧不再像半桥型逆变器那样需要2个大电容进行分压。该逆变器是一种高效高可靠且体积小的性能优异的逆变器。试验验证了以上分析的正确性。

电机驱动用新型谐振直流环节电压源逆变器60-65

摘要：为了实现电机控制系统的高功率密度和高性能运行，必须提高逆变器的工作频率以提高功率变换器的效率和增强性能。然而，较高的工作频率会引起严重的电磁干扰和开关损耗从而导致系统整体效率降低。软开关技术被认为是解决上述问题的有效方法，结合软开关技术的优点和脉宽调制（pulse width modulation，PWM）控制的特点，提出了一种新的用于电机驱动系统的谐振直流环节软开关电压源逆变器，通过在传统硬开关逆变器的直流环节添加辅助谐振单元，实现了逆变桥开关器件的PWM软开关动作，同时，辅助谐振单元的开关也为软开关操作。文中阐述了该软开关逆变器拓扑的动作时序和动作模式，并对软开关动作时序的瞬态过渡过程进行了数学分析。对提出的新型软开关逆变器驱动无刷直流电机进行了仿真和实验研究，结果验证了电路结构和理论分析的正确性与可行性。

三相APF的切换系统建模与二次最优控制66-72

摘要：为提高三相有源电力滤波器（active power filter，APF）的动态控制性能，基于PWM原理提出一种三相APF的等效离散切换系统模型（equivalent discrete—time switched linear system，EDSLS），经平衡流形邻域线性化后得到其线性离散系统模型（linear equivalent discrete—time switched linear system，LEDSLS），最后针对该模型设计了能够实时跟踪补偿指令电流的二次线性最优控制器。该控制器以PWM占空比为控制量，物理意义明确，易于工程实现，并具有潜在的应用价值。仿真结果证明了该系统模型的正确性，设计的控制器可有效提高三相APF的动态性能。

非整数次谐波对混合型有源滤波器性能影响及解决方法73-78

摘要：以目前有实用先例的注入式混合有源滤波器为例分析了电网中存在的非整数次谐波对混合型有源滤波器（hvbrid active power filter，HAPF）的补偿性能和安全运行造成的影响，针对系统采用的谐波检测环节对非整数次谐波的不正确检测导致滤波器性能降低并致使直流侧电压波动的问题。文中提出了一种稳定直流侧电压的方法和两种针对不同电网谐波含量情况的谐波检测方法，从实用性上看基于自适应噪声消除原理的谐波检测方法适用于整数次和非整数次谐波同时存在的情况，仿真和实验结果证明了这种方法能够准确的检测出电网中的各次谐波。文中所得的结论同样可以推广应用于其它结构的并联混合型有源滤波装置中，为其在含有非整数次谐波电网中的安全运行提供了有益的指导。

单相有源电力滤波器L2增益重复控制新方法79-87

摘要：提出一种适合于单相有源电力滤波器的L2增益重复控制新方法。这种方法在所建立的考虑干扰和参数摄动影响的单相有源电力滤波器端口受控哈密顿系统平均化模型基础上，首先通过对误差系统方程的等价变换，将参数摄动的影响转化为周期干扰的一部分；而后设计L2增益重复控制方法，利用重复控制对周期干扰进行补偿，利用如增益控制确保重复控制的收敛性和对控制目标的渐近跟踪，并抑制非周期干扰对控制效果的影响；此外，该方法还采用在大电容情形下忽略波动量影响的方式克服了准确在线计算直流电容参考电压波动量的困难。仿真实验中通过与采用传统PI控制策略和L2增益控制方法时的结果进行对比，验证该文所提出方法的正确性和有效性。

无变压器型并联混合有源滤波器设计及应用88-94

摘要：将有源滤波器和无源滤波装置结合起来构成混合有源滤波器是当今的发展趋势，既弥补了无源滤波装置的固有缺陷，又能充分发挥有源滤波器的优势。该文对无变压器型混合并联有源滤波器的设计原则进行了研究，提出了具体的设计方法以及电感值和直流母线电压之间的关系。同时，分别给出了混合有源滤波进行补偿负载电流谐波和阻尼电网电压谐波放大这两种不同应用时的控制策略，对其滤波和阻尼特性进行了详细的分析。为了改善混合有源滤波性能，在控制策略中引入了广义积分控制器。实验结果证明了所提出的混合并联滤波装置具有优异的性能。

多电平通用空间矢量调制集成电路及其FPGA实现95-100

摘要：提出一种多电平变流器空间矢量控制（space vector modulation，SVM）集成电路（integrated circuit，IC）的设计方法。所提出的多电平SVMIC是建立在参考电压分解的通用多电平SVM算法的基础上，适用于任何电平数目的多电平变流器。采用可编程逻辑门阵列（field—programmable gate array，FPGA）实现所提出的多电平SVMIC。基于FPGA的多电平SVMIC具有高速的处理能力，在数字控制器中专门用于脉冲信号的发生，可解决多电平SVM算法占用数字信号处理器（digital signal processor，DSP）计算资源过多的问题，并可实现较高的开关频率。并且采用所提出的多电平SVMIC可大大加速产品的开发周期。通过在1台9电平级联式变流器上的试验结果对所提出的多电平SVMIC进行验证。

高频正弦波电流下IGBT能带结构和开关特性分析101-106

摘要：基于能带理论——载流子浓度分布与电极距离函数的宏观体现，该文提出了一种IGBT在高频正弦波电流及零电流开关条件下开关动态特性的分析方法。首先介绍了功率器件在实际电路中的工作条件，其次提出了IGBT的能带结构图，并通过对独立元件、稳态及暂态时的能带图的分析比较，得出开关动态特性，并给出开关时刻的电压电流初值及能带图；实验结果也验证了IGBT在高频正弦波电流下零电流开关的开关特性；根据这个特性，文章采用随谐振电流大小微调开关频率的方法，来实现功率管电压过冲的完全抑制。

基于支持向量机的电力电子电路故障诊断技术107-111

摘要：提出一种利用小波包分析获取电力电子电路故障特征和基于支持向量机状态分类的电力电子电路故障诊断方法。首先讨论小波包故障信号特征提取和支持向量机（support vector machine，SVM）的多值分类算法，重点研究一种改进的支持向量机的“一对多”故障分类算法，实现对十二脉波可控整流电路中晶闸管断路故障的诊断。实验结果分析表明，该方法能准确对电力电子电路进行诊断和故障元定位、诊断精度高，该方法在解决电力电子电路故障诊断问题上有着很好的实用价值和应用前景。

一种新型能量交换式移相全桥电路112-118

摘要：减小环流损耗、在较大的负载或输入电压变化范围内协调滞后管的零电压开通与占空比丢失的矛盾是移相全桥软开关变换器需要研究的两个问题。针对这两个问题，该文提出采用一种新型能量交换式移相全桥软开关电路。与传统电路相比，它将近降低了1／2的开关管的环流能量损耗，并且能够在较宽的负载范围内实现滞后管零电压开关和极小的占空比丢失，有效地提高变换器的效率。通过10kW实验样机的研制，其结果表明理论分析正确，变换器性能得到较好的改进。