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中国电机工程学报 2018年第05期杂志 文档列表

中国电机工程学报杂志电力电子变压器

电力电子变压器技术研究综述1274-1289

摘要：随着智能电网、能源互联网等未来电网技术的快速发展,能实现变压、电气隔离、功率调节与控制、可再生能源接入等多种功能的电力电子变压器（也称为固态变压器、智能变压器等）,相关理论和技术的研究得到了越来越广泛的关注。但是,从总体而言,PET的大规模推广应用还有诸多问题需要解决。该文在分析PET发展历史的基础上,对PET涉及的关键技术,尤其是PET的电路拓扑、控制保护技术、高频变压器优化设计技术、功率电路紧凑化设计技术、高压宽禁带半导体在PET中的应用等进行了梳理和总结。最后对PET发展存在的关键制约因素以及发展的趋势进行了总结和展望。

级联式电力电子变压器协调控制策略1290-1300

摘要：电力电子变压器（power electronic transformer,PET）广泛采用级联H桥（cascaded H-bridge,CHB）整流器与隔离双向DC/DC变换器（isolated bidirectional DC/DC converter,IBDC）两级级联结构。直流链电容作为能量缓冲环节,当两侧变换器动态响应差异较大时,易使直流链电容功率不平衡,导致直流链电压动态波动增大和系统稳定性的降低。对此,该文提出将输出电压控制与直流链电压控制的任务分派至CHB级和IBDC级共同承担的协调控制策略。基于频域法对负载扰动下的直流链电压波动响应进行建模分析,以及对闭环稳定性进行分析,并与传统独立控制策略进行对比,论证协调控制方法的优越性。此外,为确保子模块直流链电压均衡,在IBDC级设计均衡控制器,与协调控制策略合并,得到结构紧凑的PET整体控制策略。仿真及实验结果验证了所提控制方法的正确性和有效性。

电力电子变压器直流端口极间短路故障特性分析1301-1309

摘要：作为能源互联网中的重要设备,电力电子变压器的故障特性分析对系统的稳定运行与保护配合具有重要意义。该文基于电力电子变压器的结构,分析了直流端口出现极间短路情况下的故障特性。根据极间短路的故障特征,将极间短路的发展过程划分为两个阶段,即RLC谐振阶段和电感续流阶段,并通过推导得到了各阶段的端口电压及短路电流的表达式。给出了极间短路故障特性的影响因素,详细分析了电力电子变压器故障端口模块的结构及相关参数对极间短路电流的影响。最后通过仿真实例验证了故障特性分析方法的正确性。

基于移相控制的高频链模块化多电平直流变压器分布式控制管理策略及轮换电容电压平衡方法1310-1318

摘要：该文针对应用于高压直流互联系统的高频链模块多电平直流变压器（high-frequency-link modular multilevel DC/DC transformer,H-M2DCT）移相控制策略进行研究。首先,提出移相控制在该结构直流变压器中的应用原则,并对该方法下的H-M2DCT运行特性进行详细分析,同时提出其适用于不同调制方法的通用数学模型;在此基础上提出H-M2DCT基于移相控制原理的分布式控制系统架构。在该架构下,H-M2DCT分别以两个全桥组别的独立相桥臂为基本控制单元进行分布式控制,每个桥臂之间的控制系统相互独立,且具有模块化与即插即用等特点,并利用该架构设计H-M2DCT的3种工作模式,从而拓宽其应用场景;同时,根据H-M2DCT的高频特性,提出适用于H-M2DCT的轮换电容电压平衡策略,减小了调制系统的计算负担与换流器的开关附加损耗,从而提高了每个桥臂调制系统的运行速率与换流器的运行。最后,基于新一代Si C功率器件,通过样机实验,对所提出的基于通用数学模型的控制管理策略及轮换电容电压平衡策略进行验证,实验结果证明了所建通用数学模型的正确性及所提策略和方法的有效性。

新型模块化多电平动态投切DC/DC变压器1319-1328

摘要：直流电网是解决新能源接入,实现远距离大容量功率传输的有效技术手段。直流变压技术是实现直流电网不同电压等级变换的核心。该文提出一种新型模块化多电平DC/DC变压器拓扑,借助一二次侧直流系统共享电容及模块化动态投切原理实现直流电压等级变换。同时针对不同应用场景,对变压器拓扑结构以及控制方式进行适应性调整。较之隔离型模块化多电平直流变压器,所提出的新型变压器结构简单,经济性和灵活性更优,控制系统高效简单,同时依托变比灵活调控,可主动参与潮流控制。利用PSCAD/EMTDC搭建仿真模型,并验证新型直流变压器的可行性与先进性。

独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器直接功率平衡控制1329-1337

摘要：以电力电子变压器为应用背景,对其中的独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器展开研究。在电力电子变压器中,当各个输出并联全桥隔离DC-DC变换器电路模块的参数不匹配或各模块输入电压幅值不相等时,会造成各全桥隔离DC-DC变换器模块间传输功率不平衡现象,导致器件过流,严重时损坏开关管等器件。为实现各DC-DC模块功率平衡传输,基于直接功率控制思想,提出了独立输入并联输出全桥隔离DC-DC变换器功率平衡控制方法。此外,在大功率输出的情况下,为实现各并联DC-DC模块功率容量的充分利用,补充分析了部分单元模块过功率工况下的直接功率平衡控制方法。最后,基于RT-LAB和TMS320F28335的半实物实验平台对所提出的功率平衡控制方法进行验证。

高频变压器不同负载下的传输特性1338-1347

摘要：高频变压器是制造磁隔离电力电子变压器的关键装备。在寄生参数效应与负载效应的作用下,高频变压器的电压、电流传输比将不再等于绕组匝比,而是随频率发生变化。基于高频变压器的传输函数,研究了空载、短路与负载条件下高频变压器电压、电流传输特性的变化规律,揭示了寄生参数、负载与传输特性谐振频率间的关联关系,并通过一台20k Hz高频变压器进行了实验验证。考虑到实际应用于电力电子变压器的高频变压器所带负载情况比较复杂,进一步分析了传输不同功率、带不同功率因数负载等工况下,高频变压器电压、电流传输特性的变化规律。所做工作有助于认识和掌握高频变压器的传输特性。

基于多目标遗传算法的大功率高频变压器优化设计1348-1355

摘要：随着大功率高频变压器容量的增加和工作频率的提高,变压器设计需要综合考虑变压器效率、寄生参数、绝缘和散热等问题。讨论了高频变压器损耗和寄生参数的相关计算,基于有约束的多目标遗传优化算法,提出一种在高频变压器设计中兼顾变压器绝缘、损耗和漏感大小等约束条件和优化目标的绕组结构优化设计方法,通过非支配排序遗传算法Ⅱ（non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ,NSGA-Ⅱ）进行优化设计。根据此优化方法设计一台220V/3.52kV,功率为3.52kW、工作频率为20kHz的高频变压器样机,实验验证变压器损耗和漏感计算结果的正确性和优化方法的有效性。

电感集成式大容量高频变压器精细化设计方法1356-1368

摘要：针对固态变压器用电感集成式大容量高频变压器进行优化设计,分析了高频变压器漏电感参数、磁芯高频损耗、绕组高频损耗以及温升的计算方法。在此基础上,利用自由参数扫描法建立了大容量高频变压器优化设计流程。按照最优设计方案制作了一台5kHz/10kW纳米晶磁芯高频变压器模型,并对其参数进行实验测试。将解析设计与有限元仿真和实验测量结果进行对比,结果表明模型漏电感、交流电阻和磁芯损耗的相对偏差分别为2.85%、1.49%和5.35%,验证了所提设计方法的有效性。

磁元件绕组损耗的直接测量法1369-1374

摘要：磁元件中磁芯损耗和绕组损耗作为一个元器件中的两部分损耗两者本身难以分离开,目前还没有一种有效的既能测量给定励磁工况下磁元件绕组损耗,又能直接测量功率变换器中磁元件绕组损耗的测量评估方法。提出了一种可直接测量磁元件绕组损耗的方法,在磁元件中引入一个辅助绕组,通过分析被测绕组端口和辅助绕组端口之间电参数的关系,得到只体现被测绕组损耗的电参数,以获得被测绕组的损耗。最后,以空心电感作为测试对象,采用高精度的功率测量仪器对绕组损耗进行测量,通过阻抗测量法结合计算空心电感绕组损耗的方法进行验证,验证了所提方法的可行性和准确度。

中国电机工程学报杂志智能电网

智能配电网多维数据质量评价方法1375-1384

摘要：随着智能配电网信息化、自动化、互动化水平的提高以及与物联网的相互渗透与融合,电力企业积累大量数据,伴随而来的数据异常、冗余与遗漏等质量问题也日益突出,作为提高数据质量的基础和前提,智能配电网数据质量评价变得越来越重要。在此背景下,该文构建智能配电网数据质量评价体系,提出一种智能配电网多维数据质量评价方法,通过准确度、完整度、一致度、及时度和冗余度5个维度对智能配电网数据多层面、多方位、多角度分析和挖掘,解决传统方法评价维度单一和评价体系简易的问题,使电力企业或用户能够更加全面、系统地了解智能配电网数据质量的真实水平,并及时加以改进与修复,有力支撑智能配电网的运维管理与正确决策。

基于混合整数二阶锥规划的新能源配电网电压无功协同优化模型1385-1396

摘要：考虑配电网运行的时序特性,以多时段功率损耗最小、电压偏离最小和电压无功优化中需求响应利用率最大化为多目标函数,建立分布式新能源配电网电压无功协同控制的多时段多目标动态优化模型。在对配电网无功补偿装置无功功率进行优化配置并充分利用实时的需求响应基础上,提出分布式电源（distributed generation,DG）环境下配电网电压无功多目标协同优化的混合整数二阶锥规划方法。在优化问题求解中,优化的决策变量包括离散型变量和连续型变量,而且潮流约束等式计算复杂性大。该文首先将潮流模型转化成锥规划模型,将潮流变量间复杂的关系以线性公式替代,而新变量则用特殊结构的锥集表示,从而简化了优化模型,使得优化问题转化为可高效快速精确求解的混合整数二阶锥规划模型。采用PG＆E的69节点配电系统测试的结果验证了所提出控制方法的可行性和适用性。

基于模型预测控制的主动配电网多时间尺度有功无功协调调度1397-1407

摘要：随着大量可再生能源的接入,主动配电网在如何应对分布式电源出力不确定性以及负荷波动方面面临极大挑战,同时也对运行过程的经济性和安全性提出了更高要求。为解决上述问题,提出基于模型预测控制的主动配电网多时间尺度有功无功协调调度方法。基于模型预测控制实现主动配电网日前调度,日内滚动调度以及实时反馈校正,减少可再生能源间歇性以及负荷预测误差对配电网运行的影响。同时考虑配电网有功无功耦合特性,通过有功无功协调优化来降低网络损耗,减少无功设备频繁动作所产生的操作成本,在保证主动配电网安全运行的同时进一步实现运行效益最大化。通过仿真分析计算,证明了所提方法的可行性和有效性。

基于虚拟电压的直流微电网多源协调控制策略1408-1418

摘要：随着直流微电网容量的扩大,多电源之间的协调控制逐渐成为研究的热点。目前多源协调控制策略主要分为集中通信控制和自律分散控制。集中通信控制对中心控制单元有绝对依赖性,可靠性较低。该文基于虚拟电压和自律分散控制的思想,设计直流微电网分布式分层控制结构,并在每层设置相应的控制策略,实现多源协调控制。首先详细分析线路电阻对均流控制的影响,提出基于虚拟电压的均流控制策略,进而提出改进的动态一致性算法,以动态跟踪各换流器出口侧母线电压并快速收敛输出一致值,另外在已经收敛的情况下,通信拓扑的变化对当前收敛状态没有任何影响。仿真及实验对提出的动态一致性算法及协调控制进行验证。

微网群混合协调控制及功率管理策略研究1419-1427

摘要：随着分布式风电、光伏间歇性电源在中低压配电网中渗透率的提高,多个微电网可能共存于一个区域配电网,因此包含多个微网间能量互济与协调控制的微网群技术开始引起广泛的关注。该文根据微网群的典型特征及控制结构,着重对离网运行下微网群的混合协调控制和功率管理策略进行了研究。在微网群孤岛协调控制中,采用主从与对等相结合的混合控制策略,将各微电网看作是由不同运行工况下多分段P/f特性曲线组成的单元,进而聚合得到微网群多分段P/f特性曲线,混合控制中主从控制与对等控制依据群多分段P/f特性曲线交替运行以实现功率的分散管理。最后基于PSCAD/EMTDC建立了微网群仿真模型对所提出的运行控制策略进行了验证。

考虑制氢设备效率特性的煤风氢能源网调度优化策略1428-1439

摘要：风电的反调峰特性导致在调度过程中机组压力大、存在严重的弃风现象,建设大型可转移新能源消纳设备是一个可能的解决思路。该文提出了将大型新能源消纳设备的负荷特性纳入考量的煤风氢能源网综合调度优化策略。首先建立了典型新能源消纳设备——电解水制氢设备的产出模型,研究其在不同运行功率下的效率–功率特性关系。在此基础上,以产出电力与氢气的复合煤风氢能源网整体利益最大化为目标对网内常规机组、风电及制氢设备进行短期调度经济性优化。仿真结果表明,依据消纳设备效率特性关系可制定出更为精准、灵活、经济的调度运行策略,在保证煤风氢能源网风电消纳能力的同时,提高了常规机组和消纳设备的运行经济性。该文为含风电场、制氢设备的煤风氢能源网的经济运行策略制定提供了一个全新的视角。

一种四线圈WPT系统的耦合动态调整方法1440-1447

摘要：在四线圈的磁耦合谐振式无线电能传输（wireless power transfer,WPT）系统中,其效率随着传输距离及负载的不同而剧烈变化。由于传统WPT系统的线圈耦合参数难以根据工况进行动态调整,造成整体的传输功率及效率相对较低。为此,该文提出了一种新的四线圈WPT系统耦合调整方法。在详细分析并推导系统传输模型的基础上,提出在耦合线圈间设置辅助线圈实现耦合系数等效调整的方法,从而提高系统在不同传输距离下的传输效率及输出功率。该方法具有损耗小、调整范围大等优点。最后,通过实验样机的测量验证了所提出方法的可行性。样机的端到端效率峰值达到了86%。同时,所提出的耦合调整方法将系统在传输距离大于150mm,即发射线圈与接收线圈耦合系数小于0.05时的输出功率与整机效率由原有的20W、46%提升至50W、60%。

中国电机工程学报杂志大电网规划与运行

数据网络与电力网络混合运行建模及其参与系统经济运行1448-1456

摘要：作为电力消耗大户,数据中心能够通过数据网络实现多个节点的电能转移,具备极大的需求响应潜力。针对当前数据中心能耗模型不完整及数据网络并未被纳入电力系统统一调度的问题,该文首次提出数据网络与电力网络混合运行模型,建立以数据负荷为识别参数的数据中心能耗模型以及数据网络电力调节潜力分析模型。系统调控中心对数据网络下达电力、电量调度的具体要求,由数据网络进行数据负荷的转移响应。在IEEE 118节点进行双网混合运行模型的算例分析,讨论关键参数对混合模型特性的影响,对比经济调度前后的系统总成本变化以及各数据中心能耗的变化,验证混合运行模型的经济性和有效性。