电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2019年第5期

• 大功率忆阻器的实现方法及应用

  陈艳峰， 丘东元， 张波， 袁昌海， 谭斌冠， 卢曰海， 韦兆华

  由于纳米尺度的忆阻器件不能直接用于电路研究，目前仍通过搭建等效电路的方法实现忆阻元件的功能。有别于采用模拟器件的忆阻器等效电路模型，本文提出了几种基于电力电子变换器的大功率忆阻器实现方法，这些方法的共同特点是电路模型的功率等级由功率半导体器件参数决定。接着，本文制作了一台磁控型忆阻器原理样机，仿真和实验结果证明该忆阻器电路模型具有功率调节范围大、忆阻特性易于调整等优点。最后，本文探讨了忆阻器在直流断路器等大功率场合的应用，为拓展忆阻器今后的应用提供了参考。

• 具有快速动态响应的大功率脉冲负载电源设计与实现

  朱泽宇， 杨平， 曹琎， 刘晁瑞， 吴松荣

  电流型脉冲负载一般呈宽频段、脉冲变化特性，该特性对供电系统的稳定性提出了更高的要求。当脉冲负载直接接入供电母线后，其负载瞬时功率与负载电流一样呈现脉冲特性，会引起母线电流波动过大的问题。为了平衡瞬时功率差，本文提出采用双向变换器来补偿由脉冲负载特性造成的母线电流波动过大的问题，解决脉冲负载与供电电源的适应性问题。提出一种基于电容电压谷值检测的自适应电流反馈控制方法，该方法适用于脉冲负载的频率和功率任意变化。通过建立其动力学模型，分析了参数设计对于变换器稳定性的影响。最后，制作一台实验样机，验证了所提出方案的可行性。

• DC-DC变换器分数阶PIλ控制与稳定性分析研究

  张晓超1， 李虹1， 苏文哲1， 张波2， 赵洋洋1， 刘晨1

  分数阶PIλDμ控制是整数阶PID控制的推广和发展，具有比整数阶PID控制更大的灵活性。然而引入λ和μ后，会对系统的控制性能和稳定范围产生影响。本文以Buck变换器为例，从机理上阐述了分数阶PIλ控制与传统整数阶PI控制对系统控制性能的影响，分析了分数阶PIλ控制器中积分阶次λ对Buck变换器稳态性能、动态性能以及对Kp，Ki参数稳定范围的影响。最后通过仿真和实验验证了本文理论分析的正确性。

• 一种具有兼容耦合和抗偏移能力的螺旋双C型双面线圈的设计与研究

  孙祺明1， 黎文静2， 罗冰洋1， 熊松1， 陆江华1， 王菁1，朱国荣1

  提高感应能量传输（IPT）系统中磁耦合结构的耦合系数以及抗偏移能力是提高IPT系统性能的核心要素。随着市场上接收线圈的多样化，有必要研究具有兼容耦合不同线圈（主要分为E型和C型）的线圈结构。在具有兼容耦合E型和C型线圈的螺旋双面（SP）线圈的基础上，本文提出一种螺旋双C（SDC）型双面线圈，该线圈包含两个绕组螺旋缠绕在平板磁心的两面，其中一面两个绕组间距较大，称分开侧；另外一面的两个绕组间距较小，称合并侧。通过改变SDC线圈为正串和反串连接来改变SDC线圈分别为C型和E型结构，从而能分别最优耦合C型线圈和E型线圈。SDC线圈分开侧耦合螺旋单面（RP）线圈（E型线圈），合并侧耦合双D盘单面（DDP）线圈（C型线圈），能获得最好的耦合系数。实验表明，SDC线圈与DDP线圈和RP型线圈的耦合系数较传统SP型线圈分别有10.5%和61.5%的提高；在抗偏移能力上，SDC线圈与DDP和RP线圈耦合时，相对于DDP和RP线圈均有提高，特别是相对于DDP线圈。

• Buck型DC-APF抑制大功率极低频发射系统间谐波技术研究

  孟浩1， 罗冰洋1， 刘庆2， 查明2， 罗志清2， 熊松1， 朱国荣1

  极低频发射系统工作频率远远低于电网工频，因此该系统运行时会对电网造成间谐波干扰。若发射系统功率较大，则间谐波含量将超出电网承受标准，严重降低电能质量。而且由于间谐波频率在工频附近，其不能像谐波一样在网侧进行治理。为解决此问题，本文建立大功率极低频发射系统的数学模型，通过理论分析网侧间谐波电流产生机理和传播途径，提出采取直流侧有源电力滤波器（DC-APF）方法，切断间谐波向网侧的传播路径，从而实现间谐波抑制。利用仿真和原理性实验进行了验证，仿真和实验结果表明Buck型DC-APF可以实现切断间谐波电流的传播路径，仿真结果和实测数据对比表明，DC-APF可以抑制高达40dB的间谐波电流，使大功率极低频发射系统满足入网标准。

• 孤岛模式下多源直流微电网经济运行的协调优化控制策略

  董密1， 张心露1， 杨建1， 欧静1， 宋冬然1， 肖国勋2

  基于直流微电网的时变性与分布式发电单元的不确定性，本文提出了一种最小化运行成本的多源协调优化控制策略。首先，建立了优化调度模型，通过完全分布式的控制框架，设计了实时经济运行的优化方案，以实现直流微电网系统分布式发电的负载分配、电压恢复以及经济最优。此外，由于三个变量的动态变化值被引入到一致性算法中，功率分配优化过程是实时的。最后，用仿真算例来对上述优化策略进行验证。结果表明，提出的控制策略可有效地实现分布式发电的最优功率分配，达到最小化运行成本的目标。当直流微电网系统中单元的成本函数或功率限制发生变化时，能够实现在线优化。

• 用于次同步振荡抑制的MMC的能量补偿控制

  韩民晓， 翟冬玲， 郭抒颖

  次同步振荡是常见的电力系统稳定性问题之一。为了抑制次同步振荡，可以投入次同步阻尼控制器（SSDC），根据其输出改变直流系统的有功功率指令值，从而为交流系统提供正阻尼，但直流系统一端有功功率的振荡部分会传递到另一端交流网络上。为了在直流系统中补偿功率振荡部分的能量，暂态解耦直流系统，引入模块化多电平换流器（MMC）的能量控制方法，通过控制MMC桥臂电容器的能量来保证另一端系统的稳定。本文基于IEEE次同步谐振第一标准测试系统，设计了SSDC系统的参数和MMC的能量补偿控制，并在PSCAD仿真平台上验证了SSDC和能量补偿控制的有效性。

• 基于SOGI单相锁相环的列车辅助逆变器并联技术

  康成伟1， 顾诚博2， 李伟杰2， 王伟3， 刁利军2

  轨道列车辅助供电系统中的传统三相锁相环系统复杂，在母线电压不平衡及出现扰动的情况下存在锁相性能下降的情况。本文针对这一问题，提出一种改进的基于二阶广义积分器(SOGI)的单相锁相环设计方案，在提高系统简洁程度的同时，达到提高锁相的响应速度、降低稳态误差的目的。本文基于SOGI进行数学建模分析，提出一种基于SOGI的列车辅助逆变器并联控制方法，并在基于DSP TMS320F28335的50kV·A三相辅助逆变器的并联实验平台上进行实验验证。仿真和实验结果表明，该锁相方案能有效提高辅助逆变器并联的控制性能。

• 无线电能传输系统用屏蔽层结构的研究

  李厚基1， 王春芳1， 魏芝浩1， 李聃2

  无线电能传输系统中的松耦合变压器在工作过程中，由于电磁干扰降低了系统接收电路和发射电路的可靠性，并对周围的生命体安全造成一定的影响。为此基于1kW无线电能传输系统优化设计了四种松耦合变压器用屏蔽层结构和尺寸，利用有限元仿真软件分别对比分析了发射线圈下方10mm处水平位置和线圈外150mm处竖直位置的屏蔽效果，在保证发射电路可靠性及生命体安全的前提下，从圆盘型、圆环型及扇型屏蔽层中，优化出带边沿扇型的屏蔽层；以圆环形屏蔽层为例，分析了内、外沿延伸距离对屏蔽效果的影响，并优化出向内、向外延伸的最佳距离，优化设计了扇型屏蔽层的填充比。最后搭建了系统实验平台，对部分屏蔽层进行了实验验证。

• 基于材料变密度法的MRI匀场线圈设计

  曲洪一1,2， 王秋良1,2， 王耀辉1,2， 秦朗1,2

  核磁共振成像系统磁场的均匀度对成像的质量起着决定性作用，采用匀场线圈抵消磁场球谐波分量是提高磁场均匀度的有效手段。采用材料变密度法设计了一阶轴向匀场线圈，首先将设计区域划分为足量的网格，网格的材料密度作为设计变量，利用有限元法组装电导矩阵，求解设计区域的电流分布，建立了材料密度分布与磁场的关系。其次，将磁场均匀度作为优化目标，采用优化准则法对密度变量进行优化，得到了满足约束条件的最优解。最后，利用流函数方法将材料分布离散为导线，得到了线圈的拓扑结构。相比于室温有源匀场线圈设计常用的解析法，变密度法能够有效地利用材料，充分发挥材料特性，可设计出更高性能匀场线圈。

• 基于损耗统计理论的动态J-A磁滞模型

  赵越1， 李琳1， 刘任1， 韩钰2， 刘洋2

  针对传统基于损耗分离经验法的动态J-A模型缺乏物理基础、精度较低的问题，通过借鉴磁场强度分离的理念，将损耗统计理论引入原始静态J-A模型，提出了一种基于损耗统计理论的新型动态J-A模型。其中，静态磁场强度分量利用静态J-A模型求解，而涡流及剩余磁场强度分量则根据损耗统计理论推导而得。通过将计算结果与测量结果对比，表明本文所提动态J-A模型相比于传统基于损耗分离经验法的动态J-A模型精度较高，模型参数物理意义更为明确。