电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2021年第4期

• 有源中点钳位型三电平逆变器开关器件损耗均衡调制方法

  罗龙1,2， 李耀华1,2， 李子欣1,2， 赵聪1,2， 张航1,2

  三电平有源中点钳位型（Three-Level Active Neutral-Point-Clamped，3L-ANPC）逆变器可以克服传统三电平逆变器内外层开关器件损耗不均衡的问题，但是其实现损耗均衡的控制方法，一般要求在线计算开关器件温度进行直接控制，或者实时采集开关器件温度进行反馈控制，实现过程比较复杂。为在实现损耗均衡的前提下，同时降低控制器的复杂程度，本文提出一种按照工频周期轮换选择零电平开关状态的开关器件损耗均衡调制策略，分析了采用该方法时开关器件的换流过程以及损耗特性。在单相全桥3L-ANPC逆变器上的仿真结果表明，本文提出的方法简单易实现，可以有效减小开关器件的损耗不均衡程度。

• 储能用宽范围输入改进型串联Z源逆变器

  阚志忠， 姜春鹏， 何浩， 徐菁远， 张纯江

  针对储能用逆变器提出一种带有旁路开关的改进型串联Z源拓扑，在电池电压较高时将Z源网络切除，保留原串联Z源逆变器优势的同时，其降压模式工作特性与传统电压源逆变器相同，Z源网络不产生损耗，且可实现能量双向流动。首先对改进型串联Z源逆变器的工作模态进行了分析，推导了输入输出电压关系，并给出了Z源网络参数设计原则。然后给出了一种输入电压前馈、电容电压反馈的直流链电压控制策略，最后通过仿真与实验证实了拓扑与控制策略的有效性。

• 一种双输入高升压比直流变换器

  林思圻， 林国庆

  针对以光伏和燃料电池为代表的新能源发电系统存在输出电压低、供电可靠性差的问题，本文提出了一种非隔离型双输入高升压比直流变换器，该变换器两路输入源可以单独供电也可以同时供电，详细介绍了变换器在三种供电模式下的工作原理、电压增益特性、开关器件电压应力以及双输入工作模式下两路输入电流之间的关系。最后搭建了一台100 W的实验样机，实验验证了该变换器具有电压增益高、开关器件电压应力低、可灵活供电等优点。

• 新型配电网同步相量装置测试与实际电网应用

  朱征1， 李依泽2， 顾黎强3， 陆超2， 刘舒1， 王印峰2

  配电网同步相量测量装置是配电网同步测量系统的核心装置，为实现配电网动态监测与控制提供基础数据。而配电网环境中存在多种谐波、间谐波干扰成分和动态场景。因此，同步相量算法作为关键技术需要在复杂测量环境下兼顾测量精度和动态响应性能。本文基于所提出的新型配电网同步相量算法和新研制的新型配电网同步相量装置，搭建了高精度同步相量测试平台，并基于该平台设计了符合配电网环境特征的多场景测试方案。同时在上海临港地区进行了示范应用，对实际配电网信号特征与动态特性进行了分析，同时也检验了所提出的新型配电网相量算法的有效性与准确性，为配电网同步相量测量装置的广泛应用奠定了基础。

• 基于微增率下垂的交直流混合微电网分散式经济运行控制

  李子衿1， 杨鹏程2， 郝良1， 于淼2， 张淼1， 韦巍2

  在交直流混合微电网中，交流和直流子网之间由双向功率变流器(Bidirectional Power Converter, BPC)连接，实现子网之间的功率互动。本文提出了一种分散式经济运行控制策略，旨在优化微网中各个分布式电源(Distributed Generators, DG）的出力，减小总发电成本(Total Generation Cost, TGC)。针对交流和直流子网中的DG，设计相应的微增率下垂控制，使得同一子网中各DG的微增率相等，根据等微增率准则，此时子网的TGC达到最小。针对BPC，设计互动功率经济优化控制策略，优化交、直子网间的功率交换，从而进一步减小TGC，在不依赖外部通讯的情况下实现交直流混合微电网整体经济优化运行。仿真验证了控制策略的有效性。

• 电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽研究

  蒙金雪1,2,3， 张玉旺1,2， 郭彦杰1,2， 王丽芳1,2,3

  为了降低电动汽车无线充电过程中车身周围的磁感应强度，本文提出了一种有源线圈屏蔽的方法。首先，建立了有源磁屏蔽系统和无线充电系统的联合模型，推导了有源磁屏蔽系统的理论方法及设计步骤。然后，通过有限元仿真验证了该有源磁屏蔽方法的有效性，最后，设计了一套3.3 kW无线充电系统的有源磁屏蔽台架，成功实现了电动汽车无线充电系统的有源磁屏蔽，并通过进一步优化有源磁屏蔽线圈中的电流幅值和相位，实现了最佳的有源磁屏蔽效果，证明了该有源磁屏蔽理论及设计方法的有效性。

• 一种新型空间无线电能传输系统耦合机构设计

  蔡智斌， 张国荣， 徐晨林， 高凯， 彭勃， 解润生

  传统正对平面线圈在进行无线电能传输时其电能拾取效率会随耦合机构间相对偏移的角度增大而迅速降低，空间无线电能传输系统则可以很好地解决这个问题。虽然目前国内外空间无线电能传输系统的耦合机构解决了相对偏移的问题，但接收机构只能以特定的轨迹和绕行方式进行相对均匀的功率接收，并非真正意义上的高自由度。本文提出了一种新型的空间无线电能传输系统的耦合机构，该耦合机构由单电源供电，可以实现接收机构高自由度且均匀的功率拾取。提出低耦合路径理论用于分析发射机构，利用Ansys Maxwell进行磁场仿真验证了磁场的均匀度。通过提出低耦合区域理论选取最适合发射机构的接收机构。最后搭建实验平台对耦合机构能量传输的均匀度和自由度进行了验证，实验结果说明接收线圈在保证高自由度接收的前提下接收电压数据集标准差小于1，即系统可以进行高自由度且较为稳定的功率传输。

• 基于微型燃气轮机发电的混合动力系统小信号稳定性分析及前馈补偿控制

  李鸿扬1,2，温旭辉1,2，王又珑1,2

  在由燃气轮机、发电机及其整流器、电池和电力推进负载等不同功能模块组成的混合动力系统中，由于发电机整流器和燃气轮机的非线性特性、负载的恒功率特性使得系统的稳定性问题非常复杂。本文分析和比较了目前已有的阻抗分析方法，对比了不同分析方法采用的阻抗比判据，选取保守性较小的MPC判据作为所研究的微型燃气轮机发电系统小信号模型的稳定性分析判据。并对MPC判据缺点做了改进。建立了混合动力系统中双轴燃气轮机、发电机整流器及电动机逆变器的小信号模型。使用阻抗分析法对混合动力系统进行了小信号稳定性分析。最后，提出了一种前馈补偿法来提升系统小信号稳定性，解决了燃气轮机带发电机整流器负载时小信号不稳定问题。

• 基于干扰观测器的多直线电机终端滑模交叉耦合控制

  丁波1， 颜文旭1， 倪宏宇2

  为了实现多永磁直线同步电机高精度协同控制，设计了基于相邻交叉耦合和干扰观测器的终端滑模控制方法。首先，建立了单个永磁直线同步电机的动力学模型。其次，考虑到系统的同步性能，引入了一种改进的相邻交叉耦合控制，以减少电机之间的同步误差。然后引入了终端滑模控制策略，增强系统的稳定性和鲁棒性。在实际系统中存在不可避免的扰动，会影响系统跟踪性能，本文引入了干扰观测器来估计扰动，并将其作为控制器的前馈补偿。然后，利用李雅普诺夫稳定性理论验证了该方法的有效性。最后，以三台电机为例，在基于dSPACE控制器的永磁直线同步电机实验平台上进行了实验。实验结果表明，该方法具有良好的同步控制性能。

• 一种仿真SF6断路器灭弧室气流场的新方法

  高飞， 桂美景， 张俊民

  本文提出基于格子Boltzmann方法的一种仿真SF₆断路器开断过程的新方法。以252 kV压气式SF₆断路器为研究对象，建立灭弧室气流场格子Boltzmann方程，推导出气流场的格子Boltzmann模型。通过耦合触头机械运动的开断过程，仿真得到灭弧室内气流场的变化规律，将喷口上游和喉部的压力变化曲线与试验结果对比，二者有较好的一致性。结果表明，格子Boltzmann方法可以用于研究SF6断路器开断过程气流场的演变过程。