电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2021年第6期

• 基于高斯混合分布的混合储能电动汽车DC-DC变换器的优化设计

  黎浩庭， 王学梅

  结合超级电容与锂电池优势的混合储能系统(Hybird Energy Storage System，HESS)能大幅提高储能系统的各项性能。半主动HESS中的DC-DC变换器需要工作在剧烈变化的负载功率和输入电压下，以单一工况下性能评价的变换器设计难以找到实际负载条件下的最优方案。基于此，本文提出了基于实际负载分布下功率损耗的变换器参数多目标优化方法。首先，采用二维高斯混合分布模型(2-Dimensional Gaussian Mixture Model，2D-GMM)拟合出变换器在混合储能系统中工作的负载概率分布。然后，基于损耗模型建立交错并联双向Buck/Boost变换器的平均损耗和成本目标函数。最后，通过NSGA-II算法搜索帕累托解集，并分析最优解集构成的原因，给出基于平均损耗和成本下的变换器最优设计方案。

• 电动汽车负荷虚拟同步机参与电网频率调节的充放电策略与实现

  李秉宇1， 杜旭浩1， 曾四鸣1， 尹利科2， 芮月晨3， 肖国春3

  随着电动汽车（EV）充电接口大量接入电网，电力系统的稳定运行受到挑战。负荷虚拟同步机（LVSM）技术应运而生，可以为电力系统提供惯量和阻尼支撑，有助于提高电网的稳定性。本文在由虚拟同步发电机（VSG）模拟的电网与前级LVSM和后级EV电池充电变流器互联系统中，提出了在恒流充电、恒压充电和恒流放电三种模式下适应电网频率变化的EV电池充放电策略及实现方法，通过网-荷互动提高了电网频率的稳定性。仿真结果验证了所提出控制策略和实现方法的有效性和正确性。

• 考虑功率裕度的MMC-MTDC改进下垂平坦控制策略

  宋平岗， 杨长榄， 龙日起， 雷文琪， 郑雅芝

  针对基于模块化多电平换流器的多端直流输电系统(MMC-MTDC)功率协调控制和直流电压稳定问题，在改进下垂控制的基础上引入微分平坦控制(FBC)理论，提出一种考虑功率裕度的改进下垂平坦控制策略。该策略考虑不同工况下下垂控制站的实时功率裕度，根据各换流站裕度大小来合理分担系统中存在的不平衡功率，避免换流站满载。同时引入微分平坦控制理论设计电流内环控制器，替代传统电流内环的直接电流控制。控制器由期望前馈控制和误差反馈补偿两部分组成，前馈控制产生主导控制量，误差反馈补偿消除系统模型不确定性和内外部扰动等因素造成的影响，对控制量进行修正，准确跟踪期望值，有效提高了系统响应速度。以一个并联四端MMC-MTDC系统为例的仿真结果说明了所提控制策略的有效性。

• 基于局部拓展理论的直流多馈入系统分区方法

  曹昕1， 韩民晓1， 马立民1， 郭知非2， 蔡万通2， 张夏辉1， 文俊1

  针对多回电网换相型高压直流输电(LCC-HVDC)馈入的交流系统容易发生同时换相失败的问题，本文采用了对多馈入系统进行电网分区的方案，以隔断多回直流之间的耦合，减少发生同时换相失败概率。首先，对多馈入系统进行N-1故障扫描，找出三永交流故障能够引起多回直流发生同时换相失败的线路集合，并将线路负载率较高的线路从线路集合中剔除。随后，基于局部拓展理论对系统中的节点进行自下而上的聚合，形成初始分区。在此过程中，首先给出了考虑PV节点和传统直流的电压/无功灵敏度矩阵的计算方法，随后采用节点聚合度函数和分区适应度函数分别计算节点聚合度和分区适应度。最后，综合考虑线路集合和分区短路比对分区结果进行修正，并给出了分区方案的流程。以IEEE 39节点系统为参考给出了算例，对整个分区过程进行验证。并结合某实际电网给出了分区方案。

• 电池储能参与电网一次调频的优化综合控制策略

  孟高军1， 张峰1， 赵宇2，3， 吴田2，3， 马福元2，3

  为研究电池储能系统（Battery Energy Storage System，BESS）参与电网一次调频的高效性控制策略。本文在对电力系统调频需求进行分析与储能电池荷电状态(State Of Charge,SOC)考虑的基础上，提出一种兼顾电网调频需求与储能电池SOC状态的一次调频综合控制策略，给出不同荷电状态下的控制策略下垂系数自适应优化与均衡调节控制方法，实现了储能电池参与一次调频的自适应调整与状态均衡，并基于含储能电池的区域电网调频仿真模型，分别在阶跃扰动与连续扰动下对所提控制方法进行仿真分析。结果表明，所研究控制策略在电力系统频率调节与电池SOC保持方面均具有较佳的效果。

• 退役锂电池梯次利用主动均衡方法研究

  杨扬1， 谢长君1， 朱文超2

  针对退役锂电池数量多、不一致性严重等问题，提出基于Buck-Boost电路的分组双向主动均衡结构。以荷电状态（SOC）为均衡变量，电池小组内采用基于单电感的集中式均衡拓扑结构和均值-差值均衡算法，电池小组间采用分布式均衡拓扑结构和极差法及相邻差值法结合的均衡策略，分别实现电池小组内任意单体电池间均衡和相邻电池小组间均衡。12节退役电池的静置均衡和充电均衡实验结果表明，本文提出的均衡方法能快速有效地改善退役电池组的不一致性，均衡时间分别为98 min和87 min。

• 一种混合开关电容和开关电感的新型均衡电路

  范元亮1，2， 吴涵1，2， 徐梦然3， 黄建业1，2， 林爽1， 刘冰倩1，2

  储能系统中相互串联的多个储能元件之间的容量差异，会导致整个储能系统的有效容量下降。基于开关电容的主动均衡电路可以有效应对容量差异。然而，传统开关电容均衡电路的均衡速度较慢，而串并联开关电容均衡电路则需使用较多的开关器件。针对该问题，本文提出了一种混合开关电容和开关电感的新型均衡电路，并对电路中开关电容和开关电感的工作模态进行了详细的分析。最后，搭建了新型均衡电路的样机及实验平台，验证了电路的可行性，并证明其与传统开关电容均衡电路相比具有更快的均衡速度。

• 低开关频率的五相永磁同步电机有限集模型预测电流控制算法

  张靖1， 武雪松2， 李婷婷1， 余彬2， 宋文胜2

  多相电机广泛应用于航空与船舶推进等领域，具有容错性能强、功率密度高等显著优点。本文以五相永磁同步电机(PMSM) 为研究对象，提出了一种适用于大功率应用场合的低开关频率FCS-MPCC算法。首先，深入分析了电流轨迹的变化规律，并结合电流参考值设计给定电流区域，根据电流预测值对电压矢量进行初步筛选。接着，在电流预测中引入线性外推环节，并构造了包含外推步长与开关切换次数的评价函数，然后根据评价函数选取最优电压矢量。最后，实验结果验证了所提算法能在保持快速动态性能的情况下有效降低开关频率。

• 高压变频器功率模块相变散热研究

  石华林1，2，4， 熊斌1，2， 刘作坤3， 贾媛媛3， 顾国彪1

  高压变频器功率器件的散热问题是制约设备性能、影响功率密度的关键。针对传统空冷和水冷散热方案存在的不足，本文展开蒸发冷却相变散热技术在大功率高压变频器上的应用研究。首先根据变频器功率模块的结构参数特点和热损耗计算，设计了高集成化的蒸发冷却冷板散热方案，并通过数值仿真和实验进行了验证。研究分析表明, 相变冷板散热方案相比强迫风冷方案散热能将功率模块高度集成化，大幅提高体积功率密度；相比传统水冷板方案，相变冷板均温度均匀性更好，无泵实现自循环便于运维，且流量均匀性更好，更利于功率器件的安全稳定运行，另外采用的冷却介质具有绝缘性、安全性更高。