电工电能新技术杂志

电工电能新技术杂志2022年第8期

• 用于电网末端低电压治理的低压交直流切换供电系统设计与分析

  雷二涛1， 黄华2， 金莉1， 马凯1， 马明1， 赖振宏2， 易皓2

  随着农村配电网用电需求的增大，线路末端容易发生较大的电压降落，造成随负荷变化周期出现的低电压问题，影响偏远地区居民的正常用电，且传统的改造方式成本较大，为此，从经济性角度出发，本文拟用原有配电线路构建直流供电路径，通过模块化变流器组和开关网络的配合，形成低压配电网的交直流切换供电系统，实现在末端电压满足要求的轻载情况下采用交流配电方式，从而减少不必要的损耗，提高供电效率；在末端出现电压偏低问题的重载情况下切换至直流配电方式，通过电力电子变换装置提高末端用户的电压合格率。该方案设计了满足切换要求的开关网络逻辑时序，依靠检测切换过程中线路相关电气量的变化规律调整两侧距离较长的开关网络和变流器组的运行状态，从而避免了远距离通信交互。仿真和实验结果验证了该方案的可行性。

• 单向推挽式直流自耦变压器拓扑及其控制策略

  胡隽璇1， 曾智桢1， 韩鸣宇2， 刘峪涵1， 汪星耀1， 周友维1， 左文平2

  基于推挽式直流自耦变压器(PPDAT)，本文提出了一种新型单向直流变压器，根据功率传输方向，可划分为升压型PPDAT(UU-PPDAT)与降压型PPDAT(DU-PPDAT)两类单向直流自耦变压器拓扑。首先，介绍了UU-PPDAT与DU-PPDAT的拓扑与工作原理，两类拓扑中都包含桥臂(串联半桥子模块)、四绕组变压器与全波整流电路。基于四绕组变压器的特定属性与桥臂输出电压控制，UU-PPDAT与DU-PPDAT能够实现对各绕组两端电压的精准控制，进而控制全波整流电路对电容的充电功率，维持互联直流系统间功率的正常传输。其次，设计了适用于UU-PPDAT与DU-PPDAT的通用型控制策略，基于功率传输要求得到桥臂输出电压交流分量，结合桥臂输出电压直流分量与阀级控制，得到桥臂中串联子模块开关信号。最后，基于 PSCAD/EMTDC 仿真验证了单向PPDAT拓扑及其控制策略的可行性与有效性。

• 双有源全桥直流变换器脉宽加移相调制优化策略

  孙路成， 刘春喜， 程福临， 邵翔宇

  针对双有源全桥（DAB）直流变换器传统移相调制方法存在电压不匹配、轻载时峰值电流大、部分开关管失去零电压开通（ZVS）特性的问题，本文采用了一种低压侧方波加高压侧脉宽调制的调制方法。利用划分的8种工作模式推导变换器传输功率、峰值电流以及软开关范围表达式，通过与单移相以及拓展移相调制的对比，验证所采用调制策略扩展了电压不匹配时的ZVS区间、减小了开关损耗与峰值电流，同时调制也相对简单。为了进一步优化变换器性能，提出了改善DAB峰值电流特性的优化调制策略。实验结果验证了所提调制优化策略的有效性，表明该调制策略相较于传统移相调制峰值电流从15.1 A降低到9.6 A，变换器效率提高了3.42%，有效地提高了变换器的性能。

• 基于分数阶模型的直流降压变换器自抗扰控制

  张杰， 李娟， 王书旺， 崔荣华， 李生权

  针对直流降压变换器中电感和电容的分数阶特性，本文提出了一种基于分数阶模型的分数阶自抗扰控制方法。首先，采用状态空间法构建Buck变换器的分数阶模型，并利用绝对误差积分准则验证建模方法的准确性。其次，在分数阶模型的基础上，设计了分数阶扩张状态观测器对扰动进行估计和补偿，并提出了分数阶自抗扰控制器，然后给出了闭环系统的稳定性证明。最后，通过对两类功率不同的Buck变换器进行仿真和实验，验证了所提方法具有良好的电压跟踪性能与噪声抑制效果。

• 动态无线电能传输系统多目标粒子群优化方法

  李阳， 黄悦蓬， 刘雪莉， 石少博， 徐睿， 寇苏雅

  针对动态无线电能传输中互感波动导致功率和效率下降问题，本文提出了一种多参数、多目标优化控制方法，相较于单一目标优化方法，该方法实现了传输功率和线圈传输效率同步优化。首先，基于导轨式无线电能传输系统模型从原理上分析影响传输性能参数，建立了多目标优化数学模型；其次，传统多目标优化方法由于求解速度过慢导致无法适应频繁变化的动态工况，因此本文将该方法与粒子群算法结合，提升了优化方法的响应速度；最后搭建了仿真模型和实验样机对理论分析进行了验证，结果显示在10 μH/s互感变化率下运动10 s后系统仍可以保持额定功率工作，且传输效率可以保持90%以上。

• IGBT功率模块封装失效机理及监测方法综述

  尹志豪1，2， 余典儒1，2， 朱家峰3， 沈耀春4， 徐菊1，2

  IGBT功率模块对于绿色电能的使用具有重大意义，IGBT功率模块封装结构是保证其正常工作的重要组成。本文从IGBT功率模块两种主要的封装方式——焊接型和压接型的结构入手，阐述了不同封装结构可能存在的不同失效机理。对比了两种封装模块的性能，包括焊接型模块的散热能力、可靠性、串并联能力、制造费用和功率密度等性能以及压接封装中的直接压接和弹性压接模块的性能。在模块性能监测参数方面，介绍了相关参数的监测电路，阐述了一些常见的监测参数以及目前存在的失效耦合机理不清和单一参数难以监测等问题，对其监测方法进行了叙述，并对比了焊接型和压接型模块在封装性能监测中的异同。对一些新的封装方式和监测方式进行了简述，最后展望了目前IGBT功率模块封装失效机理和监测的研究方向、发展方向。

• 基于特征发射光谱的SF6电晕放电检测

  汤贝贝1，2， 韩冬1，2， 李彦飞1，2， 张国强1，2

  局部放电检测是气体绝缘电气设备状态诊断与评估的重要方法。本文采用针-板电极模拟电晕放电缺陷，用光学法检测SF6气体放电的发射光谱，确定了SF6电晕放电的特征发射光谱，主要集中309 nm附近及420~510 nm波段，前者由微水中电离的OH从激发态A2Σ(ν′=0)发光淬灭到基态X2Π(ν″=0)形成，后一谱段是六氟化硫（SF6）及硫的低氟化物（SF6-x）组成的分子光谱。基于前期检测结果对光学透镜和滤光片进行进一步选型，初步采用A、B、C三种滤光片，搭建了一种基于发射光谱原理的窄带滤光法光电倍增管检测系统，并利用该系统对电晕放电产生的光信号进行检测。实验结果与基于脉冲电流法的多通道数字式局部放电综合分析仪测量结果对比，与脉冲电流法检测结果相当。光学检测法是一种原位、实时、抗电磁干扰强的检测方法，本方法能为局部放电的实时监测提供可供参考的方案。

• 基于频域反射系数谱的电缆故障定位与故障类型识别方法研究

  梁钟颖， 周凯， 孟鹏飞， 饶显杰， 李蓉， 王昱皓

  频域反射法(FDR)是目前对电缆接地故障诊断较为有效的方法之一。针对输入阻抗谱法识别电缆接地故障在下限频率较高时容易出现误判的问题，本文提出了一种新的基于反射系数谱法的电缆故障定位与故障类型识别方法。首先对接地故障的定位与识别原理进行了分析，基于此对FDR测试频率下限引起的相位误差进行了修正。将布莱克曼自卷积窗的快速傅里叶变换插值算法用于反射系数谱法，同时引入恢复系数对窗函数造成的幅值误差进行修正。建立了不同类型电缆故障仿真模型验证算法的可行性，同时在实验室的40 m同轴电缆与500 m交联聚乙烯电力电缆上对提出算法的准确性进行检验。结果表明：本文所提方法可以准确定位电缆故障，定位误差为0.14%，并有效识别过渡电阻在0~40Z0 及开路故障。相较于输入阻抗谱识别法，本研究所提出的反射系数谱识别法更具有普适性，对电缆接地故障定位识别有重要参考意义。