电源学报 | 2024年第5期目录（下）【新能源系统、电力系统、无线电能传输、电池与储能、功率半导体器件、无源元件与材料...】

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作者：苗晓阳, 李冰然, 傅洪全

刊期：电源学报,2024,22(5):170-181

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.170

摘要：针对双馈感应式发电机DFIG（doubly-fed induction generator）-DC连接系统电流谐波严重、双VSI连接系统损耗大等问题,设计了1种将三相 DFIG连接到直流微电网的新型双变换器连接系统。首先,详细阐述了双变换器连接系统的拓扑结构、脉宽调制PWM（pulse-width modulation）测量和DFIG模型等工作原理。与传统连接系统不同,所提连接系统采用开放端绕组结构,在定子绕组的每一侧使用1个三桥臂整流器,这些桥臂通常由绝缘栅双极晶体管IGBT（insulated gate bipolar transistor）组成,为了减少控制开关的数量和降低成本,采用二极管替代了1个整流器中的IGBT;然后,给出了新型拓扑结构下SSC和RSC的控制策略;接着,与DFIG-DC连接系统和双VSI连接系统在电流谐波畸变、转矩脉动和半导体损耗等方面进行了仿真比较,说明所提方法优越性;最后,针对0.56 kW DFIG进行实验验证,结果表明了所提方法在损耗、谐波以及转矩脉动的优势。

作者：唐英杰, 查晓明, 田震, 李翼翔, 胡宇飞, 万子镜

刊期：电源学报,2024,22(5):182-192

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.182

摘要：随着可再生能源发电及并网技术的快速发展,以电力电子变流设备为主导的微电网受到了越来越多的关注。由于电力电子变流器的低惯量和强非线性特征,孤岛微电网在大扰动下易发生暂态失稳。考虑微电网中构网逆变器与跟网逆变器的交互作用,提出1种基于等面积法则的暂态稳定性判据和暂态稳定提升控制策略。首先,建立了孤岛微电网的简化二阶动态模型,包含依赖于功角的非线性阻尼项。然后,从能量角度分析了非线性阻尼对加减速面积的影响规律。考虑非线性阻尼的分布特性,推导出正阻尼区域内的暂态稳定性判据。根据稳定边界条件,提出1种基于电压前馈的暂态稳定性提升控制策略。最后,利用MATLAB/Simulink仿真对所提稳定性判据和改进控制策略的有效性进行了验证。结果表明,所提微电网暂态稳定性判据和改进控制策略可为电力电子变流器的参数优化设计和提高微电网稳定运行能力提供理论依据。

作者：董旭, 徐永海, 马宁, 何志轩

刊期：电源学报,2024,22(5):193-202

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.193

摘要：分布式电源DG（distributed generator）出口线路参数不一致及其出力随机扰动引起了直流微电网负荷功率分配精度下降与网侧电压波动。针对上述问题,计及DG运行暂稳态工况,提出1种基于自适应特性的双因子下垂控制策略。首先,稳态运行时考虑线路阻抗的影响并引入电压调节系数,建立双因子下垂系数稳态分量,在阻抗值未知的情况下即可实现负荷功率的精确分配,同时抬升网侧电压,减小与额定电压的差值;其次,暂态过程中考虑DG出力随机扰动的影响并引入分布一致性迭代算法,建立双因子下垂系数自由分量,可在维持DG均衡出力的情况下快速抑制功率扰动与网侧电压波动,提高系统的稳定性;最后,在PSCAD中搭建直流微电网模型,仿真结果证明了所提策略的有效性。

作者：陈丽, 周永博, 李瑞琪, 卫祥, 袁昊

刊期：电源学报,2024,22(5):203-212

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.203

摘要：随着对环境问题的日益关注,越来越多以微电网为代表的分布式能源系统出现在电力系统中,这给传统电力系统带来挑战。如数字控制系统中的延迟、弱电网中的电网阻抗变化及微电网中并联变换器之间的相互作用等会对微电网稳定运行造成不利影响。基于此,提出1种计及控制延迟和电网阻抗变化的新型微电网形成控制方法,以提升微电网应对不确定性的稳定性。该方法首先对上述问题进行建模,并提出1种延迟补偿方法,提升控制系统对电网阻抗变化的鲁棒性;然后,在控制系统中引入前馈回路,使控制系统免受微电网中并联逆变器的干扰;最后,实验结果验证了所提控制方法的有效性与优越性。

作者：崔晓, 熊宇, 柳贵东, 曾贵娥

刊期：电源学报,2024,22(5):213-219

DOI:10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.213

摘要：为确保高速铁路安全、可靠、经济运行,提出高速铁路同相供电系统供电运行能量多维控制方法。分析供电系统组成结构与供电过程,利用潮流控制器补偿该系统功率,确保系统稳定运行;结合三相不平衡程度、电压电流波形畸变等指标构建运行能量的最佳负载模型,使传输能量损失降到最低;经过对2个供电臂电流的有功与无功补偿,消除负序电流;制定铁路功率调节器控制策略,获得降压变压器变化情况,保障直流侧电压稳定;再使用比例积分控制器获取电流理想值,得出控制信号,实现供电运行能量多维控制。仿真实验证明,所提多维控制方法能提高三相电流平衡程度,达到均压稳定效果。

作者：王晖南, 王昱瑾

刊期：电源学报,2024,22(5):220-229

DOI:10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.220

摘要：提出1种适用于高渗透率可再生能源孤岛型电网中大量电动汽车EVs（electric vehicles）的频率调节方法。首先,针对系统的降阶模型设计了扰动观测器,为聚集的电动汽车产生附加频率控制信号。该降阶模型通过结合负荷、风电、光伏系统和聚集电动汽车的变化而获得,可以产生1个由扰动观测器估计的集总扰动;然后,提出1种基于Tube模型的鲁棒预测控制RMPC（robust model predictive control）方法,以提供有效的控制信号,提高聚合后电动汽车的响应能力。控制信号的产生是为了以最小的控制动作获得频率偏差误差的最小值,同时考虑各种系统运行物理约束;接着,通过稳定性分析研究了时延对通信链路的影响,获得了时延裕度;最后,通过仿真分析验证了所提方法的有效性,并验证了所提方法相对于传统MPC、模糊比例积分控制和线性二次调节器控制的优越性。

作者：常雨芳, 尹帅帅, 阎晟, 李飞, 唐杨

刊期：电源学报,2024,22(5):230-241

DOI:10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.230

摘要：针对传统的多方位无线电能传输耦合机构常采用xyz正交圆线圈结构,需要3个电源且充电区域受线圈结构限制的问题,提出1种新型多方位无线电能传输耦合机构,该机构由2组8字型线圈和1组圆形线圈组合而成,整体呈现5个不同方位的圆环状,仅需单电源供电。对基于S-S型发射端拓扑进行了改进,通过对电路的操控改变线圈磁场分布,实现了线圈的内、外部电能传输,拓宽了充电区域。基于线圈结构,建立了该耦合机构的数学模型,推导出任意空间位置的互感和效率计算式。通过仿真和试验确定了该耦合机构的最佳工作区域。

作者：张嘉蕾, 王超宇, 樊郭宇, 李悦, 吕高

刊期：电源学报,2024,22(5):242-250

DOI:10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.242

摘要：随着锂电池在工业及生活中的广泛应用,锂电池组均衡充电策略的高效性及快速性也变得愈发重要,因此构建单体电池与电池模块间CPC（cell-to-pack-to-cell）的均衡充电系统,以解决锂电池组快速均衡充电问题。首先,对均衡系统进行模块化处理,建立模块内和模块间的均衡电路;然后,提出1种用于均衡充电的最优化策略,对所提策略模型进行分层求解,顶层通过二分法来计算充电时间,底层通过梯度下降法来优化充电电流;最后,通过与非模块化均衡充电策略下的充电时间、均衡时间、单体电池端电压及均衡器承担电压进行仿真对比,验证了所提策略的可行性和有效性。

作者：高彬桓, 胡勇, 刘爱忠, 刘俊, 刘宇涵, 阚加荣

刊期：电源学报,2024,22(5):251-259

DOI:10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.251

摘要：针对开关电感的锂离子电池均衡器在小功率便携式用电设备中仍有很强的实用价值,但传统控制策略控制的均衡器中开关管为硬开关的问题,提出1种基于开关电感锂电池均衡器电流连续运行模式下的软开关实现算法。分析均衡器电感电流电池单体充、放电电流大小的决定因素,由此提出均衡器中开关管的软开关实现算法并分析了该算法的控制精度。通过检测电池单体的电压与充电电流的变化率可实时得到电池单体的等效阻抗与开路电压,进一步保证了算法的精度。实验结果表明,所提软开关控制算法性能良好。

作者：唐鹏, 李红伟, 刘彤, 甘昌坤, 张力丹

刊期：电源学报,2024,22(5):260-268

DOI:10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.260

摘要：虚拟直流电机控制在平抑直流微电网的功率波动、提升直流母线电压稳定性等方面已经得到广泛的应用。由于微电网中分布式电源的随机性和不确定性以及微网中负荷的投切都会使得直流侧母线电压出现较大的波动,为了提高母线电压的调节能力,利用可控负荷的调节能力,结合负载变换器的虚拟电机控制,提出了1种虚拟直流电机与可控负荷协调的虚拟储能控制策略。通过调节虚拟电机的角速度实现对可控负荷消耗功率的调节,进而补偿母线功率波动,提高母线电压的稳定性。建立了虚拟直流电机旋转动能与直流电容充放电能量关系,通过MATLAB/Simulink搭建仿真模型,验证了该控制策略的有效性。

作者：张帅涛, 蒋品群, 宋树祥, 夏海英

刊期：电源学报,2024,22(5):269-277

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.269

摘要：为提高锂电池荷电状态SOC（state-of-charge）预测精度,提出1种基于注意力机制和卷积神经网络-长短时记忆CNN-LSTM（convolution neural network-long short-term memory）融合模型的锂电池荷电状态预测方法。该模型采用一维CNN和LSTM神经网络学习得到SOC与锂电池放电数据的非线性关系,以及SOC序列存在的长期依赖性。同时,该模型采用“多对一”的结构,将当前时刻的锂电池SOC与多个历史时刻的放电数据建立映射关系,并通过注意力机制关注到对当前时刻SOC影响较大的历史放电数据,进一步提升SOC的预测准确度。动态工况下的锂电池SOC预测实验表明,该方法在不同温度条件下的平均预测误差为0.89%,与SVM、GRU和XGBoost相比,分别降低了81.2%、66.7%和56.5%,且优于未融合注意力机制的LSTM和CNN-LSTM,具有较高的预测精度和应用价值。

作者：张凯飞, 张金龙, 吕满平

刊期：电源学报,2024,22(5):278-285

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.278

摘要：锂离子电池已被广泛应用于储能系统与电动汽车中,精确地估算锂离子电池健康状态SOH（state-of-health）是保证系统安全可靠运行的必要条件。从容量的角度分析SOH,在恒流-恒压CC-CV（constant current-constant voltage）充电电压和温度曲线中提取了7个健康特征HI（health indicator）作为输入,基于数据驱动法提出了麻雀搜索算法-反向传播神经网络SSA-BPNN（sparrow search algorithm-back propagation neural network）的锂离子电池SOH估算方法,并应用数据增强进一步提高模型的鲁棒性,最终在NASA锂离子电池随机使用数据集上进行验证。通过与未采取数据增强的传统BP神经网络相比,获得SOH估算精度有明显提升,测试集SOH估算的最大绝对误差和均方根误差分别小于3%和1.32%,实验结果表明该方法兼顾误差小,收敛快,全局搜索能力且能够适应电池老化差异特性。

作者：石海鹏, 刁凤新, 袁浩, 丁洋, 王秀丰, 周静

刊期：电源学报,2024,22(5):286-293

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.286

摘要：能源结构调整是我国21世纪能源发展的重要问题,其中发展可再生新能源是优化能源结构,减少环境污染的重要手段。当今,锂电池依然是实现可再生能源可逆存储的主要器件。锂电池的电化学性能常受不同温度、机械应力及湿度等外界特殊环境的影响,导致电池组件出现损坏、容量衰减或短路爆炸、热失控等问题。系统分析了特殊环境下锂电池的失效机理;归纳了改善锂电池特殊环境下电化学性能和安全性能的主要方法;总结了特殊环境下锂电池仍亟需研究解决的问题,为锂电池的失效机理研究、特殊环境锂电池的研发与应用提供思路。

作者：黄姣英, 李昌林, 王琪, 高成

刊期：电源学报,2024,22(5):294-299

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.294

摘要：随着工业需求的发展,对功率晶体管的可靠性提出了更高的要求。器件结温的实时测量因能够起到保证器件正常工作的作用而至关重要。通过对开通延迟时间在线测量方法的研究,设计测量电路测量不同结温下的开通延迟时间,建立二者关系;测量实际工况下的开通延迟时间,反推出器件结温,实现器件结温的在线测量。与红外测温枪测量结果进行对比,结果相近。所提基于开通延迟时间的MOSFET结温的在线测量方法,为今后结温的在线测量提供了新思路。

作者：李庆辉, 潘三博

刊期：电源学报,2024,22(5):300-308

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.300

摘要：针对传统驱动中SiC MOSFET在高开关频率下其寄生参数造成的桥臂串扰更加严重,而现有抑制串扰驱动电路多以增加开关损耗、增长开关延时和增加控制复杂度为代价的问题,根据降低串扰产生过程中驱动回路阻抗的思路,提出1种在栅源极间增加PNP三极管串联二极管和电容的新型有源米勒钳位门极驱动设计,分析其工作原理,并对改进驱动电路并联电容参数进行计算设计;搭建直流母线电压为300 V的同步Buck变换器双脉冲测试实验平台,分别与传统串扰抑制电路、典型串扰抑制电路的正负向串扰电压尖峰抑制效果和开通关断速度进行对比分析。实验结果表明,所提串扰抑制驱动电路正负向电压尖峰分别比传统和典型串扰抑制电路降低了80%和40%,同时减少了32%的器件开关延时。

Hybrid Simulation Analysis of Novel Traction Transformer under DC Bias Excitation

作者：张军, 路小月, 熊洁, 鲁玲, 李晖, 李渝

刊期：电源学报,2024,22(5):319-324

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.319

摘要：由于传统星载行波管放大器设计完成后仅有连续波或者脉冲1种工作模式,且饱和工作点输出功率固定,因此提出1种新的兼容连续波和脉冲多种工作模式的空间行波管电源设计方法。通过此方法设计完成的行波管电源与多模式行波管集成多工作模式行波管放大器,具备连续波工作模式、低重频脉冲工作模式和高重频脉冲工作模式及在轨功率可调节功能;能够应用于通信、导航、数传及遥感观测卫星,使在轨可重构载荷成为可能。通过仿真测试,多模式空间行波管电源效率达到94%,重频范围覆盖连续波到10 kHz,输出功率在47~53 dBm范围内可调节。

作者：杨海军, 卢增艺

刊期：电源学报,2024,22(5):325-330

DOI: 10.13234/j.issn.2095-2805.2024.5.325

摘要：随着环保、节能意识不断深入人心,对新能源电动汽车及其车载充电机的要求越来越高。磁性元件作为车载充电机中一类重要的元器件,也相应获得越来越广泛的关注与研究。针对车载充电机抗电磁干扰滤波电路中三相四线制差共模电感的集成进行理论分析和研究。基于电源应用背景、差共模电感集成原理及业界和学术界已有集成方案的对比分析,提出1种采用“准十字”差模磁支路的三相四线制差共模集成电感,通过对集成电感单体的磁场特性分析、偏磁情况下的电气性能研究及上机测试,验证了所提集成方案的有效性,可显著减小三相不平衡电流情况下差模磁支路的偏磁问题并有效帮助电源改善抗电磁干扰性能。