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    1. 基于组合赋权和改进灰色关联分析的配电网可靠性影响因素研究
    王梦帆, 郑建勇, 梅飞
    电气工程学报    2022, 17 (1): 41-48.   DOI: 10.11985/2022.01.006
    摘要373)   HTML7)    PDF(pc) (264KB)(40)    收藏

    为了对配电网可靠性进行准确、快速评估,为合理选择可靠性提升措施提供依据,构建了基于组合赋权和改进灰色关联分析的可靠性评估及其影响因素分析模型。首先,采用G1-CRITIC法(Order relation analysis method-criteria importance though intercrieria correlation,G1-CRITIC)并结合基于最小二乘的组合赋权模型进行合理赋权,确定可靠性综合评价指标。其次,选取关键因素构建可靠性影响因素指标体系。然后,引入动态分辨系数增强数据差异性以弥补传统灰色关联分析的不足,并结合理想解法(Technique for order preference by similarity to an ideal solution,TOPSIS)思想,计算各影响因素相对于可靠性综合评价指标的综合灰色关联度并排序,作为可靠性提升措施参考依据。最后,通过实际算例验证所提方法的有效性。

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    2. 柔性多状态开关的改进协调控制策略*
    周飞杨, 王楚扬, 张犁, 林金娇, 孔祥平, 郑俊超
    电气工程学报    2022, 17 (1): 49-55.   DOI: 10.11985/2022.01.007
    摘要367)   HTML10)    PDF(pc) (323KB)(43)    收藏

    在分布式新能源技术的快速发展下,柔性多状态开关(Soft open point,SOP)的各端口协调控制对配电网的稳定运行至关重要。当SOP采用主从控制时,只有定直流电压控制的主换流器进行功率平衡。然而,当系统出现较大的功率波动时,有主换流器功率超调和直流侧电压越限的问题出现。为了防止只有单个换流站进行功率调节而影响系统的稳定运行,提出一种改进型协调控制策略。利用直流电压波动值与系统中不平衡功率的正相关性,在定功率外环控制器引入直流电压变化跟随器,动态调整从换流器的功率指令值,进而使从换流器在功率波动时也参与功率调节。该策略使多个换流器同时参与功率调节,且SOP可以在不同控制模式中平滑切换。最后,搭建了三端SOP的PLECS仿真模型,验证了改进协调控制策略的正确性和有效性。

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    3. 一种分数槽永磁同步电机的转矩计算方法*
    罗晓祎, 张凤阁
    电气工程学报    2021, 16 (3): 1-8.   DOI: 10.11985/2021.03.001
    摘要204)   HTML82)    PDF(pc) (6451KB)(154)    收藏

    为准确计算分数槽永磁同步电机的转矩,建立了一个新的分数槽永磁同步电机的数学模型。通过分析电机的空载反电动势和定子磁链,同时考虑了磁链谐波和d-q轴之间的交叉互感,然后计算出电机的永磁转矩、永磁转矩脉动及磁阻转矩、磁阻转矩脉动,并揭示了转矩脉动产生的机理:永磁转矩脉动主要是6k次谐波,其中永磁转矩脉动中占比最大的为转子磁链与永磁体作用产生的12次谐波转矩。磁阻转矩脉动主要是由定子绕组在d-q轴的6k次自感谐波和交叉互感谐波产生的谐波转矩,其中磁阻转矩脉动中占比最大的为6次d-q轴互感产生的6次谐波转矩。不论是永磁转矩还是磁阻转矩,占比最大的都是由q轴电流产生的谐波转矩。最后验证了模型的正确性。

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    4. 一种具有大降压比的新型DC-DC变换器*
    万文轩, 刘纲, 尹力, 傅萌
    电气工程学报    2021, 16 (3): 33-39.   DOI: 10.11985/2021.03.005
    摘要187)   HTML13)    PDF(pc) (4686KB)(111)    收藏

    在一定占空比下,研究一种具有更大降压比和低开关电压应力的新型DC-DC变换器。该变换器由低侧开关型降压单元和开关电感型降压单元级联而成。其中,低侧开关型降压单元在拓扑上等同于主控开关位于低侧的Buck电路;开关电感型降压单元则由两个二极管与两个电感以X型方式连接而成。用两套低侧开关型降压单元相互堆叠以及配置两个主控开关的方式来大幅降低开关器件的电压应力。在对该变换器的工作模态与稳态特性进行分析的基础上,使用SIMPLIS对理论分析进行仿真验证。调试了一台功率为500 W的硬件样机,试验结果表明该变换器具备降压比大、开关器件电压应力低、输入电流连续的特点。

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    5. 三相供电交流电机驱动系统无电解电容控制技术综述*
    丁大尉, 王高林, 张国强, 徐殿国
    电气工程学报    2021, 16 (4): 2-11.   DOI: 10.11985/2021.04.002
    摘要186)   HTML27)    PDF(pc) (630KB)(282)    收藏

    随着永磁电机驱动控制技术的发展,系统可靠性、寿命和功率密度逐渐成为该领域关注的重点。三相供电交流电机无电解电容驱动系统具有体积小、寿命长、可靠性高的优点,是高品质电机驱动系统发展的重要方向之一。目前,交流电机无电解电容驱动系统已经在工业领域得到应用。围绕驱动系统稳定运行和机侧性能控制技术两方面,对交流电机无电解电容驱动系统的发展现状进行归纳和总结,指出现有方案的优缺点。最后,对交流电机无电解电容驱动系统目前亟需解决的难点问题和未来发展趋势进行总结和展望。

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    6. 小电容应用下的三角形联结级联H桥STATCOM建模和最优控制器设计*
    王恒宜, 汪飞
    电气工程学报    2021, 16 (3): 25-32.   DOI: 10.11985/2021.03.004
    摘要185)   HTML11)    PDF(pc) (7261KB)(66)    收藏

    三角形联结级联H桥静止同步补偿器(Static synchronous compensator, STATCOM)能够提高电网的传输效率和电能质量。H桥直流侧小电容的使用可以减少STATCOM的建造成本和占地面积。然而直流侧电容的减小造成电容电压的波动增大,导致小电容STATCOM数学模型和传统STATCOM有所不同。文章考虑了H桥直流侧小电容应用下的电容电压波动对系统模型的影响,建立了针对三角形联结级联H桥STATCOM的基于多变量系统的状态空间模型,进而提出了一种基于多变量最优控制的有限时域线性二次调节器(Linear quadratic regulator,LQR),旨在将系统内部的多个变量在所定义的性能指标函数下进行最优调节,该方法相较传统的级联PI(D)控制器系统,具有通用性好、便于处理内部变量耦合问题等特点。最后,通过仿真对所建模的三角形联结级联H桥STATCOM系统和有限时域LQR控制器进行了验证。

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    7. 虚拟同步发电机的参数自适应控制策略研究*
    耿昊翔, 王维俊, 唐帅, 张国平, 米红菊
    电气工程学报    2021, 16 (3): 17-24.   DOI: 10.11985/2021.03.003
    摘要172)   HTML13)    PDF(pc) (4888KB)(96)    收藏

    虚拟同步发电机(Virtual synchronous generator, VSG)通过引入转动惯量(J)与阻尼系数(Dp)模拟同步发电机的机电特性,有效地提高了分布式电源接入电网的稳定性。由于VSG中的JDp可以动态调节,通过对VSG进行小信号模型分析,分析了JDp对系统动态性能的影响。根据功角特性曲线分析了振荡周期中JDp的整定原则,提出了一种参数自适应控制策略,建立了JDp的自适应控制函数,使VSG在功率和频率输出具有更加良好的动态性能。最后通过Matlab/Simulink搭建仿真模型进行验证,仿真结果验证了自适应控制策略的可行性。

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    8. 基于自校正模型的永磁同步电机鲁棒预测转矩控制*
    郭鑫, 颜黎明, 田顺, 杨阳
    电气工程学报    2021, 16 (3): 9-16.   DOI: 10.11985/2021.03.002
    摘要165)   HTML9)    PDF(pc) (11647KB)(133)    收藏

    在永磁同步电机有限集模型预测转矩控制中,预测模型通常是由连续状态方程直接离散化得到,此方式是一种开环式的预测模型,在参数失配状况下将引入预测误差,引起控制性能降低,甚至导致系统失稳。针对此问题,提出了一种基于自校正模型的永磁同步电机鲁棒预测转矩控制,摒弃了开环式的定子电流预测方程,引入反馈机制并提出了闭环式的定子电流预测方程。在定子磁链预测方程中,融合了电压模型和电流模型,两者的切换由比例积分调节器控制。此外,研究了闭环电流模型和闭环磁链模型的稳定性理论及参数设计方法。试验结果验证了所提方法的有效性。

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    9. 航空机电作动永磁同步电机自抗扰控制研究综述*
    刘春强, 骆光照, 涂文聪
    电气工程学报    2021, 16 (4): 12-24.   DOI: 10.11985/2021.04.003
    摘要155)   HTML73)    PDF(pc) (559KB)(161)    收藏

    永磁同步电机(Permanent magnet synchronous motor, PMSM)构成的机电作动系统在航空装备中具有广泛的应用,PMSM的转矩响应、稳态定位精度等指标直接影响着航空装备的性能。然而航空机电作动中存在电机本体参数摄动、载荷波动等扰动,为抑制扰动对驱动系统动静态指标的影响,PMSM自抗扰控制成为研究热点。以航空机电作动系统为背景,梳理机电作动中存在的多源扰动,对近年来自抗扰控制在PMSM高性能伺服中的研究成果进行总结,综述强抗扰反馈控制律、电流环抗扰控制策略、速度及位置环扰动观测器的研究现状。最后,归纳航空领域机电作动面临的研究难点及挑战,并对PMSM自抗扰控制的发展趋势进行展望。

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    10. 考虑随机影响因素的电网饱和负荷概率预测方法
    荆林国, 荆仲毅, 张韶晶, 张韶颖
    电气工程学报    2021, 16 (3): 99-105.   DOI: 10.11985/2021.03.014
    摘要153)   HTML9)    PDF(pc) (5812KB)(62)    收藏

    为有效解决当前电网负荷预测相关研究成果精确性待优化等问题,提出基于粒子群算法的电网饱和负荷概率预测方法。综合考虑电网饱和负荷影响因素,利用K均值聚类法对供电区域进行划分,以划分结果为依据,引入高斯过程回归模型和粒子群算法,利用滚动预测的方式获取电量剩余历史信息数据预测值,同时通过粒子群法对优化问题进行求解,获得最优的超参数,结合电网饱和判据与饱和负荷的随机影响因素规划数值,构建电网饱和负荷的概率预测模型。通过试验对所提方法进行测试,结果表明,该方法非标准拟合指数和比较拟合指数均较高,融合饱和判据程度强,具有可靠性。

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    11. 变流器交流电流直流成分抑制策略与设计*
    俞斌, 谢民, 高博, 孙辉, 丁津津, 张峰, 王鹏, 肖华锋
    电气工程学报    2021, 16 (3): 47-53.   DOI: 10.11985/2021.03.007
    摘要137)   HTML7)    PDF(pc) (6865KB)(46)    收藏

    非隔离并网逆变器由于具有变换效率高、重量轻、成本低等突出优势,在分布式并网中被广泛应用,但也存在向电网注入直流电流成分的风险。为了消除这个直流成分,有学者提出“虚拟电容”方法,在不增加硬件电路的情况下通过控制算法的方式在逆变器的交流侧等效串联一个电容,起到隔离直流电流的作用。然而,现有虚拟电容法控制器参数的选择没有兼顾进网电流控制器的稳定性和动态性能。为此,提出一种比例谐振控制器和虚拟电容(Proportional resonant controller and virtual capacitor, PR+C)控制器参数优化方法,旨在权衡直流成分抑制速度和进网电流跟踪效果。所提方法中的评价指标简单明了,可为逆变器的控制器参数整定提供指导。

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    12. 多类型元件混合直流电网机电暂态建模仿真*
    徐攀腾, 朱博, 喻文翔, 宋述波, 李建勋, 樊友平
    电气工程学报    2021, 16 (3): 54-61.   DOI: 10.11985/2021.03.008
    摘要133)   HTML10)    PDF(pc) (6091KB)(50)    收藏

    由电网换相换流器(Line commutated converter, LCC)与电压源型换流器(Voltage source converter, VSC)构成的混合直流电网有望成为未来直流网络中一种新的表现形式,针对混合直流电网中的各类型组成元件,提出了一种较为全面的混合直流电网机电暂态建模方法。首先分析了混合直流电网中的组成元件,并建立了各组成元件的机电暂态模型;随后分析了各类型换流器的控制系统模型;最终将所建立的机电暂态模型应用在四端混合直流电网算例仿真中,将3种工况下的机电暂态与电磁暂态仿真结果进行对比分析,验证了所提出的混合直流电网机电暂态建模方法的可行性。

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    13. 基于WSN的输电线路状态监测与数据采集跨层优化方法*
    宰红斌, 刘建国, 唐保国, 马建国, 上官明霞, 单荣荣
    电气工程学报    2021, 16 (3): 161-169.   DOI: 10.11985/2021.03.022
    摘要130)   HTML9)    PDF(pc) (6347KB)(60)    收藏

    针对高压输电线路状态监测的电晕噪声干扰、实时性低以及数据采集可靠性较低等服务质量问题,提出了一种基于无线传感器网络(Wireless sensor network, WSN)的跨层优化方法。首先根据输电线路容易产生电晕噪声的实际情况,设计了系统通信模型,并深入分析可靠性和延迟,在最大可靠性约束下,需要控制传输延迟以满足给定的时间限制。其次将寻找最佳传感器节点数的问题化为混合整数非线性规划,并通过链路自适应直接搜索(Link adaptive direct search, LADS)算法进行求解,以获得最优链路。最后利用基于量子蚁群的WSN路由算法,有效地实现最佳路由路径的全局寻优。仿真结果表明,所提方法相比于其他传统算法具有更低的传输延迟,并能够有效提升数据传输的可靠性,满足高压输电线路状态全方位监测的应用需求。

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    14. 基于LSTM和CatBoost组合模型的短期负荷预测
    党存禄, 杨海兰, 武文成
    电气工程学报    2021, 16 (3): 62-69.   DOI: 10.11985/2021.03.009
    摘要129)   HTML9)    PDF(pc) (5705KB)(49)    收藏

    针对现有的电力系统短期负荷预测方法存在预测精度较差的问题,提出一种基于长短期记忆神经网络(Long short term memory,LSTM)和CatBoost组合的短期负荷预测方法,针对电力负荷数据具有时序性和非线性的特点,以及长短期记忆网络不能直接处理类别型特征,对处理后的电力负荷数据建立LSTM负荷预测模型和CatBoost负荷预测模型;用方差倒数法确定加权系数,得到LSTM和CatBoost组合模型的预测值;最后使用实际负荷数据对算法有效性进行验证,预测结果表明采用LSTM和CatBoost组合模型的方法在负荷预测精度上有显著的提高。

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    15. 一种级联Boost和Luo变换器的新型组合式单开关变换器*
    刘小荻, 岳舟, 姚绍华, 杨佳霖
    电气工程学报    2022, 17 (1): 156-163.   DOI: 10.11985/2022.01.020
    摘要124)   HTML5)    PDF(pc) (411KB)(36)    收藏

    高增益DC-DC变换器正越来越多地应用于太阳能光伏或其他可再生能源发电系统。良好的稳态和动态性能以及更高的效率是为上述应用选取变换器的先决条件。为此设计并实现一种级联Boost和Luo变换器的新型组合式单开关升压DC-DC变换器。首先,详细阐述该新型组合式变换器的拓扑结构与工作原理;然后,将所提变换器与其他类似变换器在各种性能参数上进行比较;最后,采用Matlab建立系统仿真模型,仿真结果验证了理论分析的正确性。所提变换器只使用一个功率开关,具有连续的输入电流,同时能够降低开关器件间的电压和电流应力,并且在较低的占空比下可以获得较高的电压增益。输入电流连续是DC-DC变换器的一个理想特性,所提变换器适合太阳能光伏应用等场合。

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    16. 用户侧储能参与需求响应的多时间尺度优化调度策略研究
    王建波, 王春亮, 魏强, 周保中, 张继广, 朱烨扬, 范紫微
    电气工程学报    2021, 16 (3): 115-122.   DOI: 10.11985/2021.03.016
    摘要119)   HTML3)    PDF(pc) (5284KB)(91)    收藏

    为解决用户侧储能参与需求响应时的调度功率波动问题,提出了一种基于模型预测控制的日前-实时多时间尺度优化调度方案。日前调度计划考虑了分时电价、需求响应补贴收益以及储能电池损耗成本,以用户购电费用最小为目标建立调度模型。为解决负荷预测偏差对调度结果带来的影响,实时调度计划以日前调度计划结果为基准,基于模型预测控制方法建立了以用户实时净负荷功率与日前净负荷功率偏差最小为目标的调度模型以跟踪日前调度计划。最后通过算例仿真验证了所提调度方案的可行性和有效性。

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    17. 基于能量比与FLS的UHVDC输电线路故障处理方法*
    汪玉, 汤汉松, 李远松, 汪勋婷, 何开元, 张峰
    电气工程学报    2021, 16 (3): 77-84.   DOI: 10.11985/2021.03.011
    摘要118)   HTML5)    PDF(pc) (5149KB)(43)    收藏

    针对特高压直流输电(Ultra-high voltage direct current,UHVDC)线路中故障区段识别范围广且分类准确率较低的问题,提出了基于能量比优化与模糊逻辑系统(Fuzzy logic system,FLS)的UHVDC输电线路故障区段识别与分类方法。利用全电流代替低频分量优化故障信号的能量比,并将故障区段能量比变化特性用于故障特征提取。将获得的故障特征作为提出的三个FLS模块的输入,该模块分别实现交直流段的故障检测、故障区段的识别以及故障极点的识别与分类。利用Matlab平台搭建线路模型验证所提方法在故障距离、功率角、直流偏置等影响因素下的性能。试验结果表明所提方法的故障检测识别时间短且准确率高。

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    18. 基于分层优化的电动汽车有序充电策略*
    冯仕杰, 刘韬, 潘萨, 陈正浩, 王青
    电气工程学报    2021, 16 (3): 137-144.   DOI: 10.11985/2021.03.019
    摘要114)   HTML7)    PDF(pc) (5978KB)(55)    收藏

    针对电动汽车集中式充电优化方式计算量大、通信要求高的问题,提出一种基于分层优化的电动汽车有序充电策略。以用户充电费用最少、配电网负荷方差最小为目标建立了电动汽车双层充电优化模型;针对粒子群算法收敛精度差、易陷入局部最优的问题,利用Tent混沌映射初始化粒子种群,引入动态权重更改粒子速度的更新方式,加入Levy飞行策略扰动粒子种群;运用改进的粒子群算法优化电动汽车的充电起始时间。结合算例,分析了不同用户响应度、不同充电数量对优化结果的影响,验证了所提策略的有效性。

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    19. 接触网中验电位置对电容型验电器灵敏度的影响研究*
    刘家军, 高浩博, 韩思丹
    电气工程学报    2021, 16 (3): 177-183.   DOI: 10.11985/2021.03.024
    摘要108)   HTML2)    PDF(pc) (10931KB)(22)    收藏

    针对接触网检修作业中出现的验电器无法准确验电的现象,以GSY-II型27.5 kV电容型验电器为例,分析了其工作原理,通过仿真计算比较接触网中不同位置验电器的电容电流值和最小启动电流值,分析验电位置对验电器灵敏度的影响,最后通过现场试验验证了仿真结果,对现场检修作业具有指导作用,可有效保障检修人员的人身安全。

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    20. 四象限运行磁通切换永磁直线电机的MRAS无位置传感器控制*
    程明, 王飒飒, 王伟
    电气工程学报    2021, 16 (4): 25-32.   DOI: 10.11985/2021.04.004
    摘要107)   HTML38)    PDF(pc) (3755KB)(49)    收藏

    模块化磁通切换永磁直线电机(Liner flux-switching permanent magnet machines, LFSPM)的电枢绕组和永磁体均放置在初级短动子,次级长定子仅由导磁铁心组成,适合用于电梯等长距离轨道运输系统中。在电梯驱动系统中,上行时主要为电动运行,下行时在自重作用下常处于发电甚至制动运行,运行模式的交替变化给无位置传感器控制带来挑战。为此,基于LFSPM电机d-q轴数学模型,建立了LFSPM电机基于模型参考自适应法(Model reference adaptive system, MRAS)的无位置传感器控制系统,根据运行工况设计了混合控制策略。电梯上行时采用id=0控制,下行处于轻载制动发电状态,电压电流信号中基波含量占比小,进行增磁控制,利用id调节电压电流信号中基波占比来满足速度辨识的要求,实现LFSPM电机四象限无位置传感器控制。分析该无位置传感器控制系统的角位置估算误差原因,提出电流补偿方法。样机试验结果验证了所提混合控制策略的有效性。

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    21. 基于模型预测控制算法的永磁同步电机弱磁控制新策略
    罗宇, 李政, 桂永麟, 柯栋梁, 潘先喜, 但志敏, 汪凤翔
    电气工程学报    2021, 16 (4): 68-77.   DOI: 10.11985/2021.04.009
    摘要106)   HTML32)    PDF(pc) (4144KB)(76)    收藏

    针对内嵌式永磁同步电机高速弱磁区域的电压极限椭圆约束及电流参数整定问题,提出一种基于有限集预测电流控制方法和实时电压反馈的混合弱磁控制策略。首先,采用有限集预测电流控制方法在最大转矩电流比和弱磁区域中进行转矩、转速、电流和角度的标定,解决传统复杂电流参数整定问题,提升标定数据的可靠性;其次,在预测电流采样控制方法基础上,结合实时电压反馈,设计弱磁区域的混合弱磁控制策略,避免电流环参数整定的同时,解决电压极限椭圆约束问题和实现高速运行。最后,通过仿真和试验验证了方法的有效性。

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    22. 基于电压平衡的锂电池主动均衡电路及策略
    杜海忠, 骆滔, 宋浩谊, 曾俊, 章治国
    电气工程学报    2021, 16 (3): 145-151.   DOI: 10.11985/2021.03.020
    摘要105)   HTML4)    PDF(pc) (5713KB)(73)    收藏

    锂离子电池组一般通过多个单体电芯串并联连接成组以满足不同的电压等级和容量应用需求,由于单体电池本身的不一致性或外部环境差异,在电池组使用过程中会出现单体电池过充或过放的情况,一定程度上限制了电池组整体性能。针对传统均衡策略需要精确测量锂电池电压的问题,提出一种基于电压平衡的锂电池组均衡电路及策略,该均衡策略通过电压差放大电路对相邻单体电池或相邻电池组间电压差进行放大,通过电压差信号与基准电压来判断电量均衡方向,实现串联电池组的电量均衡。该方案无需精确测量电池电压,系统结构简单,易于模块化设计,避免了使用高精度电压采样芯片,降低了均衡成本。详细阐述了电压差放大电路与均衡电路的拓扑结构、工作原理和控制策略,搭建了Matlab/Simulink仿真模型,验证了所提均衡策略的可行性。

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    23. 电动汽车高性能永磁电机转矩脉动与电磁振动抑制方法研究*
    王道涵, 彭晨, 王秀和
    电气工程学报    2021, 16 (4): 42-50.   DOI: 10.11985/2021.04.006
    摘要103)   HTML34)    PDF(pc) (2943KB)(72)    收藏

    转矩脉动和电磁振动是制约内置式永磁同步电动机在电动汽车领域应用的两项重要因素,目前工程中通常采用定子斜槽或转子磁极分段方法对其进行抑制。对定子斜槽和转子磁极分段两种方法进行了全面的分析和对比,为高性能电动汽车永磁电机尤其是内置式永磁电机的转矩脉动和电磁振动抑制提供技术参考。通过有限元模型全面对比了两种电机的齿槽转矩、反电动势、电感参数、磁阻转矩、不同供电方式下瞬态转矩等多方面电磁性能;建立了电机的耦合多物理场模型,分别计算对比了激振力、模态频率和振动加速度响应等电磁振动属性。最后,分别制作了转子磁极分段电机和斜槽电机样机,进行了全面的电机试验,并与仿真结果进行了对比验证。结果表明,转子磁极分段电机在大负载大惯量的工况下能够达到与斜槽电机相近的力能品质,且对电磁振动具有较好的抑制效果。相比斜槽电机,转子磁极分段电机有助于降低电机加工的成本与难度,受轴向长度的制约较小。

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    24. 内置式永磁同步电机的极宽调制低振噪设计*
    马琛, 吉敬华, 赵文祥, 刘童
    电气工程学报    2021, 16 (4): 33-41.   DOI: 10.11985/2021.04.005
    摘要102)   HTML43)    PDF(pc) (2720KB)(83)    收藏

    对于整数槽内置式永磁同步电机,槽数阶电磁力是零阶振动的主要来源。为实现电机的低振噪设计,采用极宽调制技术对电机转子进行修型,抑制齿数阶电磁力。首先,推导出72槽12极内置式永磁同步电机激振力的时空分布数学模型,分析72阶电磁力来源。然后,采用极宽调制技术优化72阶电磁力,并确定最终设计方案。最后,建立电机电磁-振动-噪声的多物理场仿真模型,对电机的电磁力、模态特征、振动响应和噪声辐射进行仿真分析。通过对比优化前和优化后电机的零阶振动和噪声,验证所提方法的有效性,为内置式永磁同步电机的低振噪设计提供新的方法。

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    25. 脉冲功率负荷接入下微电网的稳定性研究现状与展望*
    孟志远, 徐海亮, 刘春震
    电气工程学报    2022, 17 (1): 2-14.   DOI: 10.11985/2022.01.002
    摘要100)   HTML16)    PDF(pc) (432KB)(489)    收藏

    近年来,微电网和电力电子技术的快速发展为脉冲功率负荷提了新的应用环境和平台,脉冲功率负荷在全电化战车和船舶电力系统中得到大量应用。然而,这些脉冲负载由于其特有的运行特性,给车载微电网的稳定、安全运行带来了重大挑战,相关技术研究较为丰富。对此,聚焦脉冲功率负荷对微电网稳定性的影响,总结国内外研究情况,包括电子雷达、电磁发射与回收装置、脉冲武器等脉冲功率负荷类型,周期性扰动、强非线性负荷对母线电压和频率的影响等失稳机理,稳定性分析方法、储能技术、虚拟同步技术等应对策略。最后,对下一步脉冲功率负荷下微电网稳定性的研究方向进行分析,并对后续研究进行展望。

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    26. 位置伺服电机系统的鲁棒性模型预测控制
    温从剑, 王政, 张子越
    电气工程学报    2021, 16 (4): 59-67.   DOI: 10.11985/2021.04.008
    摘要99)   HTML35)    PDF(pc) (2589KB)(101)    收藏

    为提高永磁同步电机位置伺服系统的控制性能,提出一种鲁棒性模型预测直接转速控制(Model predictive direct speed control, MPDSC)策略。首先,介绍一种将有限集MPDSC和两矢量MPDSC相结合的混合MPDSC策略。该控制策略可以在电机稳态和动态运行过程中进行切换。然后,基于滑模控制理论设计一个参数扰动和负载观测器,用于消除电气参数和机械参数不匹配以及负载扰动带来的影响。最后,通过试验对所提控制策略的有效性进行验证。

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    27. 基于直轴电压分析的PMSM逆变器死区补偿策略
    于家文, 朱鹏程, 徐永向
    电气工程学报    2021, 16 (4): 51-58.   DOI: 10.11985/2021.04.007
    摘要96)   HTML33)    PDF(pc) (755KB)(117)    收藏

    死区效应会导致逆变器输出电压畸变,使永磁同步电机SVPWM控制的实际输出电压不等于给定的参考电压,降低控制性能。对永磁同步电机驱动系统中的逆变器死区效应进行分析和补偿,建立包含死区的逆变器输出电压数学模型,提出一种基于直轴电压分析的死区补偿策略,通过分析电压谐波在线辨识死区大小,然后根据数学模型进行前馈电压补偿。该方法无需添加硬件,且实现简单,仿真和试验表明该方法能够有效消除死区导致的电压、电流谐波。

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    28. 储能参与电网辅助调频的协调控制策略研究*
    彭鹏, 胡振恺, 李毓烜, 刘泽健, 范紫微
    电气工程学报    2021, 16 (3): 106-114.   DOI: 10.11985/2021.03.015
    摘要95)   HTML7)    PDF(pc) (6000KB)(43)    收藏

    传统的水、火电调频机组因其固有缺陷难以克服风电、光伏等间歇式新能源大规模并网引起的电网调频容量不足问题,而储能以其快速的响应特性在调频方面具有天然优势,将储能引入到电网调频中可显著改善其调频效果。因此针对储能参与电网辅助调频的控制策略展开研究,建立了储能以及含储能的区域电网调频等效模型;基于该模型,将储能的荷电状态(State of charge,SOC)考虑在内,并对电网频率偏差和储能的SOC进行分区,提出了一种储能与传统调频机组参与电网频率调节的协调控制策略;搭建仿真模型对所提控制策略进行验证。仿真结果表明,所提控制策略能够有效改善电网调频特性。

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    29. 改进禁忌搜索算法的线路规划算法优化设计
    李杰, 金超未, 帕尔哈提·克衣木, 罗瑞雪
    电气工程学报    2021, 16 (3): 130-136.   DOI: 10.11985/2021.03.018
    摘要90)   HTML4)    PDF(pc) (4879KB)(46)    收藏

    针对传统输电线路规划效率慢、成本高等问题,结合禁忌搜索算法,根据地理信息因素将规划区划分为不同的单元格,设置邻域函数进行线路搜索得到规划路径。由于输电线路信息数据规模大,算法的效率受到大幅度影响,拐点也会增多,因此对算法进行改造,采用跨越式邻域和双向搜索提高算法的效率,引入方向因子来确保线路能够合并,采用拐点处理机制来减少拐点和迂回的数量,减少了杆塔的使用。以变电站A到变电站B之间的输电线路对算法进行仿真,试验表明,改进后的算法相比之前的算法效率提高了近一倍,成本减少了大约220万元。

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    30. 喀斯特山地垭口地貌影响下直流线路复合绝缘子伞裙老化特性分析*
    赵伟, 陈荣盛, 江渺, 吴昊, 邱子针, 樊柄宏, 李黎
    电气工程学报    2021, 16 (3): 170-176.   DOI: 10.11985/2021.03.023
    摘要90)   HTML2)    PDF(pc) (8878KB)(13)    收藏

    为研究运行于喀斯特山地垭口地区直流线路复合绝缘子伞裙老化特性的特殊性,从喀斯特山地垭口及平原地区分别选取相同运行年限的绝缘子,进行伞裙憎水性、积污量和污秽成分的测试,对比分析了二者伞裙性能表现出的差异,并讨论了引起此种差异的可能影响因素。结果表明,运行于喀斯特山地垭口处的直流复合绝缘子伞裙整体老化程度偏重,这是受该地区特殊地形、气象和污秽成分等因素的共同影响造成的。垭口的强风经过伞裙会产生应力集中,使得伞裙根部出现裂纹;若酸性液体从表面及裂纹渗入,则会加速内部硅橡胶的裂解和老化;同时伞裙表面富集的碳酸盐在酸性环境下会逐渐转化为更有腐蚀性的硫酸根离子,引起伞裙表面粉化及腐蚀等现象。

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    31.
    电气工程学报    2021, 16 (4): 1-1.   DOI: 10.11985/2021.04.001
    摘要89)   HTML25)    PDF(pc) (1821KB)(68)    收藏
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    32. 基于图论及网络等值的配电网可靠性评估方法*
    徐敬友, 丁坚勇, 杨东俊, 肖彦娟, 杨洁, 涂智福
    电气工程学报    2021, 16 (3): 92-98.   DOI: 10.11985/2021.03.013
    摘要86)   HTML2)    PDF(pc) (5003KB)(45)    收藏

    能源互联网的快速发展对电网形态、结构、功能提出了新的要求。针对配电网目标网架构建,提出基于图论的配电网可靠性评估方法,为配电网的规划和建设提供参考依据。提取配电网拓扑结构采用图的邻接矩阵表示,用加权邻接矩阵的边权代表配电网馈线上元件的可靠性参数,采用搜索树的方法找出复杂结构配电网的最小路,转化为最小割集矩阵得到网络的一二阶割集;运用图论的状态空间法推导出多元件系统可靠性指标等效合并计算公式,对于含分支馈线的复杂结构配电网,采用网络等值法将分支馈线对上级馈线的影响用等效元件的可靠性指标反映,通过网络等值有效降低配电网网架的空间复杂度,简化计算过程,具有良好的实际应用价值。最后在RBTS母线6系统的主馈线上验证了将图论和网络等值运用在配电网可靠性评估中的有效性。

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    33. 基于二进制位缺失标识与改进D-S证据理论的数据融合技术研究*
    方燕琼, 唐升卫, 顾博川, 代仕勇, 叶向前
    电气工程学报    2021, 16 (3): 184-191.   DOI: 10.11985/2021.03.025
    摘要84)   HTML2)    PDF(pc) (6230KB)(33)    收藏

    近年来电网公司大力推进生产域信息化,目前已经建设并推广了一批信息化系统,涵盖了各专业领域,积累了大量业务数据和实时状态监测数据,但数据分散在各个系统中。如何充分挖掘海量数据潜在的价值,为电网的规划、建设、运营、改造、用户接入等提供有效的依据,是亟需解决的问题。基于此,研究了基于二进制位缺失标识的数据抽取技术,减少了50%以上的内存占用;提出了改进D-S证据理论的数据融合技术,实现高精度匹配(精度提高到85%以上),从而为优化电网生产运营模式、提升电网公司精益化管理水平提供技术支撑。

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    34. 低压开关柜运行在线监测和诊断系统设计
    王建新, 李铁军, 朱军, 杜一锦
    电气工程学报    2021, 16 (4): 189-195.   DOI: 10.11985/2021.04.024
    摘要84)   HTML36)    PDF(pc) (491KB)(44)    收藏

    针对于低压开关柜人工巡检成本高、效率低下的问题,设计一种低压开关柜运行状态与检测故障在线监测系统。该系统通过传感器获取低压开关柜的运行数据,采用云样本熵的方法对数据进行处理,获取其正常运行和故障运行的特征值,对特征值使用马氏距离算法进行计算。该方法首先通过训练样本寻找马氏距离的阈值,再通过试验样本数据计算马氏距离,马氏距离的值介于7~9,最后将该距离使其与马氏距离的阈值进行比较,进而可以实时、在线监测其运行状态。试验表明,该系统的故障检测正确率大于98%。

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    35. 基于小波包与回声状态网的风电功率预测
    李忠
    电气工程学报    2021, 16 (3): 123-129.   DOI: 10.11985/2021.03.017
    摘要82)   HTML5)    PDF(pc) (4649KB)(45)    收藏

    为提高风电并网的稳定性、安全性,风电功率预测的准确性研究具有重要意义,提出一种基于小波包与回声状态网的风电功率预测方法,并给出了具体的应用步骤。通过小波包分解方法将历史的风速、风向、温度、湿度等气象因素以及输出功率数据进行分解,能够准确地反映历史数据的规律性;应用回声状态网对各个分解信号进行建模和预测,提高了建模的速度和准确性;最后,将各个分解信号的预测结果进行合成得到风电功率的预测值。

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    36. 基于高频方波信号注入的永磁同步电机初始位置检测方法研究*
    呼子茗, 朱景伟, 王高林, 杨旭
    电气工程学报    2021, 16 (4): 78-84.   DOI: 10.11985/2021.04.010
    摘要81)   HTML33)    PDF(pc) (1630KB)(68)    收藏

    针对表贴式永磁同步电机,使用高频方波信号注入法,对其初始位置检测技术展开研究。对高频方波信号注入法和磁极辨别技术进行理论分析和公式推导,得到转子初始位置的表达式。利用Matlab/Simulink软件搭建永磁同步电机矢量控制系统和初始位置检测系统,仿真结果表明该方法可以准确获得转子初始位置信息,误差为0.05 rad。最后编写初始位置检测和磁极极性辨别的程序,在电机平台上进行硬件试验,试验结果表明该方法可以准确地获取转子的初始位置信息,误差为0.018 rad。

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    37. 光储微电网功率优化方法及协调控制策略研究*
    刘艳东, 胡祎文, 陈楠, 王菁月, 邵鑫铭, 裴忠晨, 刘闯
    电气工程学报    2022, 17 (1): 22-30.   DOI: 10.11985/2022.01.004
    摘要80)   HTML9)    PDF(pc) (583KB)(43)    收藏

    光储微电网作为一种友好发电模式具有平抑网侧功率波动、光伏发电产能趋稳以及可调度性等优点,是实现“源-网-荷-储”系统稳定运行和可再生能源充分消纳的优选方案。围绕光储微电网功率优化与灵活运行提出了组件级配置方案和协调控制策略,进一步释放光伏发电潜力以及促进储能单元高效运行。首先,针对光伏组件失配导致的“木桶效应”及储能变换器效率低的问题,分别配置组件级光伏功率优化器和储能部分功率变换器,实现太阳能和电能最大化利用。其次,讨论光伏阵列和储能单元在并/离网工况下多种模式切换,考虑微电网各单元间功率动态平衡,提出一种光储微电网协调控制策略,实现各单元在不同控制模式之间平滑切换及功率自主分配。最后,利用Matlab/Simulink搭建30 kW光储微电网仿真平台,验证所提协调控制策略的可行性与有效性。

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    38. 中性点经消弧线圈并联中值电阻接地方式的研究*
    叶远波, 汪胜和, 黄太贵, 魏立新
    电气工程学报    2021, 16 (4): 159-165.   DOI: 10.11985/2021.04.020
    摘要80)   HTML61)    PDF(pc) (424KB)(23)    收藏

    针对传统中性点接地方式容易导致过补偿和欠补偿问题,接地故障定位误差较大的问题,设计出一种新型中性点接地方式,通过有源消弧技术并联中值电阻的方式解决故障电流过补偿和欠补偿问题,利用加权多源点最短路径算法(Floyd算法)进行单相接地故障定位,能够对多条输电线路同时进行故障定位处理。通过对比验证分析,比较三种不同接地方式的最大故障电流曲线和误差分析曲线,发现所提方法在故障电流处理最稳定,故障电流只在15~20 A之间,而且故障定位误差率最高不到3%,从而验证了所提接地方式性能的优越性,证明了本设计方案的可行性。

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    39. 基于对比度受限直方图均衡化的夜间接触网支柱号牌识别方法研究*
    刘家军, 钟鸣睿, 秦梓轩
    电气工程学报    2021, 16 (3): 70-76.   DOI: 10.11985/2021.03.010
    摘要80)   HTML4)    PDF(pc) (9712KB)(14)    收藏

    在接触网停电检修作业挂接地线中,挂接地线位置由作业票上的支柱号确定,因此,研究接触网支柱号牌的识别对挂接地线的自动化监测具有重要意义。为此,提出一种基于对比度受限自适应直方图均衡化(Contrast-limited adaptive histogram equalization,CLAHE)的支柱号识别方法。利用对比度受限自适应直方图均衡化和中值滤波预处理图像,用最小区域法和形态学变换提取号牌区域,再用连通域和模板匹配识别号牌上的支柱号字符,并在识别过程中考虑支柱号的分布规律,验证支柱号的识别结果。利用Halcon和C#联合开发的识别软件平台进行试验,对比CLAHE和直方图均衡化(Histogram equalization,HE)的均方差和峰值信噪比,结果表明这种方法大大提高了支柱号识别的准确率。

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    40. 基于IPMOCSA的光伏微网混合储能容量优化配置*
    王红艳, 王依妍, 陈景文, 肖妍, 莫瑞瑞
    电气工程学报    2021, 16 (3): 152-160.   DOI: 10.11985/2021.03.021
    摘要79)   HTML4)    PDF(pc) (6016KB)(34)    收藏

    针对光伏微网中混合储能的容量优化配置问题,以经济性为目标考虑微电网和大电网的交互功率成本建立系统经济优化模型,并提出一种改进的多目标乌鸦算法进行求解,获得优化配置结果。考虑分时电价设计微电网的系统运行策略,建立系统的运行成本模型,在此基础上建立不同类型储能介质的投资模型。利用以经济最优为目标,获得不同类型储能介质的容量优化配置占比,并对比多目标粒子群算法进行算例验证。结果表明提出的IPMOCSA求解精确度更高、收敛速度更快,混合储能配置成本节省了5.13%,配置方法对实际应用有一定参考性。

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