半月刊

ISSN 1000-1026

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  • 2017年第41卷第2期文章目次
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    • >无线电能传输技术与应用
    • 特约主编寄语

      2017, 41(2):1-1. DOI: 10.7500/AEPS20161227013

      摘要 (7124) HTML (0) PDF 992.81 K (2420) 收藏

      摘要:

    • 磁耦合谐振式无线电能传输技术研究动态与应用展望

      2017, 41(2):2-14. DOI: 10.7500/AEPS20160924005

      摘要 (4212) HTML (0) PDF 1.81 M (4455) 收藏

      摘要:近年来,无线电能传输技术由于其独特的自身优势而受到了越来越多的关注。文中重点分析了磁耦合谐振式无线电能传输技术的发展动态与应用现状,介绍了磁耦合谐振式无线电能传输技术发展现状以及尚待解决的问题。详细阐述了无线电能传输技术的机理模型、关键技术、电磁环境、技术标准及相关应用中的瓶颈问题等。最后,在深入探讨当前研究热点的基础上,对该技术的发展动态进行了总结与展望。

    • 错位条件下基于“感应盲点”分析的非接触变压器建模及优化

      2017, 41(2):15-20. DOI: 10.7500/AEPS20161122001

      摘要 (2003) HTML (0) PDF 2.18 M (1001) 收藏

      摘要:感应式无线电能传输系统中,非接触变压器存在错位等多种工况,引起耦合系数等参数大范围变化,影响系统特性。为了建立错位条件下非接触变压器的耦合系数模型,文中基于场路结合的分析方法,分析磁通耦合特性,给出了非接触变压器的“感应盲点”求解方法;并结合其耦合系数的变化规律,建立非接触变压器错位条件下耦合系数的计算模型。基于磁场分布的特点,进一步提出副边多绕组的新型非接触变压器结构。采用优化后的变压器结构,设计制作了60 W输出的非接触变换器,耦合系数的计算结果和实际测试结果一致,证明了所提“感应盲点”分析方法与耦合系数计算模型的正确性,验证了优化后的新型非接触变压器具有良好的错位自适应能力。

    • 磁耦合谐振式无线电能传输系统频率分裂抑制方法

      2017, 41(2):21-27. DOI: 10.7500/AEPS20161008010

      摘要 (2235) HTML (0) PDF 1.37 M (1769) 收藏

      摘要:磁耦合谐振式无线电能传输系统工作在过耦合状态时,会发生频率分裂,导致系统在原谐振频率处的效率变低。文中运用等效电路理论,推导出了效率、输入阻抗与频率的关系表达式,并以此为基础,分析了频率分裂现象,得到了影响系统频率分裂和效率的几个关键参数。随后提出了一种调节系统关键参数的方法,为了调节系统参数,提出了使用L型阻抗匹配网络来调节等效负载电阻的方法。使用所述方法可以有效抑制系统的频率分裂现象及提高系统效率。最后,设计开发了一套磁耦合谐振式无线电能传输系统装置,仿真和实验结果验证了该方法的有效性与正确性。

    • 感应耦合无线电能传输系统的能量法模型及特性分析

      2017, 41(2):28-32. DOI: 10.7500/AEPS20161007002

      摘要 (2241) HTML (0) PDF 1.31 M (1871) 收藏

      摘要:感应耦合无线电能传输(ICPT)基于电磁感应原理,目前采用电路模型的分析方法,由于该方法无法深入了解ICPT系统能量传输的过程,所以提出了一种ICPT系统的能量法建模方法,建立了串联—串联(SS)、串联—并联(SP)、并联—串联(PS)和并联—并联(PP)型4种ICPT系统的能量法模型,分析了能量法模型与耦合模型的相互关系,研究了它们的等效性及数学意义上的等效条件,并通过MATLAB仿真研究,证明了理论分析的正确性。此外,目前ICPT系统与磁耦合谐振式无线电能传输(MCRWPT)系统原理相混淆,因而基于能量法模型分析了ICPT系统与MCRWPT系统在原理上的区别,得出只有在谐振、弱耦合、高品质因数的物理条件下,SS型ICPT系统才与MCRWPT系统等效,由此阐明了ICPT系统与MCRWPT系统原理上的差异性,为进一步精确设计和优化ICPT系统与MCRWPT系统设计提供了模型基础。

    • 交流包络调制无线电能传输系统的负载稳压输出研究

      2017, 41(2):33-37. DOI: 10.7500/AEPS20161001001

      摘要 (2627) HTML (0) PDF 1.60 M (1397) 收藏

      摘要:为了实现交流包络调制无线电能传输系统的输出电压稳定,基于冲量定理与能量守恒原理,在初级侧采用能量注入与自由振荡模态组合的形式,调整注入初级回路的能量规模以适应负载的功率变化,从而实现动态负载条件下输出端的稳压。仿真与实验结果验证了在系统负载切换时,系统输出交流电压保持恒定。

    • 多单元耦合的能量双向无线馈动系统分析及控制策略

      2017, 41(2):38-45. DOI: 10.7500/AEPS20160929009

      摘要 (1910) HTML (0) PDF 4.12 M (935) 收藏

      摘要:双向无线电能传输技术是无线电能传输领域的一个重要研究方向。文中研究了含有(k+1)个能量传输单元的双向无线电能传输系统,通过建立(k+1)个传输单元的能量馈动模型,提出一种灵活控制系统功率流动方向以及有功出力(或功率分配)的方法。该方法利用各回路单元双向变换器出口电压幅值以及相角之间的关系,降低了系统能流方向和功率分配的控制难度。以3回路能量传输单元的双向无线电能传输系统为例,给出了功率流动方向控制和有功出力控制的约束关系,并进行仿真与实验研究,结果验证了理论分析的正确性与可行性。

    • 采用新型负载恒流供电复合谐振网络的无线电能传输系统

      2017, 41(2):46-52. DOI: 10.7500/AEPS20160406005

      摘要 (2004) HTML (0) PDF 1.64 M (1370) 收藏

      摘要:针对传统LC谐振拓扑无线电能传输(WPT)系统在负载动态变化时,无法实现负载恒流供电及系统工作频率失谐问题,提出一种新型一次侧LCL、二次侧LCC复合谐振网络无线电能传输系统。首先,在基波条件下,依据漏感模型建立了磁路机构等效电路,得到了谐振频率和输出电流表达式;然后,通过系统参数优化设计,进一步推导出了复合谐振网络中实现负载恒流供电以及系统谐振工作频率稳定的条件。仿真结果表明,基于参数优化设计的新型复合谐振网络无线电能传输系统,能够实现负载无线恒流供电,并且系统工作频率稳定。实验结果验证了理论分析和仿真分析的正确性和有效性。

    • 基于频域分离解调的复合信源无线电能与信号并行传输技术

      2017, 41(2):53-59. DOI: 10.7500/AEPS20160505006

      摘要 (1922) HTML (0) PDF 1.83 M (950) 收藏

      摘要:提出了一种并联LC隔离型电场耦合式无线电能与信号并行传输电路拓扑。该拓扑依靠自身阻抗特性实现了绝大部分电能串扰的隔离。同时,该拓扑具有较宽的信道通频带宽,克服了目前已有电能与信号并行传输系统中信道通频带宽窄的问题。充分利用该带宽,以多路复合信源作为信道输入,采用快速傅里叶变换算法对信道输出信号进行频谱分析,在频域中实现了低频串扰与多路复合高频信号的分离和电能串扰频谱干扰下的多路复合信号解调,从而提升了信号传输速率与抗干扰能力。通过仿真与实验验证了该方法的正确性与有效性。

    • 电动汽车动态无线充电关键技术研究进展

      2017, 41(2):60-65. DOI: 10.7500/AEPS20160919013

      摘要 (5641) HTML (0) PDF 2.40 M (5964) 收藏

      摘要:电动汽车动态无线充电技术在静态无线充电技术逐渐趋于成熟的情况下渐渐成为静态无线充电技术的重要补充及未来发展方向。文中对国内外学者及研究机构对动态无线充电技术的研究进展做了详细综述,对其未来发展面临的关键技术问题及瓶颈进行了详细分析,主要包括耦合机构、控制策略、电磁兼容等方面,并介绍了针对动态无线充电技术瓶颈问题的前期研究工作。

    • 电动汽车双向无线充电系统谐振拓扑分析

      2017, 41(2):66-72. DOI: 10.7500/AEPS20160930011

      摘要 (3014) HTML (0) PDF 1.31 M (2756) 收藏

      摘要:针对双向电动汽车无线充电系统,对应用于双向无线电能传输的三种谐振拓扑进行了深入研究,在对其进行建模分析的基础上,结合电动汽车无线充电应用的需求特征,从对参数变化与系统故障的鲁棒性、特定工况下的最大传输功率以及谐振电容电压等方面进行了对比分析。研究表明,双边LCC谐振拓扑在继承了双边LCL优势的同时,亦解决了双边LCL传输功率偏小和直流磁化等问题,在双向电动汽车无线充电应用中具有较强的适用性。同时,搭建了相关实验平台对上述分析进行了验证。

    • 电动汽车移动式无线充电系统动态建模与特性分析

      2017, 41(2):73-78. DOI: 10.7500/AEPS20160927007

      摘要 (2662) HTML (0) PDF 1.41 M (1752) 收藏

      摘要:移动式无线充电系统能够显著减少电动汽车动力电池的携带量,具有广阔的应用前景。文中基于分段式多发射导轨方案,建立了电动汽车移动式无线充电系统的状态空间模型,进而推导出能够描述系统动态特性的小信号模型。搭建了试验平台,利用实际系统参数研究了移动充电过程中系统输出功率和效率的动态变化过程,以及导轨切换开通过程中系统的瞬态特性,并分析了不同切换开通位置对瞬态过程的影响。通过实验对建立的模型和分析得到的结论进行了验证。

    • 电动汽车动态无线充电紧—强耦合模式分析

      2017, 41(2):79-83. DOI: 10.7500/AEPS20160913013

      摘要 (2177) HTML (0) PDF 2.47 M (1473) 收藏

      摘要:针对感应耦合结构近距离、弱偏移,以及谐振耦合式结构易受干扰的问题,提出紧—强耦合协同工作机构。通过建立动态无线充电系统的数学模型,研究其传输特性随品质因数和耦合系数的变化规律。基于有限元仿真,分析了系统的动态传输特性。为提高系统的抗偏移性、降低电磁辐射,在接收线圈装设铁氧体屏蔽结构。通过搭建实验平台对仿真过程进行实验验证,证明了所设计耦合机构的可行性。结果表明所设计的耦合机构具有较高的动态传输性能,并且在85 kHz下获得了93.9%的传输效率。

    • >学术研究
    • 电动汽车可调度能力模型与日内优先调度策略

      2017, 41(2):84-93. DOI: 10.7500/AEPS20160323006

      摘要 (2249) HTML (0) PDF 1.45 M (1637) 收藏

      摘要:提出了“可调度能力”概念,表征单辆电动汽车(EV)基于车电互联技术接入特定配电网参与系统运行调控时的动态能量平衡能力,并构建了EV日内优先调度模型。首先,为精细量化EV可调度能力,综合EV电池损耗程度、用户信用度和反向供电能力等建立EV可调度能力分析模型;其次,以配电网总负荷峰谷差最小化为指标,结合EV可调度能力分析模型与供需两侧协同优化的两阶段优化调度模型,兼顾用户用车习惯确定可调度能力最优阈值;最后,基于新入网EV的可调度能力评估结果与最优阈值的数值关系,判断车辆有无优先调度权,从而构建了单辆车的事件驱动型日内优先调度方法。以某居民区充放电设施集群为例进行了仿真分析,算例结果验证了所提模型的合理性、有效性。

    • 基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调调频策略

      2017, 41(2):94-100. DOI: 10.7500/AEPS20160323009

      摘要 (1846) HTML (0) PDF 1.42 M (1133) 收藏

      摘要:双馈风电机组的解耦控制决定了其输出的有功功率无法响应电网的频率变化,当风电的渗透率不断升高时,电网的调频压力不断增大。当风电作为一种新的调频电源并入电网时,为使其更好地为电网调频服务,提出一种基于可变系数的双馈风电机组与同步发电机协调一次调频策略。在不同的运行模式下,定义并整定了双馈风电机组的可变调差系数,使其可以根据当前备用容量决定其调频出力深度;兼顾风电机组的调频备用与经济性,在频率偏差允许范围内通过协调双馈风电机组与同步发电机的调频出力,实现了既能减轻同步发电机的调频压力,又能间接减少风电机组弃风量的双重目标。仿真结果表明,所提出的调频策略可使风电机组的储备功率更加充分地参与调频,有效减轻同步发电机的调频压力。

    • 基于功率变换器与励磁电压扰动法的SRG风电MPPT控制

      2017, 41(2):101-107. DOI: 10.7500/AEPS20160611007

      摘要 (1694) HTML (0) PDF 1.42 M (1930) 收藏

      摘要:提出一种新型开关磁阻发电机(SRG)自励解耦型功率变换器结构和运行方法,满足两相绕组同时工作,克服了传统他励式和自励式功率变换器的缺点,发电电压与励磁电压之间经过带隔离的正激电路实现解耦,励磁电压独立可调。基于此新型功率变换器,提出基于励磁电压扰动法进行SRG最大功率点跟踪(MPPT)的控制方法,该方法不依赖于复杂数学模型,通过检测励磁电压扰动下输出功率与转速的变化,实现MPPT。最后,通过仿真分析和实验验证说明,最大功率跟踪效果较好。

    • 基于Wirtinger不等式的电力系统延时依赖稳定判据

      2017, 41(2):108-113. DOI: 10.7500/AEPS20160418002

      摘要 (1770) HTML (0) PDF 1.35 M (978) 收藏

      摘要:随着现代电力系统规模和互联区域的不断扩大,测量信号传输过程中的延时问题引起了广泛的关注。该问题的常规处理方法是基于Lyapunov稳定性理论求出系统所能承受的时滞稳定裕度,求解判据过程中不可避免地利用不等式放缩,因此,判据保守性的高低成为衡量判据优劣的重要指标之一。首先构造全新的Lyapunov泛函,进一步利用Wirtinger不等式技巧对求导后的泛函进行放缩,推导得出相应的延时依赖稳定性判据,可大大降低结果的保守性。然后,借助MATLAB中的线性矩阵不等式(LMI)工具箱进行求解,求得系统所能承受的时滞稳定裕度。最后,借助典型二阶时滞系统和包含广域阻尼控制(WADC)回路的四机两区域电力系统,对所得结果进行仿真验证。结果表明,利用Wirtinger不等式所得到的稳定性判据具有更低的保守性。

    • 不确定语言环境下的充换电站优化选址模型及应用

      2017, 41(2):114-120. DOI: 10.7500/AEPS20160322013

      摘要 (1635) HTML (0) PDF 1.60 M (1215) 收藏

      摘要:充换电站的优化选址是一个多属性决策问题,对于电动汽车的发展至关重要。将传统的交互式多准则决策方法扩展至不确定语言环境,提出了一种新的充换电站优化选址模型,在分析各指标相互影响关系的基础上,利用网络层次分析法得到各指标权重,并采用云模型与交互式多准则决策相结合的方法,对不确定语言信息进行转化并排序。最后,通过算例验证了该模型的实用性和有效性,为充换电站的优化选址提供了更加可靠的依据。

    • >研制与开发
    • 基于修正区域控制偏差的多区域协同控制技术:(二)问题建模与改进方法

      2017, 41(2):121-128. DOI: 10.7500/AEPS20160608015

      摘要 (2135) HTML (0) PDF 1.35 M (1148) 收藏

      摘要:在分析了国内外多区域协同控制应用技术的驱动、现状与发展建议基础上,以华东电网的动态区域控制偏差(ACE)为例,针对所提出的目前多区域协同控制应用技术存在的几点问题,结合现有的应用条件阐述了其改进的方法。首先,结合理论分析与动态ACE的实际应用情况,讨论了当前动态ACE存在的一些问题;通过构建考虑断面可传输容量的备用容量计算模型,实现区域实际可传输备用容量的估算;以全网备用共享为目标,提出动态ACE的改进算法,保证各区域的调节方向保持一致;进一步结合省(市)间断面的传输裕度,提出动态ACE下发调节功率量的修正算法,结合现有的安全约束调度系统,实现对关键断面的两级协同控制。

    • 基于波形匹配的谐波责任划分方法

      2017, 41(2):129-134. DOI: 10.7500/AEPS20160712001

      摘要 (1796) HTML (0) PDF 1.41 M (1032) 收藏

      摘要:为了对公共连接点的谐波责任进行量化,提出了一种基于波形匹配的谐波责任划分方法。首先建立谐波电压幅值与谐波电流幅值的线性回归方程模型,规避了对谐波相角的直接测量。考虑到背景谐波波动会对方程求解带来误差,利用动态时间弯曲距离对关注时间段的谐波数据进行滑动分析,筛选出谐波电压与电流相似度较高的子序列。运用最小二乘法对筛选出的子序列进行回归计算求得系统侧等效谐波阻抗,进而计算用户侧谐波电压责任。仿真分析与实际工程分析的结果说明了所述方法能够抑制背景谐波波动的影响,相比于已有方法具有较高的准确性。

    • 基于模板滤波的居民负荷非侵入式快速辨识算法

      2017, 41(2):135-141. DOI: 10.7500/AEPS20160411001

      摘要 (1872) HTML (0) PDF 2.01 M (1340) 收藏

      摘要:以电流信号的频域分析为基础,结合非侵入监测负荷运行的电流模型,利用单独作用时电流信号的频谱分量会完整包含于混合电流频谱中,提出一种基于模板滤波的居民负荷非侵入式快速辨识算法。通过先验方式获取用电网络各负荷的特征电流形成特征滤波器,对其频谱分量进行0-1赋值得到对应的模板滤波器。利用模板滤波器对非侵入采集模式下的混合电流信号滤波,通过对滤波后频率分量的量化判决确定负荷的运行状态。利用实际采集的用电数据验证了该算法的有效性,能够准确判断负荷运行状态。此外,算法利用快速傅里叶变换(FFT)即可实现,便于实际中硬件封装。

    • 桥臂交替导通换流器的模块最优冗余配置方法

      2017, 41(2):142-147. DOI: 10.7500/AEPS20160429005

      摘要 (1661) HTML (0) PDF 1.75 M (1067) 收藏

      摘要:桥臂交替导通换流器是混合多电平换流器的一种,在高电压大容量架空线直流输电领域具有广泛的应用前景。文中首先兼顾换流器正常运行和直流故障穿越能力,分析桥臂交替导通换流器整形电路和导通开关的模块初始数目。其次,根据器件承受应力和开关频率,结合器件实际结构,分析了桥臂交替导通换流器中整形电路和导通开关的重要器件的可靠性,以计算其整形电路和导通开关的模块可靠性。在此基础上,考虑换流器的可靠性和经济性,提出桥臂交替导通换流器中整形电路和导通开关中模块的冗余配置方法,筛选出最优冗余配置方案,并引入具体算例验证了所提出的冗余配置方法的有效性。

    • IGBT模块直接串联电压均衡驱动控制技术

      2017, 41(2):148-154. DOI: 10.7500/AEPS20160428023

      摘要 (1750) HTML (0) PDF 1.35 M (1296) 收藏

      摘要:高压绝缘栅双极型晶体管(IGBT)模块直接串联技术是实现柔性直流输电、高压直流断路器等高压大功率控制设备的一个重要基础,其中最难解决的是串联IGBT模块之间的电压均衡问题。文中分析了电压不平衡的机制,得出了实现电压均衡的关键在于解决断态电压不平衡和关断电压不平衡问题,门极侧均衡控制方法是较好的解决手段。对基于有源电压控制技术的驱动设计和基于延时补偿的控制策略进行了探讨,并分别采用在有源区对关断波形进行跟随控制和补偿IGBT器件间关断延时的方法,有效实现了串联器件的电压均衡。最后,通过6只3 300 V/1 200 A IGBT模块直接串联的阀段脉冲和基于该阀段的三相换流阀运行测试,对这两种方法进行了验证,所述方法获得了较好的电压均衡效果。

    • 零序电流差动保护选相元件

      2017, 41(2):155-159. DOI: 10.7500/AEPS20160203008

      摘要 (2038) HTML (0) PDF 1.44 M (1117) 收藏

      摘要:针对零序电流差动保护选相元件受负荷电流影响,在高阻接地故障中灵敏度较低的情况,文中提出了一种基于序分量的零序电流差动保护选相元件。选相元件包括三部分:利用负序与零序差动电流大小相近区分单相接地两相高阻接地故障;利用正序差动电流与负序差动电流的相位关系区分单相接地与两相金属性接地故障;利用低制动系数差动判据防止区外三相短路不平衡零序电流。RTDS仿真结果表明:提出的选相元件不受过负荷影响,无需补偿,可以准确选出单相接地故障相,灵敏度高于零序电流差动保护,保证零序电流差动保护准确分相跳闸。

    • 利用自动成图的配电网模型拓扑校核技术及实现

      2017, 41(2):160-164. DOI: 10.7500/AEPS20160309002

      摘要 (1977) HTML (0) PDF 1.26 M (1104) 收藏

      摘要:当前配电网自动化主站系统建设过程中,存在拓扑连接错误,馈线范围维护不对、孤岛节点及运行方式不一致等诸多问题。文中基于自动成图思想,提出一种能直观反映模型拓扑关系的配电网概念图,通过动态模型抽取、树型/弹力布局过程,以可视化的方式展现配电网模型概况。从技术层面辅助配电网自动化、运方人员进行配电网模型拓扑校核工作。通过具体工程应用,验证了方法的有效性。

    • >信息通信系统及应用
    • 变电设备状态监测大数据的查询优化方法

      2017, 41(2):165-172. DOI: 10.7500/AEPS20160130003

      摘要 (2068) HTML (0) PDF 1.45 M (1736) 收藏

      摘要:变电设备状态监测数据体积大、价值密度低,传统数据处理方法不能很好地满足状态监视、评估与诊断等应用快速查询的需要。文中通过对状态监测数据特点和分布式列数据存储方法的分析,给出了变电设备状态监测的大数据处理框架。通过对监测时间、监测设备编号和设备编号等数据属性的组合,设计了3种状态监测数据复合行键结构,以提高状态监测数据行键查询的灵活性。为了解决在行键未知情况下全表扫描效率低下的问题,提出基于协处理器的二级索引构建方法,实现在非行键约束条件下的快速查询。实验结果表明,基于协处理器的二级索引方法在查询效率上比无索引和IHBase二级索引方式有了明显提高,对状态监测数据写入速度影响较小,能够较好地满足大数据环境下变电设备状态监测大数据快速、灵活查询的需要。

    • 一种高效的GOOSE报文完整性认证方法

      2017, 41(2):173-177. DOI: 10.7500/AEPS20160518002

      摘要 (1818) HTML (0) PDF 1.24 M (993) 收藏

      摘要:当前主流研究采用HASH信息验证码(HMAC)认证方法保障面向通用对象的变电站事件(GOOSE)报文的完整性,但分析发现HMAC对经典的GOOSE这类短报文来说效率并不高。设计一种直接采用密钥和顺序调整后的报文作为HASH函数输入的GOOSE报文认证方法,利用GOOSE报文显性长度域、统一报文格式和时序性等属性,降低碰撞攻击和避免长度扩展攻击、重放攻击等风险;将GOOSE心跳报文的时变内容置于待认证报文末端,可重复利用同系列心跳报文中相同内容的HASH压缩运算的中间结果。嵌入式平台验证结果表明算法的高效性。

    • 基于局部反射理论的中压配电网电力线通信信道建模法

      2017, 41(2):178-183. DOI: 10.7500/AEPS20160229009

      摘要 (1728) HTML (0) PDF 1.48 M (1106) 收藏

      摘要:链路衰减是衡量载波通路传输质量的一项重要指标,为实现对信道衰减特性的预测,提出一种基于局部反射理论的中压配电网电力线通信(PLC)信道建模方法。利用电力线传输理论及局部反射理论,推导端接负载的传输线、不同特性参数的传输线级联情况下的电压传输规律。在此基础上,分别搭建中压配电网无分支线路、带分支线路及带负荷配电变压器线路的PLC信道数学模型。然后根据中压配电网拓扑结构,从配电网末端将所搭模型依次级联至载波信源处,得到末端节点与信源节点间的PLC信道模型,进而分析各节点处载波信号的传输特性。该方法原理简单,计算速度快,可移植性强。仿真及RLC电路实测结果表明了所提建模方法的正确性。