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基于光储混合配置的级联H桥型光伏逆变器功率平衡策略

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中国电机工程学报 2024年第5期44卷 1948-1961,I0024页

作者：孙孝峰刘鑫磊滕甲训张㼆赵巍李昕电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学) 河北省秦皇岛市066004

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此... 详细信息

级联H桥(cascade H-bridge,CHB)变换器由于其模块化结构,已成为大规模光伏(photovoltaic,PV)并网逆变器的优选方案。然而,在不同光照强度和温度下,不同区域PV组件之间发电功率不同,导致CHB变换器相间输出功率不均衡、不稳定等问题。为此,文中提出一种基于CHB结构的光储混合电能路由,在三相CHB光伏逆变器中配置少量的储能模块,利用光储协同控制,维持CHB内部功率稳定,消除分布式PV在相间产生的不均衡功率,且变换器输出功率能够时刻满足网侧上层功率调度,提高了光伏电站的稳定性。针对系统安全区域,在载波移相调制策略下,全桥子模块传输的功率受到约束,并对光伏和储能模块的配置作详细分析。最后,通过仿真以及实验验证所提拓扑及控制策略的正确性和有效性。

关键词：级联H桥变换器光伏功率不均衡集中式储能功率限值

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计及多重差异的交直流混合多能微网多时间尺度优化调度

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电工技术学报 2024年第11期39卷 3392-3410页

作者：蔡瑶卢志刚潘尧何良策周长磊燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室秦皇岛066004 济宁曲阜机场有限公司济宁272000

近年来,可再生能源发电、热电联产、储能和电力电子变压器(PET)等技术发展迅速,有利于构建多能互补、清洁高效的交直流混合多能微网(MEMG),但不成熟的PET模型和复杂的不确定性为系统的优化调度带来了挑战。为此,首先构建了一种基于三级... 详细信息

近年来,可再生能源发电、热电联产、储能和电力电子变压器(PET)等技术发展迅速,有利于构建多能互补、清洁高效的交直流混合多能微网(MEMG),但不成熟的PET模型和复杂的不确定性为系统的优化调度带来了挑战。为此,首先构建了一种基于三级式PET的交直流混合MEMG结构,建立了包括PET在内的设备模型和不确定性模型;其次,提出了计及多重差异的MEMG多时间尺度优化调度策略,明确了日前-日内-实时三时间尺度调度的协调机制,其中,多重差异包含需求响应资源、系统调度目标和源荷预测精度在时间尺度上的差异,以及不同能量的响应特性差异;再次,建立了对应的多时间尺度优化调度模型,包括日前鲁棒机会约束优化模型、日内随机优化模型和实时分层滚动修正模型,并在日前调度中,改进了传统储能和电热耦合设备的备用模型,设计了基于PET的交直流系统备用共享机制,将调度模型转换为混合整数线性规划模型,给出了利用CPLEX求解器求解多时间尺度调度模型的步骤;最后,通过算例分析表明,所提调度策略可以通过逐级修正调度计划应对不确定性,且所设计备用方案兼具可靠性和灵活性。

关键词：电力电子变压器交直流混合多能微网多重差异多时间尺度优化调度

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定频脉冲宽度调制的宽输入推挽正激谐振变换器

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电网技术 2024年

作者：赵清林付浩辉王子博王德玉袁精电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)

针对低压输入的DC/DC变换应用，提出了一种定频脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的推挽正激谐振变换器。一次侧采用推挽正激结构，二次侧在谐振网络与倍压整流相结合的基础上引入两个有源开关，通过定频调节二次侧有源开关的... 详细信息

针对低压输入的DC/DC变换应用，提出了一种定频脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)的推挽正激谐振变换器。一次侧采用推挽正激结构，二次侧在谐振网络与倍压整流相结合的基础上引入两个有源开关，通过定频调节二次侧有源开关的占空比，变换器在一个开关周期内具备二倍压整流和四倍压整流两种模式，从而实现宽电压增益范围的调节。谐振网络的引入使一二次侧开关管均可实现零电压开通(Zero Voltage Switch，ZVS)。在分析工作原理的基础上，利用时域分析法推导得到了变换器的增益与重叠导通角的关系，并分析了开关管软开关的实现条件。搭建了额定功率1kW的实验样机，实验结果证明了原理分析的正确性与拓扑方案的可行性。

关键词：推挽正激变换器谐振变换器多倍压整流软开关

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低电容CHB型混合动力中压电机调速系统

中国电机工程学报 2024年

作者：孙孝峰黄晨阳滕甲训潘禹卓齐磊赵巍李昕电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)

本文针对氢燃料电池大功率电机驱动系统，提出一种以燃料电池为主动力源的轻量化级联H桥(cascaded H-bridge， CHB)型混合动力中压电机调速系统。所提系统由燃料电池/蓄电池/超级电容的混合动力源供电，基于四有源桥(quad active bridge... 详细信息

本文针对氢燃料电池大功率电机驱动系统，提出一种以燃料电池为主动力源的轻量化级联H桥(cascaded H-bridge， CHB)型混合动力中压电机调速系统。所提系统由燃料电池/蓄电池/超级电容的混合动力源供电，基于四有源桥(quad active bridge， QAB)与CHB子模块互联的两级变换器(cascaded H-bridges with quad active bridge，CHB-QAB)作为调速变换器。CHB-QAB通过四绕组高频变压器将各子模块进行内部互联，采用单边同步双边移相调制的策略，使得所有子模块呈现开关电容特性，在不依赖复杂控制的前提下，减小子模块电容的容值，提升系统的功率密度。针对三类动力源，采用基于低通滤波(low pass filter， LPF)的能量管理策略，保证了电机实际运行过程中的有效功率分配，解决了燃料电池对电机动态响应缓慢和燃料饥饿现象等问题。最后通过仿真与实验对本文所提轻量化电机调速系统进行了验证。

关键词：混合动力源级联H桥低通滤波电机调速轻量化

一种基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型变换器

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电工技术学报 2024年

作者：王立乔臧朔李翀王皓玉燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室

该文提出一种对称半桥功率解耦拓扑。该解耦拓扑串联在变换器直流侧可以起到补偿二倍频脉动电压、减小电感值、降低成本和减小体积的作用。通过对两个解耦电感进行耦合磁集成，进一步减少了电路元件和解耦电感的值，使得减小电感值的效... 详细信息

该文提出一种对称半桥功率解耦拓扑。该解耦拓扑串联在变换器直流侧可以起到补偿二倍频脉动电压、减小电感值、降低成本和减小体积的作用。通过对两个解耦电感进行耦合磁集成，进一步减少了电路元件和解耦电感的值，使得减小电感值的效果更加显著。该功率解耦拓扑的直流侧输出电流间接闭环控制方法直接对直流侧电流进行采样，无须外加传感器，不需要复杂调节器和计算，在实际应用中更为灵活。最后搭建了基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型PWM整流器仿真与实验平台，验证了所提拓扑的可行性。

关键词：单相电流型PWM整流器二倍频纹波脉动功率解耦技术磁集成输出电流间接闭环控制

高频链互联MMC电机调速系统高低频共模电压完全抑制策略

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中国电机工程学报 2024年

作者：王紫喆滕甲训付欢帅朱艳萍潘尧赵巍李昕孙孝峰电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)

本文提出一种基于波动功率解耦的模块化多电平换流器(ripple-power decoupling based modular multilevel converter，RPD-MMC)电机调速系统，通过半桥与变压器结构的高频链将子模块(submodule，SM)隔离后进行横向互联，实现三相波动功... 详细信息

本文提出一种基于波动功率解耦的模块化多电平换流器(ripple-power decoupling based modular multilevel converter，RPD-MMC)电机调速系统，通过半桥与变压器结构的高频链将子模块(submodule，SM)隔离后进行横向互联，实现三相波动功率在SM电容中的解耦，进而消除了共模电压(common-mode voltage，CMV)低频波动分量；并提出一种脉冲优化控制CPS-SPWM(pulse optimization control CPS-SPWM，POC-CPS-SPWM)策略，控制任一时刻MMC三相的上、下桥臂导通SM个数保持一致，消除了CMV高频波动分量，最终实现对CMV的完全消除。本文从CMV的机理与特性分析出发，分别对低频与高频抑制的方案提出、原理分析与效果实现进行了详细探讨，最后通过仿真与实验，验证了CMV机理分析与两种策略消除CMV的可行性与有效性。

关键词：电机调速系统模块化多电平换流器共模电压波动功率解耦脉冲优化控制CPS-SPWM

驻波移相有源电力滤波器在环形配电网中的应用

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电工技术学报 2024年

作者：张敏孙孝峰朱艳萍沈虹李昕电力电子节能与传动控制河北省重点实验室(燕山大学)

针对环形配电网中由功率因数校正电容与馈线电感之间谐振导致的背景谐波电压放大问题，提出了一种在环形配电网中点安装驻波移相有源电力滤波器（standing wave phase shifting based active power filter，SWPS-APF）的谐波抑制方案。... 详细信息

针对环形配电网中由功率因数校正电容与馈线电感之间谐振导致的背景谐波电压放大问题，提出了一种在环形配电网中点安装驻波移相有源电力滤波器（standing wave phase shifting based active power filter，SWPS-APF）的谐波抑制方案。其抑制原理是通过移动谐波电压驻波的相位使驻波波腹靠近或恰好落在馈线始端，从而实现背景谐波的衰减。所提方案分为驻波左移和右移两种策略，两者具有不同的适用范围，但涵盖了所有工况。相比于传统的阻性有源电力滤波器（resistive active power filter，RAPF）方案，所提出方案的抑制效果提升明显，并且所需的补偿容量也更少。最后，仿真分析和实验结果均验证了该方案的有效性。

关键词：背景谐波有源电力滤波器谐波抑制驻波

一种抑制模块化多电平变换器光伏系统共模电压的脉冲衔尾排布调制

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电工技术学报 2024年

作者：潘尧孙孝峰蔡瑶李昕赵巍燕山大学电力电子节能与传动控制河北省重点实验室

利用模块化的特点，光伏模块可以分布集成在模块化多电平变换器子模块的直流侧，构成基于模块化多电平变换器的光伏系统（MMC-PVS）。由阴影遮挡、损坏等问题引起的光伏模块功率不平衡会使子模块的调制信号存在显著差异，严重降低现有... 详细信息

利用模块化的特点，光伏模块可以分布集成在模块化多电平变换器子模块的直流侧，构成基于模块化多电平变换器的光伏系统（MMC-PVS）。由阴影遮挡、损坏等问题引起的光伏模块功率不平衡会使子模块的调制信号存在显著差异，严重降低现有共模电压抑制方案的抑制效果。为了解决该问题，该文提出一种脉冲衔尾排布调制，能够在光伏模块功率不平衡工况下抑制MMC-PVS的共模电压。通过分析光伏模块功率不平衡工况下MMC-PVS实现零共模电压的条件，表明理论上子模块的调制信号具备实现零共模电压的能力，而由调制策略生成的子模块驱动脉冲是产生共模电压的关键因素。脉冲衔尾排布调制能将子模块驱动脉冲依次衔尾排布，即后一子模块的上升沿时刻与前一子模块的下降沿时刻对齐，在每个开关周期内保证三相上桥臂总电压与三相下桥臂总电压的形状相同，达到理论上零共模电压的效果，实现共模电压抑制。最后，通过仿真与实验验证脉冲衔尾排布调制在光伏模块功率不平衡工况下抑制共模电压的可行性与理论分析的正确性。

关键词：模块化多电平变换器光伏系统光伏功率不平衡共模电压脉冲衔尾排布调制

基于贝叶斯深度学习的新能源多场站临界短路比区间预测方法

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中国电机工程学报 2024年第14期44卷 5451-5462,I0002页

作者：李保罗徐式蕴李宗翰孙华东于琳电网智能化调度与控制教育部重点实验室(山东大学) 山东省济南市250061 电网安全与节能国家重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 北京市海淀区100192

大规模新能源并网后电力系统的电压安全稳定问题突出,亟需一种兼具准确性和实用性的方法来评估系统的电压支撑强度。为此,该文提出一种基于贝叶斯深度学习的新能源多场站短路比(multiple renewable energy station short circuit ratio,... 详细信息

大规模新能源并网后电力系统的电压安全稳定问题突出,亟需一种兼具准确性和实用性的方法来评估系统的电压支撑强度。为此,该文提出一种基于贝叶斯深度学习的新能源多场站短路比(multiple renewable energy station short circuit ratio,MRSCR)智能增强方法。首先,聚焦于MRSCR缺乏准确的临界短路比(critical short circuit ratio,CSCR)问题,提出CSCR样本集的构建流程,并据此开发样本的批量仿真程序。然后,利用多门控混合专家网络对各新能源接入点的CSCR进行同步预测,并结合贝叶斯深度学习提升预测精度,量化预测不确定性。最后,考虑到点估计的弊端,提出一种基于动态阈值的不等式方法来给出兼具可靠性和清晰性的区间估计,为不同的决策需求提供多种属性的预测值。在CEPRI-FS-102节点系统上的测试结果表明,所提方法可有效提高电压支撑强度的评估精度和速度,其预测信息可为决策过程提供重要的指导意义。

关键词：电压支撑强度贝叶斯深度学习多任务学习短路比

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