摘要：有源功率因数校正(APFC)是AC-DC变换器的重要组成部分,其目的是改善输入侧电能质量,提高系统功率因数。传统的有源电流控制功率因数校正(PFC)变换器需要准确地提取升压电感电流,而双二极管式无桥PFC变换器升压电感位于整流部分之前,电感电流不再是单一方向流动,这使得其电流采样电路相比更复杂。为此该文提出一种基于观测器的无电流传感方案。方案中针对占空比误差的不确定影响修正了无桥PFC电流观测器算法,实现了占空比误差自适应的电流观测器,进一步基于所提观测器实现对负载信息的观测,设计出无电流传感的复合前馈控制方案,运用负载观测信息改进电流内环参考形式,同时利用输出电压纹波观测值进行2次谐波前馈补偿,最终实现无电流传感控制条件下变换器高动态响应设计。该文搭建了225 W单相双二极管式无桥PFC的实验样机,实验结果表明,在开关频率100 kHz时电流观测精度达到96.75%,所提控制方案输入电流的总谐波畸变率(THD)含量约为5%,功率因数(PF)约为99.85%,半载动态响应时间10 ms,相比于传统PI控制无桥PFC变换器提高了约90%。

摘要：传统线路增容方式面对季节性短时高峰负荷时存在线路整体利用率低、紧急功率支撑能力差等问题。因此,文中以功能虚拟化为核心,研究了传统配电馈线与储能元件融合的虚拟配电馈线功能架构,利用双端储能元件搭建虚拟电能传输通道,以应对季节性短时高峰负荷、延缓传统线路增容改造工程,并在非高峰时期提供紧急功率支撑和辅助服务功能,提高储能元件整体利用率。为充分挖掘虚拟配电馈线的灵活传输和紧急功率支撑潜力,提出了配电网线路增容优化配置模型,在保证经济性和满足高峰负荷需求的前提下,优化虚拟配电馈线储能配置。算例研究表明,虚拟配电馈线能够有效延缓传统线路增容改造工程、应对季节性短时高峰负荷;对于线路负荷增长较稳定、线路长度较长和设计延缓增容年限较短的配电区域,虚拟配电馈线的优势更加凸显。

摘要：双面散热(double-sided cooling,DSC)功率模块的结-壳热阻,是其电热设计、状态监测与失效分析的关键性能指标。然而,现有的结-壳热阻模型及其测试标准,仅针对单通道传热的功率模块,难以匹配多通道传热的DSC功率模块,无法识别DSC功率模块的本构热阻信息。首先提出DSC功率模块的本构热阻模型,阐释DSC功率模块本构热阻的物理意义,分析重构单通道传热本构热阻的可行性和唯一性;其次,评估所提本构热阻与传统测试热阻的本质差异。基于商业化DSC功率模块,采用多物理场分析方法,构建DSC功率模块的热阻数据库;然后,基于神经网络学习方法和所构建的数据库,建立DSC功率模块的本构热阻模型,并通过大量训练数据和测试数据的交叉验证及多款DSC功率模块的实测结果,验证神经网络重构本构热阻的泛化能力和兼容能力,为多通道散热功率模块的热阻建模与表征,提供新的研究思路和技术途径。

摘要：单相PWM整流器一般采用电压外环比例积分、电流内环比例谐振的双闭环控制方法,在实现交流侧高功率因数的同时稳定直流侧输出电压,因此受到国内外学者的广泛研究。然而,在内外环控制参数设计阶段,传统设计方法一般根据经验选取控制参数,参数选取范围较大,且无法量化评估控制参数的时域控制效果,导致参数优化整定困难。为此,该文提出一种基于离散时域模型的内外环控制参数多目标优化设计方法。首先,采用传统设计方法确定电压外环比例、积分控制参数以及电流内环比例、谐振控制参数的安全设计空间;然后,基于离散时域模型将安全设计空间正映射至控制参数的时域性能空间,实现电流内环控制参数对交流侧功率因数以及电压外环控制参数对直流侧电压超调量的量化评估。在此基础上,通过进一步约束性能目标得到性能优化设计空间,考虑内外环控制参数的耦合效应,对内外环性能优化设计空间进行重新组合,再将其映射至性能空间,得到内外环控制目标帕累托最优前沿下的最优设计空间,从中选取内外环控制参数的优化设计点,在典型工况下实验测得的交流侧功率因数为0.981 26,直流输出电压超调量绝对值为1.37%,证明了所提优化设计方法的正确性。

摘要：为实现变压器局部放电的灵敏检测,避免漏检局部放电信号,基于光纤布拉格光栅(FBG)与法布里珀罗腔(Fabry-Perot cavity)传感原理提出了一种结合FBG-FP的变压器油中局部放电光纤全方向传感方法。介绍了FBG与FP腔的局部放电传感原理,局部放电产生的超声波会引起FBG反射光谱与FP腔干涉光谱的偏移,通过光谱边缘解调法进行光强解调可实现局放信号的检测。研制了局部放电光纤全方向传感器,通过3D打印技术制作了尺寸为25 mm×25 mm×25mm的长方体探头,探头中空结构用于插入单模光纤形成FP腔,四个侧面用于形成膜片式FBG传感结构,可接收不同方向的超声信号。基于变压器油中局部放电的频谱特性与液相环境中膜片的振动模型设计了超声传感膜片,选用镀有高反介质膜的康宁玻璃作为FP腔传感膜片,膜片半径为1.7 mm,厚度为0.165 mm,理论谐振频率为82 kHz;选用单晶硅作为FBG传感膜片,膜片半径为2.5 mm,厚度为0.1 mm,理论谐振频率为25.6 kHz。搭建了光纤局部放电传感系统并进行了局部放电光纤全方向传感器性能测试。通过断铅实验测得变压器油中传感器FBG传感膜片实际谐振频率约为23 kHz,FP腔传感膜片实际谐振频率为71.4 kHz。将光纤全方向传感器与压电传感器(PZT)对同一局部放电信号进行对比检测,光纤全方向传感器FBG传感部分可检测到83.8 pC的金属尖端放电,FP腔传感部分可检测到27.1 pC的金属尖端放电,其局部放电检测灵敏度高于PZT。测试了传感器的方向响应,普通的FP传感器高灵敏检测范围有限,存在检测盲区,所研制的光纤全方向传感器FP腔传感部分与FBG传感部分高灵敏检测范围互补,可实现局部放电全方向灵敏检测,具有良好的方向响应性能。

摘要：微波无线能量传输作为一种远距离能量传输技术受到广泛关注,但是电场随着距离增加会快速衰减。为了减缓电场衰减趋势,提高接收端功率,文章推导出了用于产生无衍射波束的相位计算表达式。另外,设计了一款相位覆盖360°,传输系数优于-3dB的相位控制单元,并利用该单元设计了一个口径为500mm的超表面。仿真和实测数据显示,在加载电磁超表面后,电场明显增强,能量更加集中。微波无线传输实验结果表明,在发射总功率为36dBm时,相较于无电磁超表面情况下,接收端接收的能量最大可以提升9倍之多,证明了设计出的电磁超表面助于提高微波传能系统的传输效率。

摘要：针对架空配电线路电弧接地故障点定位难题,该文研究架空配电线路故障电弧的电磁辐射特性,探索基于电磁辐射信号的电弧故障定位方法的可行性。通过10 k V配网真型故障模拟试验平台,分析接地电弧电磁辐射的时域与频域特性及传播衰减规律,结果表明:电弧电流的电磁辐射特征频段为20~30 MHz,该特征频段不会受到中性点接地方式、电弧接地介质与线路结构参数的显著影响,且特征频段内辐射信号在传播过程中衰减较慢。在此基础上,设计一种小型化三角形单极子–环形组合平面天线,工作频率为20~500 MHz。利用自制天线开展小型电弧故障定位实验,为后续配网电弧故障定位的应用研究提供基础。

摘要：传统Boost变换器存在实际增益受限、器件应力大、变换效率低等不足,难以实现高效率、高增益DC/DC变换。为此,提出一种由直流变压器和辅助变换器组合而成的功能解耦型高增益变换器,其中直流变压器主要实现高效、固定增益变换功能,而辅助变换器主要实现输出稳压功能。首先,对组合型高增益变换器的不同组合方式进行对比分析,确定功能解耦型高增益变换器的结构。然后,对直流变压器和辅助变换器的拓扑选择及控制策略进行讨论。在此基础上提出电路参数的优化设计方法,特别是直流变压器的参数定量设计。最后,根据所确定电路参数,搭建一台输出功率为400W的实验样机,实验结果验证了理论分析的正确性,实测最高变换效率为94.1%。

摘要：电网阻抗的存在可能引发光伏并网逆变器的谐波谐振,甚至不稳定。通过建立单相光伏并网逆变器的等效阻抗模型和等效控制模型,分析系统稳定性和谐振的关系,指出当光伏并网逆变器处于临界稳定状态时,系统由于阻抗匹配而出现谐振现象,且阻抗匹配的频率为系统开环截止频率。为降低并网电流中的谐波含量,应使光伏并网逆变器始终具有足够的稳定裕度,为此提出了“坚强的”光伏并网逆变器设计方案,且给出了详细的设计步骤。仿真和实验结果表明,所提的光伏并网逆变器能够输出较高质量的并网电流,其对电网阻抗具有很强适应性。

摘要：单相功率变换器由于交流侧与直流侧瞬时功率不平衡,其内部直流母线电容通常采用容值大的电解电容。而电解电容存在使用寿命短、热稳定性差等固有缺陷,影响变换器的使用寿命及可靠性。为此,该文设计一种有源电容变换器,通过控制其端口电压、电流满足电容元件的电压、电流微分关系,从而实现容值确定的有源电容来替代原来的电解电容,进而克服电解电容使用寿命短、热稳定性差的缺陷,延长单相功率变换器的使用寿命并提高了其热稳定性。本文首先介绍直流母线电容大小的计算方法,然后阐述有源电容变换器的工作原理及其参数定量设计的方法,最后利用仿真软件和样机进行相关仿真及实验验证,结果验证了理论分析和参数设计的正确性。