基于MCS-SBL算法的配电网故障定位方法

配电网拓扑结构复杂,传统方法往往需要大量测点信息且难以实现快速有效的故障定位,本文提出基于少量测点信息的故障定位方法。首先,利用等效原理建立一个欠定的故障节点电压方程;其次,利用多重测量向量模型的贝叶斯压缩感知算法求解方程,根据重构稀疏电流矩阵的非零元素位置求解故障区域,实现故障定位;最后,在IEEE33节点配电系统上进行仿真实验,结果表明,所提方法仅需要少量测点的故障前后正序电压分量便可有效定位故障,计算速度较快,并且基本不受故障类型、过渡电阻的影响,同时适用于单故障和多重故障的场景,具有较强的抗噪能力。

基于嵌入式系统的非同步采样高精度谐波检测

电网工频时变将导致固定采样率下的非同步采样现象,降低谐波检测精度。A类谐波测量仪器通过硬件锁相克服了该问题,但高昂的价格使其难以广泛应用于实际工程。在嵌入式系统中通过合理的算法校正非同步采样结果,实现谐波的准确测量,能够有效降低设备成本。首先分析频谱泄漏抑制条件与多点变换谐波测量算法特性,研究不同变换点数对频谱的影响,推导在不同采样条件下的最佳变换点数选择式。其次提出优先计算基波及低次奇次谐波频率的平均参考工频优化算法,进一步改善了整体计算效果。最后在STM32嵌入式系统上实现了算法。模拟数据计算及LED灯谐波检测实验结果均验证了在非同步采样下,基于该算法的嵌入式系统谐波测量的高精度性与高可靠性。

面向新工科的两阶段探究式模拟电子技术实验教学实践

20世纪以来,电子科技飞速发展,模拟电子技术和数字电子技术在其发展中发挥着不可替代的作用。电子技术实验课程作为理论学习和工程实际的桥梁,受到工科电类相关专业的重视。面向新工科建设,采用适当的实验课程教学方法是提升该课程教学质量和教学成效的关键。针对模拟电子技术实验教学,通过分析和探讨实验教学现状和教学过程存在的短板,提出了两阶段探究式模拟电子技术实验教学方法,并有机结合现代化教学媒介和多元化实验平台,拓展实验教学内容,取得了较好的教学效果。

基于μPMU测量数据的配电网线路阻抗参数估计

为解决长期以来低压配电网线路阻抗参数缺失的问题,基于微型同步相量测量单元(micro phasor measurement unit,μPMU)提供的测量数据,首先,以线路阻抗参数为变量,根据测量数据推算台区首端状态值,以推算值与实测值的差值作为目标函数,将阻抗参数的求解转化为多目标最优化问题;然后,通过实验确定合适的目标函数权重系数取值和数据集大小,以减少误差对求解结果的影响,使模型求解精度达到较高水准;最后,搭建了包含26个负荷节点、34条线路支路的低压配电网台区算例,在考虑实际测量误差的情况下,线路阻抗参数计算平均误差为3.87%。算例结果表明,所提方法实现了阻抗参数的精确计算,验证了所提模型的有效性。

开关变换器及其控制环路的建模综述

对开关变换器及其控制环路的建模方法进行归纳与总结。将开关变换器的建模方法分为连续建模和离散建模,或基于电路分析的建模和基于数学推导的建模。在此基础上,结合控制环路的建模,将开关变换器及其控制环路的建模方法分为平均建模、离散建模和考虑边频的建模3大类。根据此分类,系统分析平均法、离散时间法、采样数据法、描述函数法、多谐波小信号法以及谐波状态空间法的原理和特点,揭示各种建模方法的区别与联系,以及优缺点和适用性。以应用最为广泛的平均法为例,首先采用时间平均等效电路建模方法,得到基本开关变换器的等效电路模型,推导用于频域特性分析的8个完整的功率级传递函数。其次,针对电流型控制的平均小信号模型无法揭示次谐波振荡,以及传统采样保持系数无法适用于不同平均小信号模型的问题,提出通用的采样保持系数。最后,给出综述结论并进行研究展望。

具有低输出电流纹波的高功率因数Cuk PFC变换器

工作于输入电感电流断续模式的Cuk功率因数校正(PFC)变换器,在半个工频周期内占空比恒定时,其输入电流存在谐波畸变,功率因数(PF)较低。针对此问题,研究了工作于输入电感电流断续模式、输出电感电流连续模式的Cuk PFC变换器。通过推导输入电流和PF值的表达式,设计了一种基于变占空比控制的Cuk PFC变换器,可保证在宽输入电压范围内使PF值接近于1,且减小器件的电流应力。通过占空比拟合的方法简化了控制电路的设计。充分利用了Cuk变换器输出电流无脉动、纹波小的特点,实现了低纹波的恒流输出。最后,通过仿真和实验对定占空比控制的Cuk PFC变换器与提出的变占空比控制Cuk PFC变换器进行了性能对比,验证了理论分析的正确性。

Dynamics and stabilization of peak current-mode controlled buck converter with constant current load

The discrete iterative map model of peak current-mode controlled buck converter with constant current load（CCL）,containing the output voltage feedback and ramp compensation, is established in this paper. Based on this model the complex dynamics of this converter is investigated by analyzing bifurcation diagrams and the Lyapunov exponent spectrum. The effects of ramp compensation and output voltage feedback on the stability of the converter are investigated. Experimental results verify the simulation and theoretical analysis. The stability boundary and chaos boundary are obtained under the theoretical conditions of period-doubling bifurcation and border collision. It is found that there are four operation regions in the peak current-mode controlled buck converter with CCL due to period-doubling bifurcation and border-collision bifurcation. Research results indicate that ramp compensation can extend the stable operation range and transfer the operating mode, and output voltage feedback can eventually eliminate the coexisting fast-slow scale instability.

电感电流伪连续导电模式下Buck变换器的动力学建模与分析

以电感电流伪连续导电模式(pseudo-continuous conduction mode,PCCM)下Buck变换器为例,通过对开关变换器的开关模态的完整描述,建立了PCCM Buck变换器的精确离散时间模型.基于该模型,研究了PCCM Buck变换器在负载电阻、电感等效串联电阻、电感、电容、参考电流和输入电压等电路参数变化时的分岔行为,并揭示了变换器存在的次谐波振荡、倍周期分岔和混沌等复杂动力学行为.基于分段光滑开关模型的数值仿真,得到变换器在不同负载电阻下的时域波形图和相轨图,验证了离散时间模型的正确性.理论分析和仿真结果表明:PCCM Buck变换器更适合工作在轻载条件,加大负载会导致变换器工作状态的失稳以及工作模式的转移;电感的等效串联电阻对变换器稳定性具有一定程度的影响,且等效串联电阻越大,变换器越稳定.研究结果对于设计与控制PCCM Buck变换器具有重要意义.

基于串联型分布式MPPT架构的直流微网系统无缝切换控制策略

为了提高直流微网系统中光伏单元的输出功率,以串联型分布式最大功率点跟踪(MPPT)架构代替传统的集中式MPPT架构,以光伏单元、蓄电池和负荷组成的直流微网系统为研究对象,分析了串联型分布式MPPT架构的控制策略。在不增加通信电路的前提下,提出了一种从MPPT模式到稳压降功率模式的无缝切换控制方法;为了保证直流母线电压稳定、串联型分布式MPPT架构安全运行以及延长蓄电池寿命,设计了直流微网系统的工况与能量管理控制策略。通过MATLAB/Simulink仿真分析表明:在环境失配情况下,采用串联型分布式MPPT架构可以大幅提升光伏单元的输出功率;所提控制方法可以有效地完成模式之间的无缝切换;所设计的系统能量管理控制策略可以良好地协调各单元运行,实现系统安全、稳定、高效运行。

交错并联Buck变换器的快速脉冲电流输出研究

将脉冲宽度调制(PWM)调光策略与电荷控制四相交错并联Buck变换器相结合,可输出具有快速上升沿/下降沿的脉冲电流,适用于脉冲负载场合。分析了两种PWM调光策略(两电平调光和开关管调光)下变换器的工作原理,并通过实验结果对比分析了变换器采用这两种调光策略作为输出电流实现方式时瞬态性能的差异。实验结果表明,两电平调光策略下变换器的输出电流上升/下降过程平稳缓慢,开关管调光策略下变换器的输出电流上升/下降过程迅速,但上升沿有微小过冲。

具有快速瞬态响应和宽稳定范围的交错并联Buck变换器恒流控制技术

将电荷控制与4相交错并联Buck变换器相结合,应用于恒流输出场合,拓宽了变换器的稳定范围,提高了变换器的瞬态响应速度;将其与峰值电流控制的4相交错并联Buck变换器进行对比,建立并统一了两者的小信号模型。在统一模型的基础上,分析了2种控制方法下变换器的稳定性和瞬态性能,从理论上证明了在没有添加斜坡补偿的条件下,电荷控制比峰值电流控制具有更宽的稳定范围和更优的瞬态性能。最后通过仿真和实验验证了理论分析的正确性。

Sampled-data modeling and dynamical effect of output-capacitor time-constant for valley voltage-mode controlled buck-boost converter

By analyzing the output voltage ripple of a buck-boost converter with large equivalent series resistance（ESR） of output capacitor, one valley voltage-mode controller for buck-boost converter is proposed. Considering the fact that the increasing and decreasing slopes of the inductor current are assumed to be constant during each switching cycle, an especial sampleddata model of valley voltage-mode controlled buck-boost converter is established. Based on this model, the dynamical effect of an output-capacitor time-constant on the valley voltage-mode controlled buck-boost converter is revealed and analyzed via the bifurcation diagrams, the movements of eigenvalues, the Lyapunov exponent spectra, the boundary equations,and the operating-state regions. It is found that with gradual reduction of output-capacitor time-constant, the buck-boost converter in continuous conduction mode（CCM） shows the evolutive dynamic behavior from period-1 to period-2, period-4, period-8, chaos, and invalid state. The stability boundary and the invalidated boundary are derived theoretically by stability analysis, where the stable state of valley voltage-mode controlled buck-boost converter can enter into an unstable state, and the converter can shift from the operation region to a forbidden region. These results verified by time-domain waveforms and phase portraits of both simulation and experiment indicate that the sampled-data model is correct and the time constant of the output capacitor is a critical factor for valley voltage-mode controlled buck-boost converter, which has a significant effect on the dynamics as well as control stability.