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MMC-HVDC基本控制策略研究及改进模块化多电平换流器(MMC)作为全控型电压源换流器(VSC)的一种新型拓扑结构,具有开关频率低、波形质量高、可拓展等优点,具有良好的发展前景。
十几年来,MMC-HVDC技术发展飞快,在工程应用领域以及理论研究领域取得了众多的成果,但依然尚有许多研究问题需要解决,如电容电压平衡优化控制问题、控制系统优化设计问题,等等。
本文在总结前人研究成果的基础上,对MMC-HVDC系统基本控制策略展开了深入研究。
本文首先针对MMC-HVDC系统的拓扑结构及其基本工作原理进行了详细分析,建立了MMC换流器的数学模型,阐述了MMC换流器子模块电容器以及桥臂电抗器的选取方法,并就MMC-HVDC系统基本控制策略进行了简单的介绍,为MMC-HVDC系统模型的搭建提供了一定的理论依据。
其次,针对MMC-HVDC系统阀组级控制策略进行了研究,介绍了MMC调制技术,并对CPS-SPWM调制策略进行了重点叙述,对子模块电容电压波动机理与环流产生原理进行了分析,阐述了传统的电容电压均衡控制与环流抑制控制策略,并利用传统电容电压平衡控制的思想设计了改进的均压拓扑,搭建了仿真模型对改进的均压拓扑的有效性进行了仿真验证。
再者,针对MMC-HVDC系统换流站级控制策略进行了研究,根据MMC交流侧数学模型,推导出了基于d-q轴解耦控制的电流内环控制以及功率外环控制,并结合系统级控制和阀组级控制设计了两端有源MMC-HVDC控制系统,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了MMC-HVDC系统仿真模型,分别对有功、无功功率的阶跃和反转进行了仿真分析,结果验证了所设基本控制策略的正确性。
最后,为提高MMC-HVDC系统受干扰能力,本文对换流站级控制策略进行了改进,将功率外环控制由开环改进成闭环,同时在功率外环控制的基础上添加交流侧故障控制,在MATLAB/Simulink仿真平台上,搭建了两端有源MMC-HVDC系统仿真分析模型,对采用改进控制策略前后的小扰动工况以及暂态工况运行特性进行了对比分析,结果验证了改进控制策略的有效性。
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究1. 引言模块化多电平变换器是一种多级电力电子变换器，能够将直流电压转换为多个不同电平的交流电压。
它在工业和电力系统中广泛应用，具有高效、高可靠性和灵活性等优点。
本文将详细探讨模块化多电平变换器的调制与控制策略研究。
2. 模块化多电平变换器调制策略2.1 基础调制策略基础调制策略是指将模块化多电平变换器中的各个电平通过一定逻辑关系进行调制，以获取期望的输出电压波形。
常见的基础调制策略有： - 脉宽调制（PWM）：通过调整脉宽比来控制输出电压的幅值。
- 脉振调制（PWM）：通过调整脉冲数量来控制输出电压的幅值。
2.2 多电平合成调制策略多电平合成调制策略通过将多个电平的脉宽信号叠加起来形成最终的输出电压波形，以实现较高分辨率的电压调控。
常见的多电平合成调制策略有： - 多载波脉宽调制（MCPWM）：将多个载波信号与基础调制策略相结合，实现多电平的合成。
- 多电平脉振调制（MSPWM）：通过多个脉冲数量来实现多电平的合成。
3. 模块化多电平变换器控制策略3.1 传统控制策略传统的控制策略主要包括： - 比例积分控制（PI控制）：通过调整比例项和积分项的权重，实现输出电压的稳定控制。
- 直接功率控制（DPC）：通过测量输出功率并与期望功率进行比较，控制模块化多电平变换器的操作状态。
- 直接转换功率控制（DTPC）：将输出功率与期望功率的差值直接转换为控制信号，实现精确的功率控制。
3.2 先进控制策略先进的控制策略主要包括： - 预测控制（Model Predictive Control，MPC）：利用数学模型预测系统未来的行为，并根据预测结果进行控制决策。
- 模糊控制：基于模糊逻辑的控制方法，根据输入和输出的模糊集合关系进行控制决策。
- 神经网络控制：利用人工神经网络模拟人脑的学习和决策过程，实现模块化多电平变换器的自适应控制。
4. 实验研究与应用本文基于模块化多电平变换器进行了一系列实验研究，并将其应用于电力系统中。
《模块组合多电平变换器（MMC）研究》篇一一、引言随着电力电子技术的快速发展，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的电力变换装置，在高压直流输电、柔性交流输电系统以及新能源并网等领域得到了广泛的应用。
MMC 以其高可靠性、高效率、高灵活性的特点，成为了现代电力电子技术研究的热点。
本文旨在探讨MMC的原理、控制策略、运行特性及其在电力系统中的应用。
二、MMC的基本原理与结构MMC是一种基于模块化结构的电压源型多电平变换器，其基本原理是将多个子模块（SM）串联起来组成一个完整的变换器，每个子模块包括一个电力电子开关（如IGBT）和一个与其反向并联的二极管，以及相应的储能电容和电阻。
这种结构使得MMC具有较高的耐压能力，并可以输出多个电平的电压。
MMC的结构包括上下桥臂，通过控制上下桥臂中子模块的导通与关断，实现AC/DC和DC/AC的转换。
其特点是子模块数目多，控制复杂度高，但灵活性好，适用于高压大功率场合。
三、MMC的控制策略MMC的控制策略主要包括子模块的投入与切除控制、环流抑制控制以及谐波消除控制等。
子模块的投入与切除控制决定了MMC的输出电压，而环流抑制控制和谐波消除控制则保证了MMC的稳定运行和输出波形的质量。
近年来，随着数字信号处理技术的发展，MMC的控制策略也在不断优化。
例如，基于模型预测控制的MMC控制策略能够更好地实现多目标优化控制，提高系统的动态性能和稳态性能。
此外，基于人工智能算法的控制策略也在MMC中得到了应用，如模糊控制、神经网络控制等，这些算法能够根据系统运行状态实时调整控制参数，提高系统的自适应性。
四、MMC的运行特性与优势MMC的运行特性主要包括高可靠性、高效率、高灵活性等。
由于其模块化结构，当某个子模块出现故障时，可以通过切换冗余子模块来保证系统的正常运行，因此具有较高的可靠性。
此外，MMC的输出电压可以调节为多个电平，使得谐波分量减少，提高了系统的效率。
同时，通过灵活调整子模块的投入与切除，可以实现快速响应和精确控制。
模块组合多电平变换器的研究综述一、本文概述随着电力电子技术的快速发展，多电平变换器作为一种高效、可靠的电力转换方式，在能源转换、电机驱动、电网接入等多个领域得到了广泛应用。
其中，模块组合多电平变换器因其模块化设计、易于扩展和维护等优点，受到了广泛关注。
本文旨在对模块组合多电平变换器的研究进行全面的综述，以期为相关领域的研究人员提供有价值的参考。
本文将介绍模块组合多电平变换器的基本原理和分类，包括其基本结构、工作原理以及常见的拓扑结构。
在此基础上，将重点分析模块组合多电平变换器的性能特点，如输出电压波形质量、效率、动态响应等，以及其在不同应用场合中的优势和局限性。
本文将综述模块组合多电平变换器的关键控制技术，包括调制策略、均压策略、故障诊断与容错控制等。
这些控制技术对于提高变换器的性能、稳定性和可靠性具有重要意义。
通过对现有研究成果的梳理和评价，本文旨在为相关研究人员提供有关模块组合多电平变换器控制技术的全面认识。
本文将展望模块组合多电平变换器的研究趋势和前景。
随着新能源、智能电网等领域的快速发展，模块组合多电平变换器将面临更多的应用需求和挑战。
本文将对未来的研究方向和潜在的应用领域进行探讨，以期为相关领域的研究和发展提供有益的启示。
二、多电平变换器的基本原理与分类多电平变换器是一种电力电子装置，其核心思想是通过产生多个不同的直流或交流电平，以实现对输出电压或电流的精细控制。
这种变换器在高压大功率应用场合中特别受欢迎，因为它能有效减少开关过程中的电压和电流应力，从而降低开关损耗，提高整体系统效率。
多电平变换器的基本原理在于利用多个独立或相互关联的电压源或电流源，生成多个不同的电平。
通过合适的控制策略，这些电平可以被有效地组合和切换，从而实现对输出电压或电流的精确控制。
与传统的两电平变换器相比，多电平变换器在电压和电流波形上更为平滑，产生的谐波分量更少，对电网的污染也更小。
中性点钳位型（NPC）：NPC多电平变换器通过在直流侧引入多个电容器，并将它们与开关管相连，形成多个电平。
文章编号：１００４－２８９Ｘ（２０２０）０６－００３２－０５模块化多电平换流器改进简化模型及分析张?一１，陈和洋２，罗赫平１（１．福州大学电气工程与自动化学院，福建 福州 ３５０１０８；２ 国网龙岩供电公司，福建 龙岩 ３６４０００）摘 要：模块化多电平换流器（ＭＭＣ）在电平数较多情况下采用等效模型进行电磁暂态仿真对解决仿真效率低问题具重要意义。
实际子模块中存在均压电阻，现有建模方法往往对其进行忽略，本文对含均压电阻的受控源桥臂等效模型建模进行改进简化，进一步提高ＭＭＣ受控源等效模型仿真的精度和效率。
方法通过对ＭＭＣ子模块开关器件以开关状态形式进行简化，基于递推Ｄｏｍｍｅｌ等值计算方法，降低子模块电容电压更新计算复杂度进而提高仿真效率。
并在ＰＳＣＡＤ软件进行仿真分析两种常见详细等值模型，为ＭＭＣ模型选取提供选择依据。
关键词：模块化多电平换流器；受控源等效模型；电磁暂态仿真中图分类号：ＴＭ７２ 文献标识码：ＢＩｍｐｒｏｖｅｄＳｉｍｐｌｉｆｉｅｄＭｏｄｅｌａｎｄＡｎａｌｙｓｉｓｏｆＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒＺＨＡＮＧＸｕａｎ ｙｉ１，ＣＨＥＮＨｅ ｙａｎｇ２，ＬＵＯＨｅ ｐｉｎｇ１（１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｆｕｚｈｏｕ３５０１０８，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＧｒｉｄＬｏｎｇｙａｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏｍｐａｎｙ，Ｌｏｎｇｙａｎ３５０００７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉ ｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ（ＭＭＣ）ａｄｏｐｔａｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｆｏｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｈｅｎｔｈｅｒｅａｒｅｍａｎｙｌｅｖｅｌｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｌｏｗｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．Ｔｈｅｖｏｌｔ ａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｅｘｉｓｔｓｉｎｔｈｅａｃｔｕａｌｓｕｂｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｔｅｎｎｅｇｌｅｃｔｅｄｂｙｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｂｒｉｄｇｅａｒｍｗｉｔｈｖｏｌｔａｇｅ ｓｈａｒｉｎｇｒｅｓｉｓｔｏｒ，ａｎｄｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅＭＭＣｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙａｎｄｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＴｈｅｍｅｔｈｏｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｓｔｈｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｓｔａｔｅｏｆｔｈｅＭＭＣｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｓｗｉｔｃｈｉｎｇｄｅｖｉｃｅ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｒｅｃｕｒ ｓｉｖｅＤｏｍｍｅｌｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｂ ｍｏｄｕｌｅｃａｐａｃｉｔｏｒｖｏｌｔａｇｅｕｐｄａｔｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ．ＩｎＰＳＣＡＤｓｏｆｔｗａｒｅ，ｔｗｏｃｏｍｍｏｎｄｅｔａｉｌｅｄｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅｍｏｄｅｌｓａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｔｏｐｒｏｖｉｄｅａｂａｓｉｓｆｏｒｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆＭＭＣｍｏｄｅｌｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｍｏｄｕｌａｒｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌｃｏｎｖｅｒｔｅｒ；ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｓｏｕｒｃｅｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｍｏｄｅｌ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ１ 引言直流输电技术凭借着其适合远距离大容量传输的特点得到了广泛的推广和发展，是解决能源资源优化配置的有效方法之一。
模块化多电平变换器的调制与控制策略研究随着电力系统对高效、可靠和经济的需求不断增加，多电平变换器在变频驱动等领域得到了广泛应用。
在多电平变换器中，调制与控制策略是影响其性能的重要因素。
本文就模块化多电平变换器的调制与控制策略进行研究，旨在提供更加高效、可靠和经济的控制方案。
一、多电平变换器的基本结构与控制策略多电平变换器的基本结构是由多个单元变换器级联组成，其中单元变换器的输出电压取决于其输入电压和开关状态。
多电平变换器的核心控制策略是调制，即对输入电压进行合理的分配和调整，以使输出电压满足设定的要求。
常见的多电平变换器控制策略包括：基于脉宽调制（PWM）的空间载波调制（SPM）、基于时间调制（TDM）的相位移调制（PPM）和基于选择性谐波消除（SHR）的控制策略等。
其中，SPM是一种常用的PWM策略，其主要思想是在极低频率的基础波上添加高频三角波进行调制，以达到分配电压等级的目的。
PPM则是另一种常用的技术，其通过改变不同单元变换器之间的输出相位来减少谐波，并简化了使用交流串联电容的电路，具有比SPM更好的性能。
二、模块化多电平变换器的调制与控制策略对于传统的多电平变换器，其控制信号需要在各个单元变换器之间传递，且每个单元变换器都需要进行复杂的调制计算，影响了控制效率。
而模块化多电平变换器通过将多个单元变换器分为不同的模块进行控制，可以有效提高控制效率。
本研究所采用的控制策略是基于模块化多电平变换器的，其主要特点是利用多模块转换器（MMC）替代传统的单元变换器，从而实现模块之间的直接串联，可以大大简化控制和调制计算。
在MMC的控制中，呈线性的母线电压需要通过合适的载波调制技术来变换为一系列的电平电压。
本研究所采用的基于MMC的控制策略是基于SHR技术的，其主要思想是通过选择特定的振荡频率来消除Harmonic L / N (N，L = 1, 3, 5 ...)所产生的谐波，从而保证输出电压的质量和稳定性。
模块化多电平矩阵变换器参数设计模块化多电平矩阵变换器（Modular Multilevel Matrix Converter，简称MMC）是一种新型的电力电子转换器，它具有多电平输出、模块化设计、高效率、高频响应等特点。
在电力系统中，MMC可以用于直流输电、风能和太阳能发电系统、电动汽车充电系统等多个领域。
如何进行MMC的参数设计是一个重要的问题，本文将对该问题进行全面的讨论，以期对工程实践有一定的指导意义。
首先，MMC的参数设计需要考虑其工作频率和最大功率等级。
根据实际应用场景和系统要求，确定MMC的工作频率和最大功率等级是非常关键的。
工作频率高可使得MMC在电力转换过程中具有更快的响应速度和更好的控制性能，同时也会增加设备的损耗。
而最大功率等级则决定了MMC能够承载的负载大小，需要根据实际负载需求进行合理选择。
其次，MMC的电容模块参数设计是非常重要的一环。
MMC采用多电平输出方式，因此需要有足够的电容来存储电荷，以实现电力转换。
为了保证MMC的性能和稳定性，电容模块的参数设计需要满足一定的要求。
首先，电容的容量要足够大，以确保能够储存足够的电荷；其次，电容的电压等级应与MMC的输出电压等级相匹配，以保证电荷的平衡和稳定。
另外，MMC的开关器件参数设计也是非常重要的。
开关器件是MMC 的核心部件，其性能和参数的选择直接影响整个MMC系统的性能和效率。
对于MMC来说，开关器件的关键参数包括：开关频率、导通和关断电流能力、开关损耗等。
开关频率应根据MMC的工作频率和控制策略来确定，一般要求开关频率高，以提高系统的响应速度；导通和关断电流能力要足够强，以确保器件正常工作和可靠性；开关损耗要尽量降低，以提高系统的效率。
最后，MMC的控制策略和算法也是参数设计中需要考虑的一部分。
MMC的工作可以通过电流控制和电压控制两种方式来实现。
电流控制方式适用于负载波动大、需要保持电流稳定的场景；电压控制方式适用于负载波动小、需要保持电压稳定的场景。
《模块组合多电平变换器（MMC）研究》篇一一、引言随着电力电子技术的不断发展，高压大功率的电力变换系统已成为电力系统的重要一环。
其中，模块组合多电平变换器（MMC）作为一种新型的变换器拓扑结构，以其优越的性能和良好的灵活性，得到了广泛的关注和应用。
本文将对MMC的基本原理、特点及其在电力系统中的应用进行研究。
二、模块组合多电平变换器（MMC）的基本原理和特点MMC是一种基于模块化设计的多电平变换器，其基本原理是将多个子模块通过串联的方式组成一个整体，形成一个具有多电平输出的变换器。
每个子模块包含一个IGBT桥臂、一个电容和相关的保护电路等。
当需要调节输出电压时，通过控制各个子模块的通断状态，即可实现电压的调节和电能的质量控制。
MMC具有以下优点：1. 高电压输出：由于采用了多电平技术，MMC能够输出更高的电压，适用于高压大功率的场合。
2. 谐波性能好：多电平技术能够降低输出电压的谐波分量，减小对电网的污染。
3. 模块化设计：MMC采用模块化设计，方便了维护和升级。
4. 灵活性高：通过调整子模块的通断状态，可以灵活地控制输出电压和电能质量。
三、MMC在电力系统中的应用MMC在电力系统中的应用非常广泛，主要表现在以下几个方面：1. 新能源并网：MMC可以用于风电、光伏等新能源的并网系统中，实现电能的转换和传输。
2. 柔性直流输电：MMC可以用于构建柔性直流输电系统，实现电能的远距离、大容量传输。
3. 电机驱动：MMC可以用于电机驱动系统中，实现电机的高效、可靠运行。
4. 电力质量改善：通过MMC的多电平技术和灵活的控制策略，可以有效地改善电力系统的电能质量，减少谐波对电网的污染。
四、MMC的研究进展和挑战近年来，MMC的研究已经取得了重要的进展。
研究人员对MMC的控制策略、保护机制、故障诊断等方面进行了深入的研究，提出了许多新的思路和方法。
同时，随着新材料、新技术的不断发展，MMC的性能和效率也得到了进一步的提高。
迫机＞易校镂丿应用2021,48(3)电力电子变流器技术EMCA模块化多电平变换器全桥型子模块优化均压控制方法**刘道正-金鑫-游坤奇S刘罗S刘西蒙S易灵芝$(1.湖南电器科学研究院有限公司，湖南长沙410009；2.湘潭大学自动化与电子信息学院湖南省多能源协同控制技术工程研究中心，湖南湘潭4门105)摘要：模块化多电平变换器(MMC)子模块(SM)的数量与直流侧电压成正比，当SM增加时，会导致MMC的开关损耗急剧增加，因此降低功率器件的开关频率一直是MMC的重要研究方向之一。
采用最近电平逼近调制(NLM)方式,提出一种基于全桥型SM的改进均压排序法，旨在降低MMC中功率器件IGBT的开关频率,该方法实现相对简单，无需额外的控制器，且易于扩展。
最后,通过在MATLAB/Simulink平台搭建了19个全桥SM的仿真模型，验证了该方法的有效性。
验证了所提全桥型SM优化均压策略，可以有效避免IGBT 不必要的反复投切，降低IGBT的开关损耗,同时对外部输出特性不会产生负面影响。
关键词：模块化多电平变换器；改进均压排序法；开关损耗；全桥子模块中图分类号：TM46文献标志码：A文章编号：1673-6540(2021)03-0075-06doi：10.12177/emca.2020.219Optimization of Voltage Sharing Control Method for Full-BridgeSub-Module of Modular Multilevel Converter*LIU Daozheng1,JIN Xin,YOU Kunqi1,LIU Luo2,LIU Ximeng2,YI Lingzhi2(1.Hunan Electrical Apparatus Research Institute Co.,Ltd.,Changsha410009,China;2.School of Automation and Electronic Information,Hunan Province Cooperative Innovation Center forWind Power Equipment and Energy Conversion,Xiangtan University,Xiangtan411105,China)Abstract：The number of modular multilevel converter(MMC)sub-modules(SMs)is proportional to the voltage of DC side.When the SM number increases,the switching loss of MMC will increase sharp,so reducing the switching frequency of power devices has been an important research direction of MMC.The nearest level modulation(NLM)is adopted and an improved equal-voltage ranking method based on a full-bridge SM is proposed,aiming to reduce the switching frequency of IGBT in MMC.This method is relatively simple,requires no additional controller and is easy to be extended.Then,19simulation models of full-bridge SM are built on MATLAB/Simulink platform to verify the effectiveness of the method.It is verified that the proposed full-bridge SM optimization voltage-sharing strategy can effectively avoid unnecessary repeated switching of IGBT,reduce the switching loss of IGBT,and have no negative eflects on the external output characteristics.Key words:modular multilevel converter;improved equal-voltage ranking method;switching loss;fullbridge sub-module收稿日期：2020-12-07；收到修改稿日期：2021-01-15*基金项目：国家自然科学基金项目(615724⑹；湖南省自科基金株洲联合基金项目(2020JJ6009);大功率交流传动电力机车系统集成国家重点实验室开放课题作者简介：刘道正(1988—)，男，硕士，工程师，研究方向为高低压电器产品检测方法和设备。
