項(xiàng)目名稱 
模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用
提名單位（專家） 
東南大學(xué)
主要完成人 
趙劍鋒，曹武，田杰，梅軍，劉康禮，季曉春，董云龍
主要完成單位 
東南大學(xué)，南京南瑞繼保電氣有限公司，江蘇安科瑞電器制造有限公司

 

項(xiàng)目簡(jiǎn)介：
      大規(guī)?？稍偕茉床⒕W(wǎng)消納、電網(wǎng)柔性互聯(lián)及高效節(jié)能、多能源互補(bǔ)的分布式供能是目前備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)和自主創(chuàng)新關(guān)鍵領(lǐng)域，而固態(tài)功率變換是上述領(lǐng)域的核心支撐技術(shù)，科技部在“十一五”、“十二五”、“十三五”期間均圍繞該領(lǐng)域設(shè)立了重大專項(xiàng)。受商用功率變換器件耐壓及容量限制，通過(guò)器件直接串、并聯(lián)提升裝置功率等級(jí)的方法存在可靠性低、擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。而采用模塊化功率單元并聯(lián)或串聯(lián)方法可以有效解決上述問(wèn)題，但亟需突破容量高效分配、穩(wěn)定性分析及控制、功率單元實(shí)時(shí)保護(hù)等協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術(shù)瓶頸。
      東南大學(xué)自2003年起先后得到國(guó)家科技支撐、國(guó)家自然科學(xué)基金、江蘇省科技支撐等近30項(xiàng)縱向及橫向課題的持續(xù)資助，針對(duì)模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)容量高效分配、穩(wěn)定性分析及控制、功率單元實(shí)時(shí)保護(hù)等重點(diǎn)難題，開(kāi)展了從原理分析、創(chuàng)新發(fā)明到實(shí)際應(yīng)用的系列研究，系統(tǒng)性地構(gòu)建了大功率固態(tài)功率變換系統(tǒng)的理論體系。通過(guò)與南京南瑞繼保、安科瑞、江蘇博力等企業(yè)的深度合作，部分關(guān)鍵技術(shù)成果已經(jīng)在大容量有源濾波裝置、靜止無(wú)功發(fā)生器、光伏并網(wǎng)、柔性直流輸電裝置等產(chǎn)品中得到成功應(yīng)用，有力地支撐了大功率電能變換成套裝置產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

本項(xiàng)目主要科技創(chuàng)新成果如下：
      ①提出了模塊化固態(tài)功率變換并聯(lián)系統(tǒng)容量高效分配技術(shù)：提出了多機(jī)分次式、多機(jī)分次與全補(bǔ)償組合式、雙VSC交互并聯(lián)式以及基于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)的容量最優(yōu)分配方法，實(shí)現(xiàn)了模塊化并聯(lián)系統(tǒng)容量的最優(yōu)利用?；谠摷夹g(shù)成果，首次研制了14模塊并聯(lián)、5000A全有源諧波治理裝置，并成功應(yīng)用于化工行業(yè)低壓大電流諧波污染的治理；
      ②解決了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析及控制難題：提出了基于全局導(dǎo)納分析的并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法，通過(guò)分析全局導(dǎo)納的頻域特性，可以有效得出影響并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性的本質(zhì)因素；提出了基于分布式正阻尼有源導(dǎo)納、自適應(yīng)負(fù)比例電網(wǎng)電壓前饋的并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性直接控制方法，明顯改善了電流環(huán)導(dǎo)納高頻段阻尼特性，保證了并機(jī)系統(tǒng)的高可靠、穩(wěn)定運(yùn)行；
      ③克服了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)的實(shí)時(shí)保護(hù)技術(shù)難題：提出了多電平變流器的橋臂過(guò)流保護(hù)方法，并將其成功應(yīng)用于柔性直流輸電成套裝置；提出了并網(wǎng)變流器在極端運(yùn)行情況下的實(shí)時(shí)保護(hù)方法，并將其成功應(yīng)用于大容量有源濾波裝置；提出了逆變電路開(kāi)路故障的高效檢測(cè)方法，可快速、準(zhǔn)確定位故障元件；
      ④拓展了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：提出了固態(tài)功率變換串聯(lián)及并聯(lián)系統(tǒng)的若干底層核心技術(shù)；基于模塊化并聯(lián)核心技術(shù)，發(fā)明了地鐵供電系統(tǒng)的多目標(biāo)綜合控制節(jié)能方法及裝置、高壓脈沖電源；基于模塊化串聯(lián)核心技術(shù)，發(fā)明了雙調(diào)諧除冰方法、多功能固態(tài)快速轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)切換控制方法；融合模塊化串、并聯(lián)核心技術(shù)，發(fā)明了基于H橋級(jí)聯(lián)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的多功能電力電子變壓器以及應(yīng)用于交直流混合配電網(wǎng)的MMC型多端口電力電子變壓器。
      本項(xiàng)目已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利48項(xiàng)（其中，獲授權(quán)34項(xiàng)，在申請(qǐng)14項(xiàng)，專利實(shí)施許可3項(xiàng)），已發(fā)表 SCI /EI 收錄論文近100篇；培養(yǎng)博士研究生12名，碩士研究生60名，在站全職博士后2名；項(xiàng)目經(jīng)江蘇省教育廳等部門(mén)組織的科技成果鑒定，達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)、國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平；相關(guān)產(chǎn)品通過(guò)了中國(guó)電力科學(xué)研究院電力工業(yè)電氣設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心、國(guó)家太陽(yáng)能光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心、蘇州電器科學(xué)研究院等權(quán)威機(jī)構(gòu)的型式實(shí)驗(yàn)；項(xiàng)目成果在南瑞繼保、安科瑞、圖騰、博力等多個(gè)國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化與規(guī)模應(yīng)用，近3年累計(jì)新增產(chǎn)值12.19億元，新增利潤(rùn)2.19億元，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

 

主要完成單位1：東南大學(xué)
      提出了多機(jī)分次式、多機(jī)分次與全補(bǔ)償組合式、雙VSC交互并聯(lián)式以及基于動(dòng)態(tài)補(bǔ)償優(yōu)先級(jí)的容量分配方法，實(shí)現(xiàn)了模塊化并聯(lián)系統(tǒng)容量的最優(yōu)利用?；谠摷夹g(shù)成果，首次研制了14模塊并聯(lián)、5000A全有源諧波治理裝置，并成功應(yīng)用于化工行業(yè)低壓大電流諧波污染的治理；提出了基于全局導(dǎo)納分析的并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法，通過(guò)分析全局導(dǎo)納的頻域特性，可以有效得出影響并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性的本質(zhì)因素；提出了基于分布式正阻尼有源導(dǎo)納、自適應(yīng)負(fù)比例電網(wǎng)電壓前饋的并機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性直接控制方法，可以明顯改善電流環(huán)導(dǎo)納高頻段阻尼特性，保證并機(jī)系統(tǒng)的高可靠運(yùn)行；提出了逆變電路開(kāi)路故障的高效檢測(cè)方法，可快速、準(zhǔn)確定位故障元件；提出了大功率電能變換串聯(lián)及并聯(lián)系統(tǒng)的若干底層核心技術(shù)，并拓展了模塊化大功率電能變換系統(tǒng)的技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域。
 
主要完成單位2：南京南瑞繼保電氣有限公司
      提出了柔性直流多電平換流器的橋臂過(guò)流保護(hù)方法，包括閥基電子設(shè)備檢測(cè)閥橋臂過(guò)流故障保護(hù)配置方法，以及閥基電子設(shè)備檢測(cè)過(guò)流故障時(shí)保護(hù)功能實(shí)現(xiàn)方法，在上層保護(hù)控制系統(tǒng)以及底層閥基電子設(shè)備中同時(shí)配置橋臂過(guò)流檢測(cè)，并且在時(shí)序和定值上配合，通過(guò)該方法可以實(shí)現(xiàn)柔性直流輸電系統(tǒng)在出現(xiàn)橋臂過(guò)流時(shí)，在系統(tǒng)不間斷運(yùn)行情況下減小故障電流影響，實(shí)現(xiàn)橋臂連接線和交流母線出現(xiàn)接地或者相間故障時(shí)對(duì)閥的過(guò)流保護(hù)，操作過(guò)程簡(jiǎn)單可靠，易于實(shí)現(xiàn)；提出了柔性直流輸電領(lǐng)域中，孤島狀態(tài)下抑制多個(gè)換流站進(jìn)入無(wú)源控制模式的方法。

 

主要完成單位3：江蘇安科瑞電器制造有限公司
      提出了并網(wǎng)變流器在極端運(yùn)行情況下的實(shí)時(shí)保護(hù)方法，并將其成功應(yīng)用于大容量有源濾波裝置；發(fā)明了基于多臺(tái)有源電力濾波器并聯(lián)運(yùn)行的控制裝置，既保證裝置運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，提高設(shè)備的綜合利用率，又可以保證裝置中每臺(tái)設(shè)備部得到均等地利用，進(jìn)而提高整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

 

推廣應(yīng)用情況：
      經(jīng)過(guò)本項(xiàng)目組成員的共同努力，在國(guó)家科技支撐計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、多項(xiàng)江蘇省科技廳項(xiàng)目以及國(guó)家電網(wǎng)公司科技項(xiàng)目支持下，產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，在模塊化大功率固態(tài)功率變換系統(tǒng)控制、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用方面取得了多項(xiàng)創(chuàng)新性成果，技術(shù)轉(zhuǎn)化所形成的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)乃至國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平，滿足了客戶需求。該項(xiàng)目的技術(shù)成果近三年已累計(jì)完成新增產(chǎn)值超過(guò)12億元，該項(xiàng)目的技術(shù)成果已經(jīng)獲得了較好的應(yīng)用效果，未來(lái)仍然擁有很大的發(fā)展與應(yīng)用空間。

 

 

 

完成人1：趙劍鋒，排名1 ，院長(zhǎng)，教授，工作單位：東南大學(xué)，完成單位：東南大學(xué)
對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：為本項(xiàng)研究的總負(fù)責(zé)與組織者，經(jīng)過(guò)十多年在模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用領(lǐng)域的研究與積累，建立了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)完整理論體系，提出了項(xiàng)目總體研究方案與技術(shù)路線，帶領(lǐng)項(xiàng)目組研究人員開(kāi)展了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)控制、諧振變頻除冰、地鐵供電系統(tǒng)的多目標(biāo)綜合控制技術(shù)等方面研究，并掌握了核心技術(shù)，投入本項(xiàng)目研究時(shí)間占本人工作量的70%，對(duì)各創(chuàng)新點(diǎn)均有貢獻(xiàn)。
 
完成人2：曹武，排名2，講師，工作單位：東南大學(xué)，完成單位：東南大學(xué)
對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：研究了并聯(lián)型模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)控制技術(shù)，并結(jié)合低壓大容量的電能質(zhì)量治理場(chǎng)合，提出了三種多機(jī)并聯(lián)諧波補(bǔ)償?shù)姆峙浞桨?，掌握了模塊并聯(lián)運(yùn)行時(shí)的電流控制關(guān)鍵技術(shù)。針對(duì)其中的模塊單元，發(fā)明了電流滯環(huán)跟蹤控制的過(guò)采樣數(shù)字實(shí)現(xiàn)方法；針對(duì)多機(jī)系統(tǒng)，提出了多機(jī)分次和開(kāi)閉環(huán)結(jié)合諧波補(bǔ)償方案。投入本項(xiàng)目研究時(shí)間占本人工作量的80%。對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)1，2，4有很大貢獻(xiàn)。  

完成人3：田杰，排名3，研究員級(jí)高工，工作單位：南京南瑞繼保電氣有限公司，完成單位：南京南瑞繼保電氣有限公司
對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：解決了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、運(yùn)行等方面的關(guān)鍵問(wèn)題，提出了柔性直流多電平換流器的橋臂過(guò)流保護(hù)方法；提出了柔性直流輸電領(lǐng)域中，孤島狀態(tài)下抑制多個(gè)換流站進(jìn)入無(wú)源控制模式的方法。投入本項(xiàng)目研究時(shí)間占本人工作量的80%。對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)3做出了較大貢獻(xiàn)。 
 
完成人4：梅軍，排名4，副教授，工作單位：東南大學(xué)，完成單位：東南大學(xué)
對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：提出了模塊化固態(tài)功率變換的若干底層核心技術(shù)，包括具有環(huán)流反向自消除能力的對(duì)稱雙級(jí)聯(lián)直流變換單元、基于簡(jiǎn)化平衡因子的三電平虛擬空間矢量均壓調(diào)制方法等。投入本項(xiàng)目研究時(shí)間占本人工作量的40%。對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)4有很大貢獻(xiàn)。 
 
完成人5：劉康禮，排名5，博士后，工作單位：東南大學(xué)，完成單位：東南大學(xué)
對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：針對(duì)模塊化并聯(lián)諧波補(bǔ)償裝置容量分配方法提出優(yōu)化方案，結(jié)合上下層主從控制器間的協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)了多機(jī)并聯(lián)型APF補(bǔ)償容量的最優(yōu)利用；提出面向大型非線性沖擊性負(fù)荷諧波治理的大功率APF并機(jī)諧波補(bǔ)償系統(tǒng)動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，提高了補(bǔ)償系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。投入本項(xiàng)目研究時(shí)間占本人工作量的90%，對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)1、2有較大貢獻(xiàn)。

完成人6：季曉春，排名6，高工，工作單位：江蘇安科瑞電器制造有限公司，完成單位：江蘇安科瑞電器制造有限公司
對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：提出了一種基于多臺(tái)有源電力濾波器并聯(lián)運(yùn)行的控制裝置，大幅提高了設(shè)備的利用率及穩(wěn)定性；提出了一種用于APF電路的實(shí)時(shí)保護(hù)裝置和保護(hù)方法，可實(shí)現(xiàn)對(duì)APF整流器部分進(jìn)行保護(hù)、保證APF安全可靠運(yùn)行。投入本項(xiàng)目研究時(shí)間占本人工作量的70%，對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)1、3有較大貢獻(xiàn)。

 

完成人7：董云龍，排名7，高工，工作單位：南京南瑞繼保電氣有限公司，完成單位：南京南瑞繼保電氣有限公司
對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)創(chuàng)造性貢獻(xiàn)：提出了柔性直流多電平換流器的橋臂過(guò)流保護(hù)方法；提出了柔性直流輸電領(lǐng)域中，孤島狀態(tài)下抑制多個(gè)換流站進(jìn)入無(wú)源控制模式的方法。投入本項(xiàng)目研究時(shí)間占本人工作量的60%。對(duì)創(chuàng)新點(diǎn)3做出了較大貢獻(xiàn)。