項目名稱 
模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制關鍵技術及應用
提名單位（專家） 
東南大學
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，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

 

項目簡介：
      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、多能源互補的分布式供能是目前備受關注的研究熱點和自主創(chuàng)新關鍵領域，而固態(tài)功率變換是上述領域的核心支撐技術，科技部在“十一五”、“十二五”、“十三五”期間均圍繞該領域設立了重大專項。受商用功率變換器件耐壓及容量限制，通過器件直接串、并聯(lián)提升裝置功率等級的方法存在可靠性低、擴展性差等缺點。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、功率單元實時保護等協(xié)調(diào)優(yōu)化控制技術瓶頸。
      東南大學自2003年起先后得到國家科技支撐、國家自然科學基金、江蘇省科技支撐等近30項縱向及橫向課題的持續(xù)資助，針對模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)容量高效分配、穩(wěn)定性分析及控制、功率單元實時保護等重點難題，開展了從原理分析、創(chuàng)新發(fā)明到實際應用的系列研究，系統(tǒng)性地構建了大功率固態(tài)功率變換系統(tǒng)的理論體系。通過與南京南瑞繼保、安科瑞、江蘇博力等企業(yè)的深度合作，部分關鍵技術成果已經(jīng)在大容量有源濾波裝置、靜止無功發(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：提出了多機分次式、多機分次與全補償組合式、雙VSC交互并聯(lián)式以及基于動態(tài)補償優(yōu)先級的容量最優(yōu)分配方法，實現(xiàn)了模塊化并聯(lián)系統(tǒng)容量的最優(yōu)利用?；谠摷夹g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：提出了基于全局導納分析的并機系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法，通過分析全局導納的頻域特性，可以有效得出影響并機系統(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納、自適應負比例電網(wǎng)電壓前饋的并機系統(tǒng)穩(wěn)定性直接控制方法，明顯改善了電流環(huán)導納高頻段阻尼特性，保證了并機系統(tǒng)的高可靠、穩(wěn)定運行；
      ③克服了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)的實時保護技術難題：提出了多電平變流器的橋臂過流保護方法，并將其成功應用于柔性直流輸電成套裝置；提出了并網(wǎng)變流器在極端運行情況下的實時保護方法，并將其成功應用于大容量有源濾波裝置；提出了逆變電路開路故障的高效檢測方法，可快速、準確定位故障元件；
      ④拓展了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)的技術應用領域：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；基于模塊化并聯(lián)核心技術，發(fā)明了地鐵供電系統(tǒng)的多目標綜合控制節(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，發(fā)明了雙調(diào)諧除冰方法、多功能固態(tài)快速轉(zhuǎn)換開關切換控制方法；融合模塊化串、并聯(lián)核心技術，發(fā)明了基于H橋級聯(lián)拓撲結構的多功能電力電子變壓器以及應用于交直流混合配電網(wǎng)的MMC型多端口電力電子變壓器。
      本項目已申請國家發(fā)明專利48項（其中，獲授權34項，在申請14項，專利實施許可3項），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；項目經(jīng)江蘇省教育廳等部門組織的科技成果鑒定，達到了國際先進、國內(nèi)領先水平；相關產(chǎn)品通過了中國電力科學研究院電力工業(yè)電氣設備質(zhì)量檢驗測試中心、國家太陽能光伏產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、蘇州電器科學研究院等權威機構的型式實驗；項目成果在南瑞繼保、安科瑞、圖騰、博力等多個國家級高新技術企業(yè)實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化與規(guī)模應用，近3年累計新增產(chǎn)值12.19億元，新增利潤2.19億元，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

 

主要完成單位1：東南大學
      提出了多機分次式、多機分次與全補償組合式、雙VSC交互并聯(lián)式以及基于動態(tài)補償優(yōu)先級的容量分配方法，實現(xiàn)了模塊化并聯(lián)系統(tǒng)容量的最優(yōu)利用。基于該技術成果，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；提出了基于全局導納分析的并機系統(tǒng)穩(wěn)定性判定方法，通過分析全局導納的頻域特性，可以有效得出影響并機系統(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納、自適應負比例電網(wǎng)電壓前饋的并機系統(tǒng)穩(wěn)定性直接控制方法，可以明顯改善電流環(huán)導納高頻段阻尼特性，保證并機系統(tǒng)的高可靠運行；提出了逆變電路開路故障的高效檢測方法，可快速、準確定位故障元件；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，并拓展了模塊化大功率電能變換系統(tǒng)的技術應用領域。
 
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流保護方法，包括閥基電子設備檢測閥橋臂過流故障保護配置方法，以及閥基電子設備檢測過流故障時保護功能實現(xiàn)方法，在上層保護控制系統(tǒng)以及底層閥基電子設備中同時配置橋臂過流檢測，并且在時序和定值上配合，通過該方法可以實現(xiàn)柔性直流輸電系統(tǒng)在出現(xiàn)橋臂過流時，在系統(tǒng)不間斷運行情況下減小故障電流影響，實現(xiàn)橋臂連接線和交流母線出現(xiàn)接地或者相間故障時對閥的過流保護，操作過程簡單可靠，易于實現(xiàn)；提出了柔性直流輸電領域中，孤島狀態(tài)下抑制多個換流站進入無源控制模式的方法。

 

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)變流器在極端運行情況下的實時保護方法，并將其成功應用于大容量有源濾波裝置；發(fā)明了基于多臺有源電力濾波器并聯(lián)運行的控制裝置，既保證裝置運行的經(jīng)濟性，提高設備的綜合利用率，又可以保證裝置中每臺設備部得到均等地利用，進而提高整個系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。

 

推廣應用情況：
      經(jīng)過本項目組成員的共同努力，在國家科技支撐計劃、國家自然科學基金、多項江蘇省科技廳項目以及國家電網(wǎng)公司科技項目支持下，產(chǎn)學研相結合，在模塊化大功率固態(tài)功率變換系統(tǒng)控制、關鍵技術及應用方面取得了多項創(chuàng)新性成果，技術轉(zhuǎn)化所形成的產(chǎn)品性能穩(wěn)定，達到了國家標準乃至國內(nèi)領先水平，滿足了客戶需求。該項目的技術成果近三年已累計完成新增產(chǎn)值超過12億元，該項目的技術成果已經(jīng)獲得了較好的應用效果，未來仍然擁有很大的發(fā)展與應用空間。

 

 

 

完成人1：趙劍鋒，排名1 ，院長，教授，工作單位：東南大學，完成單位：東南大學
對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：為本項研究的總負責與組織者，經(jīng)過十多年在模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)協(xié)調(diào)優(yōu)化控制關鍵技術及應用領域的研究與積累，建立了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)完整理論體系，提出了項目總體研究方案與技術路線，帶領項目組研究人員開展了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)控制、諧振變頻除冰、地鐵供電系統(tǒng)的多目標綜合控制技術等方面研究，并掌握了核心技術，投入本項目研究時間占本人工作量的70%，對各創(chuàng)新點均有貢獻。
 
完成人2：曹武，排名2，講師，工作單位：東南大學，完成單位：東南大學
對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：研究了并聯(lián)型模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)控制技術，并結合低壓大容量的電能質(zhì)量治理場合，提出了三種多機并聯(lián)諧波補償?shù)姆峙浞桨福莆樟四K并聯(lián)運行時的電流控制關鍵技術。針對其中的模塊單元，發(fā)明了電流滯環(huán)跟蹤控制的過采樣數(shù)字實現(xiàn)方法；針對多機系統(tǒng)，提出了多機分次和開閉環(huán)結合諧波補償方案。投入本項目研究時間占本人工作量的80%。對創(chuàng)新點1，2，4有很大貢獻。  

完成人3：田杰，排名3，研究員級高工，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
對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：解決了模塊化固態(tài)功率變換系統(tǒng)的設計、開發(fā)、生產(chǎn)、運行等方面的關鍵問題，提出了柔性直流多電平換流器的橋臂過流保護方法；提出了柔性直流輸電領域中，孤島狀態(tài)下抑制多個換流站進入無源控制模式的方法。投入本項目研究時間占本人工作量的80%。對創(chuàng)新點3做出了較大貢獻。 
 
完成人4：梅軍，排名4，副教授，工作單位：東南大學，完成單位：東南大學
對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了模塊化固態(tài)功率變換的若干底層核心技術，包括具有環(huán)流反向自消除能力的對稱雙級聯(lián)直流變換單元、基于簡化平衡因子的三電平虛擬空間矢量均壓調(diào)制方法等。投入本項目研究時間占本人工作量的40%。對創(chuàng)新點4有很大貢獻。 
 
完成人5：劉康禮，排名5，博士后，工作單位：東南大學，完成單位：東南大學
對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：針對模塊化并聯(lián)諧波補償裝置容量分配方法提出優(yōu)化方案，結合上下層主從控制器間的協(xié)調(diào)配合，實現(xiàn)了多機并聯(lián)型APF補償容量的最優(yōu)利用；提出面向大型非線性沖擊性負荷諧波治理的大功率APF并機諧波補償系統(tǒng)動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，提高了補償系統(tǒng)運行可靠性。投入本項目研究時間占本人工作量的90%，對創(chuàng)新點1、2有較大貢獻。

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
對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了一種基于多臺有源電力濾波器并聯(lián)運行的控制裝置，大幅提高了設備的利用率及穩(wěn)定性；提出了一種用于APF電路的實時保護裝置和保護方法，可實現(xiàn)對APF整流器部分進行保護、保證APF安全可靠運行。投入本項目研究時間占本人工作量的70%，對創(chuàng)新點1、3有較大貢獻。

 

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
對本項目技術創(chuàng)造性貢獻：提出了柔性直流多電平換流器的橋臂過流保護方法；提出了柔性直流輸電領域中，孤島狀態(tài)下抑制多個換流站進入無源控制模式的方法。投入本項目研究時間占本人工作量的60%。對創(chuàng)新點3做出了較大貢獻。