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             2017江苏省科学技术奖推荐项目公示材料(应用类

1、 项目名称:

模块化大功率电能变换系统协调优化控制关键技术及应用 

2、 推荐奖种

江苏省科学技术奖(应用类)

3、 完成单位

东南大学

南京南瑞继保电气有限公司

江苏科瑞电器制造有限公司

4、 完成人

赵剑锋,曹武,刘为群,季振东,梅军,晓春,丁勇,王建华,刘康礼,刘建春

5、 推荐单位(专家)

江苏省教育厅

6、 项目简介

大功率电力电子电能变换是目前备受关注的技术热点和自主创新关键领域,广泛应用于能源互联网、智能电网、新能源接入、高端装备制造等领域。根据《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》的要求,科技部在十一五十二五十三五期间均围绕大功率电力电子电能变换设立重大专项,十三五规划将高效智能电力系统建设列入了未来五年中国计划实施的 100 个重大工程及项目。电力电子电能变换技术在电网中的全方位应用将推动电能传输、变换和应用的技术变革

目前,由于受商用电能变换器件耐压及容量限制,通过器件直接串、并联提升装置功率等级的方法存在可靠性低、扩展性差的缺点,且为国外公司所垄断。因此,采用模块化功率单元串联或并联方法解决上述问题是国内外研究热点,但亟需突破多模块系统的稳定性、电压平衡、容错等统一协调控制技术瓶颈。本项目组历时十余年,在国家科技支撑、国家自然科学基金、江苏省科技厅、国家电网公司项目在内的多项课题支持下,全面突破模块化电力电子电能变换系统协调控制关键技术、系列装备及应用重大难题,取得以下创造性成果:    

1)解决了模块化大功率电能变换串联系统的动态电压平衡问题,发明了切换式相间直流电压平衡控制、基于有功矢量修正的相内直流电压平衡控制、基于状态监测的模块电压测量等方法,为大功率成套装置提供了技术支持,保障了重大工程的安全运行。 

2)突破了变换器规模化并联关键技术瓶颈,揭示了多逆变器并联存在的高阶复杂交互耦合失稳的本质,提出了基于全局导纳的新型稳定性分析判据和控制策略;提出了多机分次式电流协调控制策略,最大化利用整机补偿容量,首次研制并投运14模块并联5000A有源电力滤波器,并成功应用于化工行业,相关衍生技术应用于规模化新能源接入场合。 

3)攻克了模块化大功率电能变换系统的协调优化技术。发明了双零序电压注入的容错控制方法,实现了多模块正常及故障串联情况下电压平衡、容错及效率优化;提出了具有直流故障穿越能力的模块化多电平拓扑,保障了装备的稳定运行;实现了面向非线性冲击性负荷谐波治理的多模块并联动态协调控制及最优容量分配方法,全面提升了补偿系统运行可靠性。 

4)拓展了模块化大功率电力电子电能变换系统的新型应用。基于模块化串联技术,发明了谐振变频除冰和双调谐除冰方法、多功能快速转换开关切换控制方法和铁路牵引供电的电能质量综合控制方法;结合模块化并联技术,提出了地铁供电系统的多目标综合控制节能方法;融合串、并联技术,提出了多种电力电子变压器装置及控制方法。  

本项目形成了较完整的技术体系,已获授权国家发明专利44项;在国内外杂志发表SCIEI收录论文70余篇。基于该成果转化形成的产品均通过了国家权威部门的型式试验,并成功应用于包括多家上市公司在内的十余家高新技术企业,累计销售产值超过10亿元,取得了显著的经济效益和社会效益。 

7、 经济效益和社会效益

 经过本项目组成员的共同努力,在国家科技支撑计划、国家自然科学基金、多项江苏省科技厅项目以及国家电网公司科技项目支持下,产学研相结合,在模块化大功率电能变换系统控制、关键技术及应用方面取得了多项创新性成果,技术转化所形成的产品性能稳定,达到了国家标准乃至国内领先水平,满足了客户需求。该项目的技术成果已累计完成应用新增产值超过10亿元,该项目的技术成果已经获得了较好的应用效果,未来仍然拥有很大的发展与应用空间。

项目近五年培养博士5名,硕士26名,为我国电力企业培养和输送和大批高层次创新人才。

8、曾获科技奖励情况

9、主要知识产权证明目录:授权国家发明专利

 

10、主要完成人情况表

完成人1 赵剑锋、教授、东南大学、排名

曾获国家科技奖励情况:无  

对本项目技术创造性贡献:为本项研究的总负责与组织者,经过十多年在模块化固态功率变换系统协调优化控制关键技术及应用领域的研究与积累,建立了模块化固态功率变换系统完整理论体系,提出了项目总体研究方案与技术路线,带领项目组研究人员开展了模块化固态功率变换系统控制、谐振变频除冰、地铁供电系统的多目标综合控制技术等方面研究,并掌握了核心技术,投入本项目研究时间占本人工作量的70%,对各创新点均有贡献。

完成人2:曹武、讲师、东南大学、排名2

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:研究了并联型模块化固态功率变换系统控制技术,并结合低压大容量的电能质量治理场合,提出了三种多机并联谐波补偿的分配方案,掌握了模块并联运行时的电流控制关键技术。针对其中的模块单元,发明了电流滞环跟踪控制的过采样数字实现方法;针对多机系统,提出了多机分次和开闭环结合谐波补偿方案。投入本项目研究时间占本人工作量的80%。对创新点24有很大贡献。

完成人3刘为群、研究员级高工、南京南瑞继保电气有限公司、排名3

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:提出一种链式换流阀的自励软启动方法,可有效提高换流阀启动前各单元直流电压,有效减小换流阀启动冲击电流,有利于换流阀直流电压均衡控制,保证功率器件的安全运行;提出了一种逆变器散热风扇的控制方法用于逆变器功率器件的散热,可解决现有技术中风扇转速频繁变化,温度参考值难以合理设置,温度变化率大时易超温运行,预置温度/转速曲线较多难以实现等问题

完成人4:季振东、讲师、东南大学、排名4

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:研究了串联型模块化固态功率变换系统控制中的多电平调制技术、多直流电压平衡控制、容错控制等关键技术,探索了串联型固态功率变换系统的模块化优化设计,并在MW级高压变频器、电力电子变压器中得以应用。投入本项目研究时间占本人工作量的80%。对创新点13做出了较大贡献。 

完成人5:梅军、副教授、东南大学、排名5  

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:对模块化多电平电压虚拟循环映射平衡控制平衡问题展开了深入研究,为高压大容量电压源换流器重大工程提供技术支持。投入本项目研究时间占本人工作量的40%。对创新点1有很大贡献。 

 完成人6季晓春、工、江苏安科瑞电器制造有限公司、排名6

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:提出了一种基于多台有源电力滤波器并联运行的控制装置,大幅提高了设备的利用率稳定性;提出了一种用于APF电路的实时保护装置和保护方法,可实现对APF整流器部分进行保护、保证APF安全可靠运行

完成人7丁勇高工南京南瑞继保电气有限公司、排名

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:提出了一种串联IGBT阀组保护系统可实现对串联IGBT阀组的过压、过流、触发脉冲丢失、短路及过dv/dt故障保护

完成人8:王建华、副研究员、东南大学、排名8

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:对并联型模块化固态功率变换系统控制技术在大功率光伏发电、电力有源滤波无功补偿、电力电子变压器中的建模、优化及控制展开了一系列研究,并成功地将该技术应用于实际生产和现场运行。投入本项目研究时间占本人工作量的40%。对创新点24有较大贡献。 

完成人9刘康礼、东南大学、排名9

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:针对模块化并联谐波补偿装置容量分配方法提出优化方案,结合上下层主从控制器间的协调配合,实现了多机并联型APF补偿容量的最优利用;提出面向大型非线性冲击性负荷谐波治理的大功率APF并机谐波补偿系统动态协调控制方法,提高了补偿系统运行可靠性。投入本项目研究时间占本人工作量的90%,对创新点3有较大贡献。 

完成人10刘建春、江苏安科瑞电器制造有限公司、排名10

曾获国家科技奖励情况:  

对本项目技术创造性贡献:研究了模块化APF的多并联协调机制,提出了协调控制及保护相关发明专利,负责现场装置的调试研发工作

 

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