[01252898]重大工程防灾应急电源电力电子技术及其应用

本项目属电气工程学科领域。

电力是维持现代社会正常运转的基础设施之一。

我国属风灾、水灾、冰灾、地震等自然灾害频发国家，灾害通常引发电网停电，给重大工程造成巨大经济损失，同时给抢灾救灾带来困难。

应急电源能够在灾害发生时为电信、网络、工业、铁路、核电、国防等重大工程和要害部门提供持续可靠的电能，从而尽可能减少灾害造成的经济损失和人员伤亡。

国际上80年代提出采用半导体功率器件的不间断电源的思想，但传统不间断电源在灾害环境下生存能力、容错能力、节能环保性等方面还存在技术缺陷，不能满足现代重大工程防灾抗灾的需求。

传统不间断电源存在如下问题：1)存在能源转换效率低的问题，既不符合节能减排的要求，又影响了备用时间的延长; 2)所用的电感、电容器、变压器、EMI滤波器等无源元件参数和性能的一致性差，占用空间大，而且消耗原材料多;3)半导体功率器件是不间断电源中故障率最高的元件，由于没有采用容错设计，影响了供电的可靠性; 4)后备能源单一，生存能力低下。有时辅助旋转式柴油机后备，存在可靠性隐患。

因此，开展后备电源电力电子关键技术的研究对于推动我国重大工程防灾应急电源的生存能力、容错能力、节能环保性等方面的发展具有重要意义。

本项目针对这些难点，在国家自然科学基金重点项目、国家863计划项目、教育部人才项目、国家高技术产业发展项目、国家级重点新产品计划项目等支持下，项目组历时十余年进行持续的研究。

本项目的主要技术发明如下：

1)提出了复合有源箝位软开关电力电子拓扑及控制方法，导出了一系列新颖电力电子电路，解决了国际上长期没有解决的三相大功率电力电子系统的软开关难题，大幅度降低了功率器件切换过程的能量损耗和电磁应力，实现了后备电源的能效、功率密度、可靠性等的大幅度提升。

该项技术显著提升了应急电源系统的能源利用效率和备用时间等关键指标，实现了重大工程防灾的应急电源的核心技术突破。已授权中国国家发明专利4项。

2)发明了基于柔性多层带材的无源电磁元件的集成技术，解决了后备电源中大功率无源电磁元件的集成问题，大幅度提升了电源系统中无源电磁元件的技术参数的一致性、功率密度、可制造性，并节省了原材料，在国际上首次采用柔性多层带材制作无源电磁元件的集成组件，该技术被富士电机等国内、外企业采用已授权中国国家发明专利4项，美国国家发明专利3项。

3)针对传统能源接入变换器存在输入电压或输出电压宽范围变换适应性差、功率变换效率低等问题，发明了面向多能源冗余接入的电力电子电路拓扑及控制方法，突破了传统技术存在的软开关条件对工况的适应性差的问题，同时显著提高了电力电子功率变换器的能效、电磁兼容性和可靠性。解决了应急电源系统中多能源接入问题，大幅度提升应急电源的生存能力，满足了重大工程的不间断供电的需求。已授权中国国家发明专利3项。

4)提出了电源模块化冗余组合及其控制技术，既解决电力电子变流模块并联冗余设计问题，提高应急电源的容错能力，又提高了大功率应急电源的可制造性和电源容量的可扩性。此外，通过引入多模式效率优化技术，大幅度提高后备电源的电能效率。已授权中国国家发明专利2项。

针对传统应急电源切换方式存在的功率冲击或响应延迟，会影响后备电源对关键负荷供电的连续性和可靠性问题，提出了应急电源无缝切换技术，解决了应急电源模式的快速检测、切换及保护问题，提高了电源对故障状态的反应能力，提高了供电的可靠性已授权中国国家发明专利3项。

开发了后备电源、不间断电源、电能质量补偿装置系列产品，并通过国家权威部门检测，被列入国家新产品计划，实现了规模化生产和广泛应用。本项目已授权国家发明专利19项，其中授权美国发明专利3项。共发表SCI收录论文27篇、EI收录论文256篇。发表论文被他引3166次。获国际IEEE 最佳论文奖3项。在国际会议上作特邀大会报告3次。出版著作5本，其中《电力电子系统建模及控制》是电力电子系统控制方面国内第一本相关专著，印数超万册。参加起草行业标准5项。

本项目成果已经在福建省厦门科华恒盛股份有限公司、漳州科华技术有限责任公司、广东省深圳科士达科技股份有限公司、顺特电气设备有限公司、易事特电源股份有限公司、浙江省杭州大有科技发展有限公司、江苏省雷诺士（常州）电子有限公司、河北省保定浪拜迪电气股份有限公司、美国艾默生公司、日本富士电机公司等得到了应用。

通过了福建省中心检验所、浙江省电子产品检验所、广东省东莞市质量监督检测中心的检测，获得了浙江省科技厅、福建省发改委、河北省科技厅以及广东省科技厅组织的成果鉴定证书。

成果已在全国工业企业、石化、油田、银行、电信、电站等数百家单位应用，产品出口74个国家和地区。

近三年新增产值7.3亿元，新增利税0.93亿元，近三年节电效益约4.8亿元。

经济和社会效益显著，推动了我国重大工程防灾的应急电源的核心技术和产业的进步。