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2015年国家技术发明奖推荐项目公示材料-南瑞继保

1、 2016年教育部推荐项目公示材料（发明奖（含专利类）、发明奖-直报类）

2、项目名称：

模块化固态功率变换系统协调优化控制关键技术及应用

3、推荐奖种：

技术发明奖

4、推荐单位（专家）

东南大学

5、项目简介

大功率固态功率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

固态功率变换设立重大专项，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。固态功率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，基于固态功率变换的柔性交直流输配电系统的发展将冲破传统交流刚性电网的旧格局。

目前，由于受商用功率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，全面突破模块化固态功率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）解决了模块化固态功率变换串联系统的数百电平电压动态电压平衡问题，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、虚拟循环映射平衡控制、基于状态监测的模块电压测量等方法，减轻了测量控制保护的海量数据处理压力，为百兆瓦级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）攻克了模块化固态功率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固态功率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，已获授权国内发明专利34项（其中形成专利实施许可7项）；在国内外杂志发表SCI和EI收录论文60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10多亿元，取得了显著的经济效益和社会效益。

6、推广应用情况

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，在模块化大功率固态功率变换系统控制、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。自2010年以来，该项目的技术成果已累计完成应用新增产值10多亿元，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。

6、曾获科技奖励情况

7、主要知识产权证明目录：

列表说明：知识产权类别、知识产权具体名称、授权或申请号、权利人、发明人

序号	类别	专利名称	授权或申请号	发明人
1	授权发明专利	一种有源谐波治理装置多机并联容量最优分配方法	CN104218584B	赵剑锋;刘康礼;曹武;王艺钢;季永超
2	授权发明专利	一种具有直流故障穿越能力的模块化多电平变流器	CN104078994B	赵剑锋;李东野
3	授权发明专利	一种双零序电压注入的链式并网逆变器容错控制方法	CN103490654B	季振东;赵剑锋;朱泽安;刘巍;孙毅超;姚晓君
4	授权发明专利	一种基于谐波分析的级联逆变器H桥单元故障检测方法	CN103529347B	季振东;赵剑锋;刘巍;孙毅超;朱泽安
5	授权发明专利	基于脉冲电压比较的级联型并网逆变器单元故障检测方法	CN103487706B	季振东;赵剑锋;刘巍;孙毅超;姚晓君
6	授权发明专利	一种三角形连接的链式H桥直挂式逆变器相间直流侧电压平衡控制方法	CN103401459B	季振东;赵剑锋;刘巍;孙毅超;朱泽安
7	授权发明专利	模块化多机并联式大功率APF控制系统和实现方法	CN103368182B	赵剑锋;曹武;刘康礼;江楠
8	授权发明专利	一种级联型PWM整流器的调制方法	CN103401447B	赵剑锋;孙毅超;季振东;朱泽安
9	授权发明专利	一种单相并网变流器的矢量控制方法	CN103368441B	赵剑锋;孙毅超;季振东;姚晓君
10	授权发明专利	一种逆变电路开路故障检测方法	CN103364683B	赵剑锋;刘巍
11	授权发明专利	基于零序和负序电压注入的级联型并网逆变器直流侧平衡控制方法	CN103219908B	赵剑锋;季振东;刘巍;孙毅超
12	授权发明专利	基于双VSC交互并联谐波补偿开闭环结合的APF装置	CN102882210B	曹武;赵剑锋;刘康礼;江楠
13	授权发明专利	单相H桥级联型装置的直流电压平衡控制方法	CN102856927B	赵剑锋;孙毅超;季振东;晏阳;朱泽安
14	授权发明专利	一种级联型H桥变换器的电压平衡和功率均衡控制方法	CN102522906B	赵剑锋;孙毅超;季振东;于鹏
15	授权发明专利	多机全补偿与分次补偿组合式完全有源型谐波治理装置	CN102386622B	赵剑锋;曹武;刘康礼;孟玮
16	授权发明专利	针对低压大电流谐波的多机分次式完全有源型治理装置	CN102394499B	赵剑锋;曹武;孟玮;刘康礼
17	授权发明专利	一种基于级联型变流器的多功能快速开关装置	CN102377235B	赵剑锋;姚佳;王梦蔚
18	授权发明专利	一种APF电流滞环跟踪控制的过采样数字实现方法	CN102104253B	赵剑锋;曹武
19	授权发明专利	用于电铁牵引供电系统的电能质量综合控制方法及装置	CN101917011B	赵剑锋;王书征;林梦涵

20	授权发明专利	架空输电线路高压大功率双调谐电除冰方法	CN101807783B	赵剑锋;曹武;季振东;倪喜军;闫安心;施超
21	授权发明专利	一种级联型能馈式高压变流器	CN101621255B	赵剑锋;倪喜军;季振东
22	授权发明专利	应用在配电网的电力电子变压器	CN101621254B	赵剑锋;倪喜军;白杰
23	授权发明专利	基于电力电子变压器的自动电压调节器	CN101615847B	赵剑锋;倪喜军;白杰;黄华
24	授权发明专利	应用于级联型变流器的一种调制方法	CN101615860B	赵剑锋;倪喜军;郑良广;孙仪;闫安心
25	授权发明专利	多功能电力电子变压器	CN101572495B	赵剑锋;倪喜军;黄华;闫安心
26	授权发明专利	谐波注入型直驱式风电变流器	CN101465607B	赵剑锋;倪喜军;孙仪;郑良广;闫安心
27	授权发明专利	地铁供电系统的多目标综合控制节能装置	CN100581869C	赵剑锋;倪喜军;闫安心;黄华;曹武;刘正祎
28	授权发明专利	一种级联装置的功率单元	CN101378227B	赵剑锋;倪喜军;郑良广;孙仪;闫安心
29	授权发明专利	地铁供电系统的多目标综合控制节能方法	CN101376344B	赵剑锋;倪喜军;闫安心;黄华;曹武;刘正祎
30	授权发明专利	链式变换器功率单元控制器用开关电源	CN101304217B	倪喜军;赵剑锋;杨铭;白杰;闫安心
31	授权发明专利	高压大功率谐振变频除冰方法及其除冰装置	CN101272043B	赵剑锋;倪喜军;杨铭;郑广良;白杰;吴琳娴
32	授权发明专利	输电线路的工频谐振除冰方法	CN101272042B	赵剑锋;倪喜军;闫安心
33	授权发明专利	一种多端柔性直流输电系统及故障控制方法	CN103427412B	方太勋，王宇，杨浩，杨兵，石巍，吕玮，汪楠楠，李钢，董云龙，田杰，李海英
34	授权发明专利	一种高压直流-直流变换设备	CN103427657B	吕玮、石巍、杨浩、方太勋、王宇、杨兵
35	申请发明专利	一种基于全局导纳分析的APF并机系统稳定性判定方法	CN201610110866.7	曹武;赵剑锋;刘康礼;范栋琛
36	申请发明专利	大功率APF并机谐波补偿系统动态协调控制方法	CN201510837613.5	赵剑锋;刘康礼;曹武;尤鋆
37	申请发明专利	一种有源型谐波治理装置直流侧电压控制优化方法	CN201510033876.0	赵剑锋;刘康礼;曹武;季永超;王艺钢
38	申请发明专利	一种三相四桥臂有源电力滤波器并网接口及参数设计方法	CN201510033740.X	赵剑锋;刘康礼;曹武;王艺钢;季永超
39	申请发明专利	一种模块化多电平变流器的快速预充电电路	CN201410223721.9	赵剑锋;李东野

40	申请发明专利	基于复合调制的电力电子装置间无通讯线数据传输方法	CN201410195483.5	赵剑锋;季振东;刘巍;孙毅超
41	申请发明专利	基于电流耦合的级联H桥变换器主从控制方法	CN201410196438.1	赵剑锋;孙毅超;季振东
42	申请发明专利	电力电子变压器及其无通讯线数据HUB实现方法	CN201410199355.8	赵剑锋;刘巍;季振东;孙毅超
43	申请发明专利	三相整流型电力电子变压器及其直流电压协调控制方法	CN201511028047.X	王建华;季振东;赵剑锋

8、主要完成人情况表

完成人1：赵剑锋、教授、东南大学、排名1

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。

旁证材料：授权发明专利1-32；申请发明专利：35-43。

完成人2：季振东、讲师、东南大学、排名2

曾获国家科技奖励情况:无

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1，3做出了较大贡献。

旁证材料：授权发明专利—ZL201310101371.4；ZL201110434266.3；ZL201310279275.9；ZL201310355018.9；ZL201310479229.3；ZL200910184413.9；ZL201010135971.9。

完成人3：田杰、教授级高工、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：无

对本项目技术创造性贡献：解决了串联型模块化固态功率变换系统的设计、开发、生产、运行等方面的关键问题，提出了多端柔性直流输电系统中的故障控制方法，应用于35kV直挂式级联H桥SVG、±500kV/1500MW柔性直流输电工程。投入本项目研究时间占本人工作量的8

0%。对创新点1，4做出了较大贡献。

旁证材料：授权发明专利：ZL201310370589.X；ZL201310330315.8 ；发表论文：Balancing Control Schemes for Modular Multilevel Converters Using Virtual Loop Mapping With Fault Tolerance Capabilities（IEEE Transactions on Industrial Electronics，2016）；模块化多电平子模块冗余与带故障运行策略（电网技术，2016）。

完成人4：曹武、讲师、东南大学、排名4

曾获国家科技奖励情况:无

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2，4有很大贡献。

旁证材料：授权发明专利—ZL201110343240.8；ZL201210338895.0； ZL201010600744.9； ZL201110343086.4；ZL201210378490.X；ZL201310342732.4；ZL200810156537.1； ZL200810156541.8。

完成人5：梅军、副教授、东南大学、排名5

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标签：方法控制技术功率

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