軌道交通大功率高可靠供電系統(tǒng)的關鍵技術及工程應用-華南理工大學

1、附件 4：2018 年度廣東省科學技術獎公示表（自然科學獎、技術發(fā)明獎、科技進步獎格式）項目名稱主要完成單位主要完成人（職稱、完成單位、工作單位）軌道交通大功率高可靠供電系統(tǒng)的關鍵技術及工程應用華南理工大學廣州科技貿易職業(yè)學院廣東創(chuàng)電科技有限公司北京地鐵運營有限公司通信信號分公司成都地鐵運營有限公司中鐵二院工程集團有限責任公司中鐵第一勘察設計院集團有限公司1. 張波 （教授、華南理工大學、主要貢獻：項目總負責人，制定項目研究思路、整體實施方案和重大技術原則，負責項目的組織和實施，對創(chuàng)新點1、2、 3做出重要貢獻。）2.廖慧 （副教授、廣州科技貿易職業(yè)學院、廣州創(chuàng)電科技有限公司、主要貢獻：大功率

2、電源系統(tǒng)的研發(fā)與產業(yè)化、新型軌道交通大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計，對創(chuàng)新點 2 做出重要貢獻。）3.陳艷峰 （教授、華南理工大學、主要貢獻：電源系統(tǒng)的非線性分析與控制、并機技術， 對創(chuàng)新點 1、 3 做出重要貢獻）4.王焱 （助工、北京地鐵運營有限公司通信信號分公司、主要貢獻：新型地鐵大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計及工程應用，對項目成果應用和技術改進做出重要貢獻）5. 丘東元 （教授、華南理工大學、主要貢獻：新型大功率電路拓撲結構和電力電子非線性分析與控制的研究，對創(chuàng)新點1、3 做出重要貢獻）6. 肖珊 （高工、中鐵二院工程集團有限責任公司、主要貢獻：新型軌道交通大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計設計

3、及工程實現(xiàn)，對項目成果應用和實施做出重要貢獻）7. 張彧鋒 （高工、中鐵第一勘察設計院集團有限公司、主要貢獻：新型軌道交通大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計設計及工程實現(xiàn)，對項目技術方案實施做出重要貢獻）8. 黃宇 （高工、成都地鐵運營有限公司、主要貢獻：新型地鐵大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計及工程應用，對項目成果應用和技術改進做出重要貢獻）9. 李超 （助工、北京地鐵運營有限公司通信信號分公司、主要貢獻：新型地鐵大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計及工程應用，對項目成果應用和維護做出重要貢獻）10. 張國慧 （高工、中鐵二院工程集團有限責任公司、主要貢獻：新型地鐵大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計及工程實現(xiàn)，對項

4、目成果應用和技術改進做出重要貢獻）11. 李海培 （高工、中鐵第一勘察設計院集團有限公司、主要貢獻：新型地鐵大功率高可靠集中供電系統(tǒng)設計及工程實現(xiàn)，對項目成果應用和技術改進做出重要貢獻）12. 肖文勛 （副教授、華南理工大學、華南理工大學、主要貢獻：新型高效率變換器拓撲和模塊化電源設計與實現(xiàn)，對創(chuàng)新點1、 2 做出重要貢獻）13. 謝帆（講師、華南理工大學、主要貢獻：大功率變換器系統(tǒng)的非線性建模與穩(wěn)定性分析 對，創(chuàng)新點 3 做出重要貢獻）- 1 -項目簡介代表性論文專著目錄以地鐵為代表的城市軌道交通發(fā)展迅猛，是繼高鐵后我國高新技術發(fā)展的一個標志。然而隨著城軌交通運載能力的不斷提高、系統(tǒng)的日益龐

5、大，系統(tǒng)可靠性受到嚴重挑戰(zhàn)，各種故障及隱患大量增加，給人們出行帶來極大不安全性，據統(tǒng)計系統(tǒng)故障 60%以上由供電引發(fā)。 高可靠的供電系統(tǒng)成為制約我國城軌交通的 “卡脖子” 技術。本項目在國家自然科學基金和廣東省技術創(chuàng)新項目支持下，針對我國城軌供電系統(tǒng)容量小、可靠性差、綜合控制特性差的技術難題，攻克城軌供電系統(tǒng)大效率供電變換器、同步均流、智能監(jiān)控和蓄電池智能巡檢、非線性集中式控制及再生制動等技術，大幅度提高了大功率軌道交通供電系統(tǒng)運行特性，有效保證軌道交通的安全供電。1、 提出了大效率供電的變換器技術：發(fā)明了城市軌道交通供電系統(tǒng)的新型Z 源半橋逆變器、模塊化大功率變換器、單開關高增益升壓變換器、

6、 雙耦合電感的高效率高增益 DC-DC變換器、 非串聯(lián)級聯(lián)的 N 次型 Boost 變換器等技術，解決了大功率導致城軌供電系統(tǒng)結構復雜、可靠性差的技術難題，將軌道交通供電系統(tǒng)容量從幾十千伏安提高到800 千伏安的大功率、超大功率水平，研制出目前國際上最大功率的城軌供電電源模塊。2、 提出了同步均流技術、智能監(jiān)控和蓄電池智能巡檢技術發(fā)明了城市軌道交通供電系統(tǒng)的大功率電源模塊并機同步均流、輸出電壓不平衡及諧波抑制、冗余在線式大功率不間斷供電、智能型分時供電、蓄電池無線監(jiān)控和智能巡檢、集中式供電網絡監(jiān)控等技術，解決了軌道交通供電系統(tǒng)多電源模塊并聯(lián)、蓄電池維護困難、系統(tǒng)可靠性差的難題。經中國質量認證中

7、心等權威檢測部門檢驗，產品電壓不平衡度 1%、輸出電壓精度 1%、波形失真度 3%、功率因數 0.99 、效率97%，整體指標全面超過國內外同類電源產品，實現(xiàn)了軌道交通系統(tǒng)的大功率可靠供電。3、 提出了非線性集中式控制技術及再生制動技術發(fā)明了軌道交通供電系統(tǒng)動態(tài)運行特性的非線性分析與集中式控制、數字控制、大功率 IGBT 串聯(lián)均壓控制、大功率多脈沖 PWM整流和 SVPWM、具有能量回饋的大功率供電等技術。在國際上首次準確模擬了系統(tǒng)的運行特性，將現(xiàn)有線性控制技術上升到非線性集中控制技術，并實現(xiàn)了數字化控制，大幅提高了軌道交通系統(tǒng)動態(tài)特性；完全與現(xiàn)有均壓技術不同， 從控制角度解決了大功率開關器件

8、 IGBT 的均壓難題，均壓不平衡度小于 0.1%，超過了國際同類產品指標；解決了城軌供電系統(tǒng)回饋損耗大的技術難題，有效提高了電能利用率和軌道交通安全、連續(xù)供電。本項目實現(xiàn)了我國軌道交通供電電源技術的飛躍發(fā)展， 具有完全自主知識產權。經同行專家鑒定認為，項目整體技術達到國際先進水平，其中高性能城軌供電拓撲技術、高可靠軌道交通供電非線性控制技術、大功率軌道交通供電電源并聯(lián)均流技術達到國際領先水平。論文 1： A 3-Z-Network Boost Converter.論文 2： High-performance quasi-Z-source inverter with low capacitor

9、 voltage stress and small inductance.論文 3： A Common Grounded Z-Source DC-DC Converter with High Voltage Gain.論文 4： Hybrid Z-Source Boost DC-DC Converters.論文 5： Three-mode pulse-width modulation of a three-phase four-wire inverter.論文 6： Wavelet PWM Technique for Single-Phase Three-Level Inverters.論文

10、7： Detecting Bifurcation Types and Characterizing Stability in DC-DC Switching Converters by Duplicate Symbolic Sequence and Weight Complexity.論文 8：Non-linear dynamic behaviours of DC cascaded converters system with multi-load converters.- 2 -知識產權名稱推廣應用情況論文 9： A Modeling and Analysis Method for Frac

11、tional-Order DC-DC Converters.論文 10：Bi-Switching Status Modeling Method for DC-DC Converters in CCM and DCM Operations.發(fā)明專利1：一種三儲能電容雙輸出Z 源半橋變換器（ ZL201410043080.9 ）發(fā)明專利2：一種非對稱型雙輸出Z 源半橋變換器（ ZL201410042979.9 ）發(fā)明專利3：三相橋式模塊單元串聯(lián)組合高壓變換器（ZL201310719758.6 ）發(fā)明專利4：一種單開關高增益升壓變換器（ZL201310423314.8 ）發(fā)明專利5：雙耦合電感的高效

12、率高增益DC-DC變換器（ ZL201410042840.4 ）發(fā)明專利6：一種非串聯(lián)級聯(lián)的 N 次型 Boost 變換器（ ZL201310423389.6 ）發(fā)明專利7：三相 UPS并機系統(tǒng)的同步實現(xiàn)方法及同步控制裝置（ ZL201310157875.8 ）發(fā)明專利8：一種數字電流模控制的開關功率變換器的建模及分析方法（ ZL201410193880.9 ）發(fā)明專利9：一種 IGBT 串聯(lián)均壓控制系統(tǒng)及方法（ZL201410203525.5 ）發(fā)明專利10：一種超級電容儲能、濾波及穩(wěn)壓的再生制動城軌供電系統(tǒng)（ZL201310561789.3 ）（ 1）已應用情況本成果已經成功應用于北京地鐵

13、1 號、4 號、5 號、7 號、8 號、10 號、13 號、MLC系統(tǒng)、房山線、燕房線，天津地鐵1 號，香港地鐵機場線，和成都地鐵5 號、 9號、 17 號、 18 號等城軌交通的不間斷供電電源系統(tǒng)中。與本成果相關聯(lián)的電源產品也廣泛應用于數據中心、公安、部隊、公路、金融、電信、郵政、廣電、工廠、醫(yī)院等場合的供電系統(tǒng)中。（ 2）市場前景分析我國城鎮(zhèn)化建設將大力推動以地鐵為代表的城市軌道交通在快速發(fā)展，“十三五”期間城軌交通新建里程總共增加 3000-4000 公里，年均 600-800 公里，預計到 2020 年運營里程將達 6800 公里。城市軌道交通包含通信、信號、綜合監(jiān)控、自動報警、門禁、自動售檢票、乘客信息、辦公自動化等弱電系統(tǒng)，