变模态柔性变流器理论

变流器已普遍应用于人类生产和生活的方方面面，变流效率直接关系到能源使用效率，为此世界各国竞相努力，采用优化拓扑与控制、新材料和新结构的元器件等种种手段，不断刷新变流效率新记录。然而，新能源发电等场合还要求变流系统能在宽广范围（电流/电压/负载变化）条件下满足高效、可靠工作。研究和工程应用均表明，用传统变流器应对这一挑战相当不容易。为此，在分析国内外相关研究和总结自然科学基金"柔性变拓扑技术"成果基础上，本项目提出"变模态柔性变流"：不改变电路连接关系、不设专门投切开关，仅通过改变变流模态，主动转换为最适应当前环境的拓扑形式及工作模式。它比变拓扑变流要灵活，能更充分地利用电路资源，切换过渡也更为快速、平稳，学术思想属于原始创新。项目拓宽了柔性变流研究领域，丰富和实践柔性变流学术思想，以高效、可靠、宽范围变流特色满足新能源发电与新能源动力的特殊要求，并促进电力电子系统集成技术的发展。

本项目提出了“变模态柔性变流”的学术思想：不改变电路连接关系、不设专门投切开关，仅通过改变变流模态，主动转换为最适应当前环境的拓扑形式及工作模式，以适应变流系统在宽广范围（电流/电压/负载变化）条件下高效、可靠工作的要求。项目系统性地研究了变模态变流的理论与关键技术，在多样化的柔性变流形式的基础上，更广泛地探索了有价值的柔性变流拓扑、与之相适应的模态控制方法、变模态变流的电路生成及性能评价方法。.本项目研究取得了理论成果及应用验证：1）变模态柔性变流器构造方式分类、模态切换实现电路状态的柔性过渡精确控制方法；2）通过多种变模态的应用实施案例研究，证明了多模态柔性变流的参数优越特性和广泛适应性、多个变模态拓扑相互结合能够产生相辅相成的更好综合效果。主要成果概括如下：.1）变模态柔性变流器构造方式分类。从拓扑维度、调制维度、参数维度等多个维度研究了变模态柔性变流其的构造方式，以及由多个兼容活动子拓扑合成有效的变模态变流电路途径，为变模态柔性变流提供了理论依据和拓展方向。.2）模态切换中电路状态柔性过渡的精确控制方法。具体有：对于N脉波变拓扑相控整流器，以电流预测控制使串联和并联模态之间实现平稳过渡；对LLC变流器双模态变流器，利用PI值的数控策略使全桥工作模态与半桥工作模态的切换过程更加平稳。.3）通过多种变模态的应用实施案例研究，证明了多模态柔性变流的优越性和广泛性。具体包括：一种用于风电的变模态的多脉波变拓扑相控整流器；一种用于电子照明的新颖带可变谐振腔的高压钠灯与LED兼容性驱动器；一种用于新能源高效率宽输入电压范围全桥/半桥LLC变模态平滑切换；一种宽输入电压/输出负载LLC变流器变模态控制。.4）通过一种变模态的高效率无桥PFC变换器的研究，证实了多个变模态拓扑相互结合能够产生相辅相成的更好综合效果。.变模态变流充分地利用了电路资源，以高效、可靠、宽范围变流特色满足新能源发电与新能源动力的特殊要求，丰富和实践柔性变流学术思想，拓宽了柔性变流研究领域，并为电力电子系统集成技术发展与产业化实现提供崭新平台。.结合项目研究，培养硕士4名，博士4名；已经发表的主要论文有SCI论文6篇，EI论文9篇，其中相关性强论文5篇。得发明专利授权3份，受理（初审合格）1份。出席IEEE国际学术会议11人次，每年多人次参加国内学术交流。项目组成员获浙江省科学技术一等奖一项。