马伏军

  

一、个人简介

马伏军,博士,现为湖南大学电气学院教授、博导、国家青年拔尖人才、湖湘青年英才、湖南省自科基金优-青项目获得者、湖南大学岳麓学者,为湖南大学‘输配电先进理论与技术’教育部创新团队和‘国家电能变换和控制工程技术研究中心’的核心成员,兼任湖南省综合评标库专家、湖南省高新技术企业认证专家。学术兼职:IEEE Senior member、IEEE IES可再生能源技术委员会副秘书长、广东省建设工程绿色与装配式发展协会资深会员、中国电源学会青年工作委员会常务委员、中国电机工程学会电工数学专委会委员、中国电工技术学会青年工作委员会委员; SCI期刊《Energies》、《International Journal of Transportation Engineering and Technology》、《浙江电力》等期刊的特邀编辑或编委;IEEE Std Committee for P2950‘Electric traction system for high-speed Electric Multiple Units (EMUs)’等。

主要研究方向为高效、绿色电能变换与控制技术,包括冶金特种电源、多电平变换器MMC及多端口能量路由器等。近年来,本人主持承担了国家自科基金项目2项、湖南省教育厅重点项目1项、湖湘青年英计划1项、湖南省优-青基金项目1项、中德博士后交流基金项目1项、长沙科技创新重点项目1项、湖南大学青年教师培养计划项目1项等,并作为课题组主要成员参加了国家‘十一五’科技支撑项目子课题《高速铁路供电系统综合补偿及谐波抑制技术》、国家‘973’计划项目子项《微网及含微网配电系统的电能质量分析与控制》等。近年来,在IEEEIET、《中国电机工程学报》、《电工技术学报》等国内外学术刊物上发表相关论文100余篇,其中SCI收录论文40余篇,其中第一作者和通讯作者发表SCI论文20篇,在IEEE会刊上发表封面论文1篇;以第一发明人获授权国家发明专利19项,以第二发明人获授权国家发明专利9; 获得2014年国家技术发明二等奖1(排第3)2018年国家科技进步创新团队奖(核心)2013年中国机械工业科技一等奖1(排第4)2014年中国专利金奖和湖南省专利一等奖各1(排第7)2017年湖南省科技创新奖(核心)、湖南省高校研究生电子设计竞赛一等奖指导教师、十八届芙蓉学子科研创新奖(负责人)2017年‘湖南省优秀博士学位论文’等。

联系方式:(+86)137-3907-7479Email: mafujun2004@163.com;mafujun2013@hnu.edu.cn.

二、主要学习和工作经历

[1] 2004.092008.07       湖南大学      自动化 学士

[2] 2008.092015.06       湖南大学   电气工程 博士

[3] 2013.062016.10       湖南大学      电气工程 助理教授(湖南大学优博资助留校)

[4] 2016.102017.10       德国TU Dortmund     电气工程 博士后(CSC-DAAD奖学金)

[5] 2016.10-2020.11       湖南大学      电气工程         副教授/博导

[6]2020.11-至今                湖南大学      电气工程         教授/博导

三、承担和参与的主要课题

[1] 国家自科基金面上项目:适应于新能源接入的高速铁路多端口功率调节器及其协同控制研究 (负责人, 编号: ****7067).

[2] 国家青年自科基金项目:高速铁路供电系统电能质量分析和混杂补偿控制研究(负责人, 编号: ****7062).

[3] 湖南省科技人才专项:湖湘青年英才(负责人, 编号: 2019RS2017).

[4]湖南省教育厅重点项目:多端口能量路由器系统及协同控制策略研究(负责人, 编号:21A0014).

[5]湖南省自科基金优 青项目:大功率特种电能变换系统及控制理论研究(负责人,编号:2020JJ3010).

[6] 湖南大学优秀青年基金培育计划(负责人, 编号: ****1****0178).

[7] 中德(CSC-DAAD)博士后交流基金项目:High-Power modular multilevel converter and control for railway traction system (主持者, 编号: 留金欧[2016]6191).

[8] 国网湖南省电力有限公司:规模化电池储能接入湖南电网关键技术研究及应用(横向课题,负责人).

[9] 国网湖南省电力有限公司:多功能移动储能应急电源的场景分析、系统设计及控制策略研究(横向课题,负责人).

[10] 云南电网有限责任公司:适应新能源接入的多端口能量路由器关键技术研究(横向课题,负责人).

[11] 2018年国家重点研发计划:直流电网限流装置拓扑及控制(主要参与者,编号:2018YFB0904603).

[12] 国家科技支撑计划项目子课题:高速铁路供电系统综合补偿及谐波抑制技术(主要参与者, 编号:2009BAG12A09).

[13] 国家973计划项目:微网及含微网配电系统的电能质量分析与控制(主要参与者, 编号:2009CB219706).

[14] 湖南省重大科技专项:智能化大型电磁冶金成套装备关键技术研发与应用示范(主要参与者, 编号:2016GK1002).

[15] 湖南省重大科技专项:大功率海洋通讯电声换能系统关键技术与重大装备研发(主要参与者, 编号:2017XK2104).

四、获得主要成果奖励

[1] 2014年度国家技术发明二等奖’(排第3). 项目名称:冶金特种大功率电源系统关键技术与装备及其应用,授奖单位: 中华人民共和国国务院.

[2] 2013年度中国机械工业科学技术一等奖’(排第4). 项目名称:冶金特种大功率电力电子变换电源拓扑与控制方法及应用, 授奖单位: 中国机械工业联合会.

[3] 2018年国家科技进步创新团队奖(核心),项目名称:湖南大学电能高效变换与控制团队,授奖单位: 中华人民共和国国务院

[4] 2014年度中国专利金奖’(排第7). 项目名称:两相逆变电源系统及其综合控制方法【ZL****10209751.0, 授奖单位: 中国知识产权局.

[5] 2014年度湖南省专利一等奖’(排第7). 项目名称:两相逆变电源系统及其综合控制方法【ZL****10209751.0, 授奖单位: 湖南省人民政府.

[6] 2014年度节能中国十大应用技术’(排第4). 项目名称:冶金用大功率特种电源拓扑与先进控制技术, 授奖单位: 中国节能协会.

[7] 2017年湖南省团队科技创新奖(核心),项目名称:电能绿色变换及控制技术研究及产业化,授奖单位:湖南省政府.

[8] 2017年湖南省优秀博士学位论文(唯一作者),项目名称:冶金特种电力电子变换拓扑结构及先进控制技术研究,授奖单位:湖南省教育厅.

[9] 2015年十八届芙蓉学子团队科研创新奖(负责人),项目名称:高效电能变换及控制团队,授奖单位:湖南省团委.

   获得教学奖励

[1] 2022年中国研究生电子设计竞赛华中赛区一等奖(优秀指导教师),作品名称:高效、高可靠模块化多电平铁路功率调节器.

[2] 2021年湖南省高校研究生电子设计竞赛一等奖(优秀指导教师),作品名称:配电网的智能调配员--适应新能源接入的多端口能量路由器.

[3] 2018年中国电机工程学会期刊优秀论文二等奖,指导教师,论文名称:Overview of power quality analysis and control technology for the smart grid,收录期刊:Journal of Modern Power Systems and Clean Energy.

[4] 2019年中国高校电力电子与电力传动学术年会优秀论文奖,指导教师.

[5] 2019年湖南大学教学成果一等奖,多梯多维度培养大国工匠的研究生教育方法与实践(第14),授奖单位:湖南大学.

[6] 2021年湖南大学教学成果二等奖,从工训中心到工程中心,创建“四维三融合”实践育人新模式(第8),授奖单位:湖南大学.

五、代表性论文

      [1] Ding Hongqi, Fujun Ma*, Han Rong, Wang Lei, Lin Liheng, Qianming Xu. Junction Temperature Optimization Based Compensation Strategy of Modular Multilevel Railway Power Conditioner, IEEE Trans. Power Electronics, VOL. 37, NO. 6, pp.6585-6598, 2022.(SCI一区)

[2] Fujun Ma*, Yulin Kuang, Zhengwen Wang, Gelin Huang, Dexing Kuang and Cheng Zhang. Multi-Port and -Functional Power Conditioner and Its Control Strategy with Renewable Energy Access for a Railway Traction System, Energies, 2021, 14(19), 6146. (SCI)

[3] Zhuzhen, Fujun Ma*, Linheng Lin, Lei Wang Dexing Kuang, Qianming Xu, Manchung Wong. Multi-Mode Smooth Transition Technique for Three-level Cascaded Noninverting Buck-Boost DC-DC Converter, IEEE Trans. Power Electronics, VOL. 36, NO. 12, Pages: 14409-14419, 2021. (SCI一区)

[4] Gaoxiang Li, An Luo, Zhixing He, Fujun Ma*, et al. A DC Hybrid Active Power Filter and Its Nonlinear Unified Controller Using Feedback Linearization, IEEE Trans. Industrial electronics, 2021, VOL.68, NO.7, pp.5788-5798. (SCI一区)

[5] Fujun Ma*; Wang Xin, Zhen Zhu, et al. Multi-Port Railway Power Conditioner and Its Management Control Strategy with Renewable Energy Access, IEEE Journal of Emerging and selected topics on Power Electronics, VOL. 8, NO. 2, JUN. 2020, Pages: 1405 –1418. (SCI二区)

[6] Gaoxiang Li, Fujun Ma*, Yichao Wang, et al. Design and Operation Analysis of Virtual Synchronous Compensator, IEEE Journal of Emerging and selected topics on Power Electronics, VOL.8, NO.4, pp. 3835-3845, DEC. 2020. (SCI二区)

[7] Fujun Ma*, Xu Qianming, He Zhixing, An Luo. A Railway Traction Power Conditioner Using Modular Multilevel Converter and Its Control Strategy for High-speed Railway System, IEEE Trans. Transportation Electrification, vol.2, no.1, pp.96-109, 2016. (IEEE封面长文, 该期刊Top10 Popular papers)

[8] Zhen Zhu; Fujun Ma*;  Wang Xin, Wei Xinwei, Li Gaoxiang. Operation Analysis and A Game Theoretic Approach to Dynamic Hybrid Compensator for V/v Railway Traction System, IEEE Transactions on Power Electronics, VOL. 34, NO. 9, Sep. 2019, Pages: 8574–8587. (SCI一区)

[9] Fujun Ma*; Zhen Zhu; Jun Min; Yufei Yue; Xianxian He. Model Analysis and Sliding Mode Current Controller for Multilevel Railway Power Conditioner for the V/v Traction System, IEEE Trans. Power Electronics, Feb. 2019, vol.34, no.2, pp.1243-1253. (SCI一区)

[10] Jun Min, Fujun Ma*, Qianming Xu, Zhixing He, An Luo, and Alfio Spina. Analysis, Design, and Implementation of Passivity-Based Control for Multilevel Railway Power Conditioner, IEEE transactions on Industrial Informatics, 2018, 14(2), pp.415-425. (SCI一区)

[11] Qianming Xu; Fujun Ma*; Zhixing He; Yandong Chen; Josep M. Guerrero, et al. Analysis and Comparison of Modular Railway Power Conditioner for High-Speed Railway Traction System, IEEE Transactions on Power Electronics, 2017, 32(8), pp.6031-6048. (SCI一区)

[12] Zhixing He; Fujun Ma*;Qianming Xu; Yandong Chen; Josep M. Guerrero, et al. Reactive Power Strategy of Cascaded Delta-connected STATCOM Under Asymmetrical Voltage Conditions, IEEE Journal of emerging and selected topics in power electronics, 5(2), pp 784-795, 2017. (SCI二区)

[13] Gaoxiang Li, Fujun Ma*, An Luo, Zhixing He, Zhen Zhu, Virtual Impedance-Based VSG Control for Grid-Connected Inverter Under the Weak Grid Situations, IET Power electronics, May 2018, Vol. 11, Is. 13, pp. 2125 - 2132. (SCI二区)

[14] Fujun Ma*, Zhixing He, Xu Qianming, An Luo. Multilevel Power Conditioner and Its model predictive Control for Railway Traction System, IEEE Trans. Industrial electronics, 2016, Vol.63, no.11, pp.7275 – 7285. (SCI一区)

[15] Fujun Ma, Luo An*, X.Y. Xu, Huagen Xiao, C.P. Wu, and Wen Wang. A simplified power conditioner based on Half-bridge converter for High-speed Railway System, IEEE Trans. Industrial Electronics, vol.60, no.2, pp.728-738, 2013. (SCI一区)

[16] Fujun Ma*, An Luo, Qiaopo Xiong, He Zhixing, Xu Qianming. Derivation of Zero-Sequence Circulating Current and the Compensation of Delta-Connected SVG for Unbalanced Load, IET power electronics, Vol. 9, no. 3, pp. 576–588, 2016. (SCI二区)

[17] Zhixing He, Fujun Ma*, Mingshen Li, Qianming Xu. Multifunctional Hybrid Active Power Converter and Its Industrial Application for Electrolytic Copper-foil, IET generation transmission distribution, 2016, Vol.10, no.16, pp. 3985 - 3994. (SCI三区)

[18] Fujun Ma*, An Luo, Shuai Zhikang, Tu Chunming, Qiaopo Xiong. The voltage ripple analysis of simplified active power compensator for negative sequence and reactive power compensation, IET power electronics, vol.7, no.10, pp. 2582–2594, 2014. (SCI二区)

[19] An Luo, Fujun Ma*, Qiaopo Xiong, He Zhixing. The Development of High-current Power Supply System for Electrolytic Copper-foil, Journal of Power Electronics, Vol.15, No.2, pp. 399-410, 2015. (SCI四区)

[20] Fujun Ma*, An Luo, Qiaopo Xiong. The Power Analysis and Its Control of Two-phase Orthogonal Power Supply for the Continuous Casting, Journal of Electrical Engineering & Technology, Vol.10, No.3, pp. 971-982, 2015. (SCI四区)

[21] Zhinxing He*, Fujun Ma, Luo An, Chen Yandong, Qianming Xu, Circulating Current Derivation and Comprehensive Compensation of Cascaded STATCOM Under Asymmetrical Voltage Conditions, IET generation transmission distribution, 2016, Vol.10, no.12, pp. 2924 - 2932. (SCI三区)

[22] Luo An*, Fujun Ma, C.P. Wu, Shiqi Ding, Q.-C. Zhong, and Z.K. Shuai. A dual-loop control strategy of railway static power regulator under V/V electric traction system, IEEE Trans. Power Electronics, vol.26, no.7, pp.2079-2091, 2011. (SCI一区)

[23] Qianming Xu*, Fujun Ma, Luo An, Zhinxing He. Hierarchical direct power control of modular multilevel converter for tundish induction heating, IEEE Trans. Industrial Electronics, 2016, Vol.63, no.12, pp. 7919 – 7929. (SCI一区)

[24] Qianming Xu, Fujun Ma, An Luo*, Zhixing He. Analysis and Control of M3C based UPQC for Power Quality Improvement in Medium/High Voltage Power Grid, IEEE Trans. Power Electronics, vol.31, no.12, pp. 8182 - 8194, 2016. (SCI一区)

[25] Luo An*, Xu Qianming, Fujun Ma, Yandong Chen. An overview of power quality analysis and control technology for the smart grid, Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 2016, 4(1):1–9. (SCI三区)

[26] Luo An*, C.P. Wu, John Shen, Z.K. Shuai, Fujun Ma. Railway Static Power Conditioners for High-speed Train Traction Power Supply Systems Using Three-phase V/V Transformers, IEEE Trans. Power Electronics, vol.26, no.10, pp. 2844-2856, 2011. (SCI一区)

[27] C.P. Wu*, Luo An, John Shen, Fujun Ma, S.J. Peng. A Negative Sequence Compensation Method Based on Two-phase Three-wire Converter for High-speed Railway Traction Power Supply System, IEEE Trans. Power Electronics, vol.27, no.2, pp.706-717, 2012. (SCI一区)

[28] An Luo*, Huagen Xiao, C.P. Wu, H.L. Ouyang, Fujun Ma, Z.K. Shuai. Development and Application of Two-phase Orthogonal Power Supply for Electromagnetic Stirring, IEEE Trans. Power Electronics, vol.28, no.7, pp.3438-3446, 2013. (SCI一区)

[29] Lei Wang*, Ying Pang, Keng-Weng Lao, Man-Chung Wong, Fujun Ma, Xiaoping Zhou, Design and Analysis of Adaptive Impedance Structure for Co-phase Railway Traction Supply Power Quality Conditioner, IEEE Trans. Transportation Electrification, VOL.6, NO.3, pp.1338-1354, SEP. 2020. (SCI)

[30] Peng Guo; Qianming Xu*; Yufei Yue; Fujun Ma; Zhixing He; An Luo; Josep M. Guerrero, Analysis and Control of Modular Multilevel Converter With Split Energy Storage for Railway Traction Power Conditioner, IEEE Trans. Power Electronics, 2020, Vol.35, no.2, pp.1239-1255.

[31] Xinwei Wei; Hongliang Wang*; An Luo; Fujun Ma; Zhen Zhu; Gaoxiang Li; Renyifan Hao. Parameter Identification and Lyapunov Function Based Adaptive Switched Control for Underwater Electroacoustic Transduction System, IEEE Trans. Power Electronics, 2020, Vol.35, no.6, pp.6572-6585.

[32] Hongle Rong, Qianming Xu*, Zhixing He, Fujun Ma, AN Luo. Fault-tolerant Oriented Hierarchical Control and Configuration of Modular Multilevel Converter for Shipboard MVDC System, IEEE Trans. Industrial Informatics, Vol.15, no.8, 2019, pp.4525-4535. (SCI一区).

[33] Canbing Li, Xubin Liu, Kai Sun*, Yijia Cao, Fujun Ma and Bin Zhou, A Hybrid Control Strategy to Support Voltage in Industrial Active Distribution Networks, IEEE Trans. Power Delivery, Vol.33, no.6, 2018.8, pp.2590-2602. ( SCI二区)

[34] Yufei Yue, Yandong Chen*, An Luo, Fujun Ma, Qianming Xu, Zhixing He. Robust predictive dual-loop control method based on Lyapunov function stability and energy equilibrium though double-core processors for active power filter, International Journal of Electrical Power and Energy Systems, vol. 89, pp. 69–81, July 2017. (SCI二区)

[35] An Luo*, Huagen Xiao, Fujun Ma, Zhikang Shuai, Yichao Wang. Distribution static compensator based on an improved direct power control strategy, IET Power Electronics, Vol.7, no.4, pp.957–964, 2014. (SCI二区)

[36] An Luo*, Xie Ning, Shuai Zhikang, Chen Yandong, Jin Guobing, Fujun Ma, Zhipeng Lv. Large-scale Photovoltaic Plant Harmonic Transmission Model and Analysis on Resonance characteristics, IET power electronics, Vol.8, no.4, pp. 565–573, 2015 (SCI二区)

[37] M.T. Chau*, A. Luo, Fujun Ma, Z. Shuai, T. Nguyen, W. Wang. Online control method with time-delay compensation for hybrid active power filter with Injection Circuit, IET Power Electronics, vol.5, no.8, pp.1472-1482, 2012. (SCI二区)

[38] MinhThuyen Chau*, An Luo, Z.K. Shuai, Fujun Ma, Ning Xie. A Novel Control Method for Hybrid Active Power Filter with Injection Circuit Using Hybrid Fuzzy, Journal of Power Electronics, vol.12, no.5, pp.800-812, 2012. (SCI四区)

六、授权代表性专利

[1] 马伏军, 罗安, 肖华根, 刘月华, 金国彬, 熊桥坡, 何志兴. 一种三相功率变流器的综合控制方法, 2013.11, 中国, 授权发明专利: ZL****10133773.2

[2] 马伏军, 毕然. 一种两相正交逆变器的电流复合控制方法, 2015.6, 中国, 发明专利: ZL ****10121649.4

[3] 马伏军, 毕然. 一种铁路功率调节器的直流侧电压纹波控制方法, 2014.9, 中国, 授权发明专利: ZL ****10120852.X

[4] 马伏军, 毕然. 一种三相高压级联型混合功率补偿器及其控制方法, 2014.8, 中国, 授权发明专利: ZL ****10120853.4

[5] 马伏军, 罗安, 熊桥坡, 刘月华. 一种MMCC式直接铁路功率补偿器及其控制方法, 2015.7, 中国, 发明专利: ZL ****10516289.8

[6] 马伏军, 毕然, 何志兴. 电网不平衡时三相PWM变流器的正负序联合控制方法, 中国, 授权发明专利: ZL ****10304868.5

[7] 马伏军, 毕然, 徐千鸣. 一种LC串联式三相PWM整流器及电流迭代学习控制方法, 中国, 授权发明专利: ZL ****10304906.7

[8] 马伏军, 徐千鸣, 周奔. 一种全桥MMC式高压三相-单相直接变换器及其控制方法, 中国, 授权发明专利: ZL ****10392007.7

[9] 马伏军, 何志兴, 兰征, 丁红旗.一种C型串联滤波式级联SVG及其负序补偿控制方法, 中国, 授权发明专利: ZL ****10780960.9

[10]马伏军, 罗安, 何志兴, 毕然, 徐千鸣. 一种电容耦合式无线功率传输电路及其控制方法, 中国, 授权发明专利: ZL ****11006086.X

[11] 马伏军,闵俊,徐千鸣,何志兴,丁红旗. 一种多电平铁路功率调节器及其无源非线性控制方法,中国, 授权发明专利: ZL ****10325383.9

[12] 马伏军, 罗安, 丁红旗, 贺西, 何志兴, 徐千鸣. 一种MMC式铁路牵引功率调节器的单相模型预测控制方法, 中国, 授权发明专利: ZL 20161****847.8

[13] 罗安, 马伏军, 孙运宾, 何志兴, 刘雷. 一种二开关臂的LC式混合有源电力滤波器的控制方法, 2013.11, 中国, 授权发明专利: ZL ****10066952.4

[14] 罗安, 马伏军, 帅智康, 吕志鹏, 谢宁, 刘芸, 邓才波. 基于三相二臂的三电平有源电能质量补偿器的前馈解耦控制方法, 2013.2, 中国, 授权发明专利: ZL ****10153638.5

[15] 罗安, 马伏军, 刘月华, 熊桥坡, 何志兴, 周娟. 一种三相四开关功率变流器的不平衡补偿控制方法, 2015.7, 中国, 授权发明专利: ZL ****10392197.3

[16] 罗安, 马伏军, 王逸超, 帅智康, 吴敬兵, 吴传平, 邓才波. 大功率高效用能型高频开关电源的综合控制方法, 2012.6, 中国, 授权发明专利: ZL ****10163686.2

[17] 罗安, 马伏军, 谢宁, 张寅, 王刚, 王晓, 刘芸. 大功率简化型电解电镀高频开关电源及其控制方法, 2012.12, 中国, 授权发明专利: ZL ****10163651.9

[18] 罗安, 马伏军, 吴传平, 吴敬兵, 孙娟, 王刚, 张寅, 孙运宾. 一种基于半桥结构的铁路功率调节器的控制方法, 2012.12, 中国, 授权发明专利: ZL ****10516548.3

[19] 罗安, 马伏军, 吴敬兵, 帅智康, 曾灿林, 熊桥坡, 王刚, 孙运宾. 一种基于快速等效电纳计算的SVC复合控制方法, 2012.5, 中国, 授权发明专利: ZL ****10516681.9

[20] 罗安, 马伏军, 刘月华, 何志兴, 胡龙, 熊桥坡. 三相高压级联型AC-DC-AC双向变换器及其控制方法, 2014.12, 中国, 授权发明专利: ZL ****10121227.7.

研究方向:电力电子变换系统及控制

 1. 配网多端口能量路由器及实验平台

随着区域经济带发展,在某些区域负荷存在明显的季节性过载现象,供电系统不堪重负;与此同时,分布式可再生能源发电系统(如光伏、水电等)被广泛地安装和应用,但受日照、气候等因素影响存在输出功率波动大、稳定性差等问题,由此导致的区域电能供需不平衡、可再生能源接入及稳定控制问题日益突出。为此,团队提出并研制一套端口四端口电能路由器系统及装置,来解决多源互补、负荷季节性过载问题,实现能源的高效综合利用和电网稳定运行。

低压配网380V多端口能量路由器实验平台:包括小水电模拟端口、并网端口、储能端口和光伏端口及能量管理系统,端口变换器功率500kVA,公用直流母线,直流电压控制在700V-800V。技术研究点:①三电平直流变换器的PWM调制及控制策略研究;②并网端口的多场景运行控制策略研究;③多端口系统的协同控制策略研究;④多端口系统的建模及稳定性研究。

2. 铁路多端口能量路由器及实验平台

近年来,我国太阳能、风能等新能源发电系统在大规模建设和发展,然而我国光伏、风电等新能源分布式发电系统的安装和建设具有分散性和广域性,主要分布在大西北地区,导致大量新能源系统的并网和消纳问题已严重凸显。与其同时,随着高速铁路轨道网络的建设和快速发展,机车负荷和运营密度都在日益增加,导致铁路负荷电能需求量在日益增大。所以,为了缓解新能源系统和高耗能机车负荷之间的能量供需矛盾,旨在研究一种集成大容量新能源接入的铁路多端口能量路由器(Railway Multi-port Energy Router, R-MER)拓扑及其端口协同控制策略,实现机车负荷、新能源和储能的动态柔性适配,实现铁路沿线新能源的大容量就地接入、消纳和平衡,同时能实现牵引系统的电能质量控制和补偿,缓解供需矛盾,实现两者的互补和共赢。

低压380V铁路多端口能量路由器实验平台:包括V/v模拟牵引供电平台和铁路能量路由器R-MERR-MER包括两个基于MMC的单相交流端口、光伏端口、储能端口,公用直流母线,直流侧电压可调。技术研究点:①兼具新能源接入的铁路多端口能量路由器拓扑结构研究;②考虑电能质量治理下的多端口潮流优化分配研究;③多端口系统的协同控制策略研究(兼具新能源接入和电能质量治理);④多端口系统的建模及稳定性研究。

3. 模块化多电平变换器MMC及实验平台

多电平变换技术通过改进变换器自身拓扑结构来实现高压大功率输出,其基本思想是通过多个电平台阶的合成,以逼近正弦输出电压。具有以下优点:1)可以用低耐压器件实现高压大功率输出;2)输出波形电平数增加,改善了输出电压质量,减小乃至消除了无源滤波器;3)以较低的器件开关频率实现较高的等效开关频率,保持较高的系统效率,改善了系统的EMI特性;4)无需输出变压器,减小了系统的体积和损耗。由于具有诸多显著优势,采用多电平变换技术的高压大功率变换器得到越来越多的应用。MMC的典型应用有:针对高压配电网,采用级联型SVG(直挂三相高压电网)动态输出补偿无功和负序,稳定电网电压;针对大容量中间包感应加热,采用基于MMC的三相-单相功率变换电源系统,实现感应负载的大功率变频变压供电。

低压380V模块化多电平变换器MMC实验平台:三相调压器、滤波电感、MMC变换器(2模块串联)和输出负载等。技术研究点:①MMC的调制策略、模块损耗分析模型及故障失效机理分析;②MMC的模块故障容错控制策略研究;③电压不平衡情况下的MMC系统运行控制策略研究;④MMC系统的建模及稳定性研究。

(a)级联型SVG (b)基于MMC的中间包感应加热电源

4. 三相储能逆变器及实验平台

为响应国家2060双碳政策,电网正主导研究构建以新能源为主体的新型电力系统,该系统具有两个明显特征:新能源占比高和电力电子变换器占比高,由此导致的新能源接入电网后稳定控制问题突出,严重影响着电网和社会的安全稳定。然而大规模储能技术是实现新型电力系统安全稳定运行的关键核心技术,具有以下优点:(1)平滑间歇性电源功率波动。储能装置能够提供快速的有功支撑,增强电网调频、调峰能力,大幅提高电网接纳可再生能源的能力。(2)减小负荷峰谷差,提高系统效率和设备利用率。(3)增加备用容量,提高电网安全稳定性和供电质量。在系统因故障而停电时,储能装置可以起到大型不间断电源(UPS)的作用,避免突然停电带来的损失。

低压380V三相储能逆变器实验平台:包括两台10kW三相储能逆变器,两逆变器的直流侧独立,直流侧电压可调。技术研究点:①储能逆变器的多场景控制策略研究;②多储能逆变器的并联运行策略研究;③储能系统接入新能源电站的控制策略研究;④储能接入弱电网系统的建模及稳定性研究。

5. 大功率高频感应加热电源及实验平台研制

高性能特种金属薄板已经广泛应用于建筑、能源、交通、石化石油等民用和军事领域,如特种汽车薄板材、特种容器薄板、火箭和太空飞船关键部位的特种薄板材等。而特种大功率高频感应加热电源系统是生产高性能金属薄板材的关键设备之一,能对金属薄板进行快速均匀加热,可实现对薄板的再结晶和晶粒细化,改善晶粒尺寸及组织分布,大幅提高薄板的强度、韧性等性能,如图所示。该技术和装备一直受国外垄断封锁,依赖进口、价格昂贵,运行维护受制于人,严重制约和影响国家相关领域的发展。

(a)薄板横向磁通感应加热的实物模型图

(b)薄板感应加热的典型供电结构图

大功率高频感应加热电源的技术研究点:①负荷多场耦合建模及感应线圈空间结构布置研究;②大功率高频谐振逆变拓扑、工作原理及参数优化设计研究;③多器件并联数学分析模型及可靠性研究;④多模块高频同步驱动及鲁棒控制策略研究;⑤400kW高频逆变功率模块研发。