轨道交通大功率高可靠供电系统的关键技术及工程应用-华南理工大学

1、附件 4：2018 年度广东省科学技术奖公示表（自然科学奖、技术发明奖、科技进步奖格式）项目名称主要完成单位主要完成人（职称、完成单位、工作单位）轨道交通大功率高可靠供电系统的关键技术及工程应用华南理工大学广州科技贸易职业学院广东创电科技有限公司北京地铁运营有限公司通信信号分公司成都地铁运营有限公司中铁二院工程集团有限责任公司中铁第一勘察设计院集团有限公司1. 张波 （教授、华南理工大学、主要贡献：项目总负责人，制定项目研究思路、整体实施方案和重大技术原则，负责项目的组织和实施，对创新点1、2、 3做出重要贡献。）2.廖慧 （副教授、广州科技贸易职业学院、广州创电科技有限公司、主要贡献：大功率

2、电源系统的研发与产业化、新型轨道交通大功率高可靠集中供电系统设计，对创新点 2 做出重要贡献。）3.陈艳峰 （教授、华南理工大学、主要贡献：电源系统的非线性分析与控制、并机技术， 对创新点 1、 3 做出重要贡献）4.王焱 （助工、北京地铁运营有限公司通信信号分公司、主要贡献：新型地铁大功率高可靠集中供电系统设计及工程应用，对项目成果应用和技术改进做出重要贡献）5. 丘东元 （教授、华南理工大学、主要贡献：新型大功率电路拓扑结构和电力电子非线性分析与控制的研究，对创新点1、3 做出重要贡献）6. 肖珊 （高工、中铁二院工程集团有限责任公司、主要贡献：新型轨道交通大功率高可靠集中供电系统设计设计

3、及工程实现，对项目成果应用和实施做出重要贡献）7. 张彧锋 （高工、中铁第一勘察设计院集团有限公司、主要贡献：新型轨道交通大功率高可靠集中供电系统设计设计及工程实现，对项目技术方案实施做出重要贡献）8. 黄宇 （高工、成都地铁运营有限公司、主要贡献：新型地铁大功率高可靠集中供电系统设计及工程应用，对项目成果应用和技术改进做出重要贡献）9. 李超 （助工、北京地铁运营有限公司通信信号分公司、主要贡献：新型地铁大功率高可靠集中供电系统设计及工程应用，对项目成果应用和维护做出重要贡献）10. 张国慧 （高工、中铁二院工程集团有限责任公司、主要贡献：新型地铁大功率高可靠集中供电系统设计及工程实现，对项

4、目成果应用和技术改进做出重要贡献）11. 李海培 （高工、中铁第一勘察设计院集团有限公司、主要贡献：新型地铁大功率高可靠集中供电系统设计及工程实现，对项目成果应用和技术改进做出重要贡献）12. 肖文勋 （副教授、华南理工大学、华南理工大学、主要贡献：新型高效率变换器拓扑和模块化电源设计与实现，对创新点1、 2 做出重要贡献）13. 谢帆（讲师、华南理工大学、主要贡献：大功率变换器系统的非线性建模与稳定性分析 对，创新点 3 做出重要贡献）- 1 -项目简介代表性论文专著目录以地铁为代表的城市轨道交通发展迅猛，是继高铁后我国高新技术发展的一个标志。然而随着城轨交通运载能力的不断提高、系统的日益庞

5、大，系统可靠性受到严重挑战，各种故障及隐患大量增加，给人们出行带来极大不安全性，据统计系统故障 60%以上由供电引发。 高可靠的供电系统成为制约我国城轨交通的 “卡脖子” 技术。本项目在国家自然科学基金和广东省技术创新项目支持下，针对我国城轨供电系统容量小、可靠性差、综合控制特性差的技术难题，攻克城轨供电系统大效率供电变换器、同步均流、智能监控和蓄电池智能巡检、非线性集中式控制及再生制动等技术，大幅度提高了大功率轨道交通供电系统运行特性，有效保证轨道交通的安全供电。1、 提出了大效率供电的变换器技术：发明了城市轨道交通供电系统的新型Z 源半桥逆变器、模块化大功率变换器、单开关高增益升压变换器、

6、 双耦合电感的高效率高增益 DC-DC变换器、 非串联级联的 N 次型 Boost 变换器等技术，解决了大功率导致城轨供电系统结构复杂、可靠性差的技术难题，将轨道交通供电系统容量从几十千伏安提高到800 千伏安的大功率、超大功率水平，研制出目前国际上最大功率的城轨供电电源模块。2、 提出了同步均流技术、智能监控和蓄电池智能巡检技术发明了城市轨道交通供电系统的大功率电源模块并机同步均流、输出电压不平衡及谐波抑制、冗余在线式大功率不间断供电、智能型分时供电、蓄电池无线监控和智能巡检、集中式供电网络监控等技术，解决了轨道交通供电系统多电源模块并联、蓄电池维护困难、系统可靠性差的难题。经中国质量认证中

7、心等权威检测部门检验，产品电压不平衡度 1%、输出电压精度 1%、波形失真度 3%、功率因数 0.99 、效率97%，整体指标全面超过国内外同类电源产品，实现了轨道交通系统的大功率可靠供电。3、 提出了非线性集中式控制技术及再生制动技术发明了轨道交通供电系统动态运行特性的非线性分析与集中式控制、数字控制、大功率 IGBT 串联均压控制、大功率多脉冲 PWM整流和 SVPWM、具有能量回馈的大功率供电等技术。在国际上首次准确模拟了系统的运行特性，将现有线性控制技术上升到非线性集中控制技术，并实现了数字化控制，大幅提高了轨道交通系统动态特性；完全与现有均压技术不同， 从控制角度解决了大功率开关器件

8、 IGBT 的均压难题，均压不平衡度小于 0.1%，超过了国际同类产品指标；解决了城轨供电系统回馈损耗大的技术难题，有效提高了电能利用率和轨道交通安全、连续供电。本项目实现了我国轨道交通供电电源技术的飞跃发展， 具有完全自主知识产权。经同行专家鉴定认为，项目整体技术达到国际先进水平，其中高性能城轨供电拓扑技术、高可靠轨道交通供电非线性控制技术、大功率轨道交通供电电源并联均流技术达到国际领先水平。论文 1： A 3-Z-Network Boost Converter.论文 2： High-performance quasi-Z-source inverter with low capacitor

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

10、7： Detecting Bifurcation Types and Characterizing Stability in DC-DC Switching Converters by Duplicate Symbolic Sequence and Weight Complexity.论文 8：Non-linear dynamic behaviours of DC cascaded converters system with multi-load converters.- 2 -知识产权名称推广应用情况论文 9： A Modeling and Analysis Method for Frac

11、tional-Order DC-DC Converters.论文 10：Bi-Switching Status Modeling Method for DC-DC Converters in CCM and DCM Operations.发明专利1：一种三储能电容双输出Z 源半桥变换器（ ZL201410043080.9 ）发明专利2：一种非对称型双输出Z 源半桥变换器（ ZL201410042979.9 ）发明专利3：三相桥式模块单元串联组合高压变换器（ZL201310719758.6 ）发明专利4：一种单开关高增益升压变换器（ZL201310423314.8 ）发明专利5：双耦合电感的高效

12、率高增益DC-DC变换器（ ZL201410042840.4 ）发明专利6：一种非串联级联的 N 次型 Boost 变换器（ ZL201310423389.6 ）发明专利7：三相 UPS并机系统的同步实现方法及同步控制装置（ ZL201310157875.8 ）发明专利8：一种数字电流模控制的开关功率变换器的建模及分析方法（ ZL201410193880.9 ）发明专利9：一种 IGBT 串联均压控制系统及方法（ZL201410203525.5 ）发明专利10：一种超级电容储能、滤波及稳压的再生制动城轨供电系统（ZL201310561789.3 ）（ 1）已应用情况本成果已经成功应用于北京地铁

13、1 号、4 号、5 号、7 号、8 号、10 号、13 号、MLC系统、房山线、燕房线，天津地铁1 号，香港地铁机场线，和成都地铁5 号、 9号、 17 号、 18 号等城轨交通的不间断供电电源系统中。与本成果相关联的电源产品也广泛应用于数据中心、公安、部队、公路、金融、电信、邮政、广电、工厂、医院等场合的供电系统中。（ 2）市场前景分析我国城镇化建设将大力推动以地铁为代表的城市轨道交通在快速发展，“十三五”期间城轨交通新建里程总共增加 3000-4000 公里，年均 600-800 公里，预计到 2020 年运营里程将达 6800 公里。城市轨道交通包含通信、信号、综合监控、自动报警、门禁、自动售检票、乘客信息、办公自动化等弱电系统，