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完成单位：中国电子科技集团公司第十八研究所、天津大学、哈尔滨理工大学、天津蓝天太阳科技有限公司

主要完成人：张云、王萍、裴东、吴晓刚、呼文韬、李钏、高胜寒

项目亮点

宽增益直流变换拓扑构造技术与混合储能控制方法，“包容”了新能源发电的“任性”与储能模组的“小气”。

项目介绍

在全球不可再生能源日趋枯竭与环境污染的双重恶化下，开发利用新能源已成为世界能源转型的必由之路，我国政府已确立“双碳”目标，重点建设和发展新能源高比例渗透的新型电力系统。微电网是新型电力系统的重要组成部分，其将光伏电池、燃料电池等分布式电源及储能元件有序构网，既可独立运行，又可并网运行。更重要的是，微电网在极地、临近空间等极端环境区域有着更为广泛而迫切的需求。然而，由于极端环境微电网的分布式电源及储能模组端电压的宽范围特性，造成其接口直流母线的直流变换器陷于极端占空比运行、储能模组被迫加大额外备用容量、储能蓄电池频遭冲击电流等问题。本项目为解决极端环境微电网应用的前述问题，在宽增益直流变换拓扑构造技术、混合储能协同运行控制技术方面取得了系列突破，对极端环境微电网领域的高效电能变换与控制具有重要的研究意义与应用价值。其主要技术内容包含以下三个方面：

（1）针对分布式电源与微电网直流母线之间的电压动态失配难题，研究发现了低电压应力-宽输入三电平升压直流变换拓扑的构造机理和拓扑非极端占空比宽增益运行机理，提出了复合三电平升压拓扑与准Z源飞跨电容三电平升压拓扑，揭示了升压拓扑构造之间的对偶性规律，提出了一族开关电容升压拓扑。

(2) 研究发现了双向开关电容单元组合与双向开关准Z源网络间的本征规律，提出了单相共地宽增益的开关电容、开关准Z源双向直流变换拓扑族，发明了多相交错并联共地宽增益双向直流变换拓扑构造方法，解决了微电网混合储能系统中储能蓄电池、超级电容因需电压匹配而额外增加备用容量的问题。

(3) 针对储能蓄电池与超级电容的能量-功率协同控制问题，提出了基于虚拟电感、虚拟电阻的功率分频分模式控制策略及新型分散式下垂控制方法，实现了微电网直流母线电压的无跌落调节，提高了微电网系统的动态响应性能，并延长了蓄电池服役寿命。

本项目成果已发表国际高水平期刊论文17篇、极地实证论文1篇，已授权国家发明专利15件。项目的技术成果已推广应用到多个微电网重大项目工程，成功应用于南极泰山站、临近空间无人飞机飞艇、新疆塔什库尔干高原、西藏边疆、青岛岛礁等极端环境区域的微电网系统，实现了极端环境微电网系统高性能安全运行。相关核心发明专利已完成技术转让，成功应用于河北汇能等企业的微电网和光伏电站储能用电源产品研制并销售。项目成果的应用，产生了显著的经济效益和社会效益。

项目图片

项目完成单位

1、中国电子科技集团公司第十八研究所

中国电子科技集团公司第十八研究所：简称中电十八所，始建于1958年，为国家一类事业单位，是我国化学与物理电源行业中成立最早、规模最大、专业覆盖面最广、产品类别最多、技术实力雄厚的综合性化学与物理电源研究所。全所现有职工1500余人，其中集团公司首席科学家1人、首席专家2人，享受国务院政府特殊津贴专家11人，科技部创新人才推进计划1人，1个国防科技重点实验室，6个专业学术机构，1个质量监督检验中心。2016年至2020年，共获国家三大奖4项。

贡献：总结提炼出极端环境区域微电网应用中的实际工程问题，分析出了最直接的研究对象。负责本项目的总体研发、试验、建设和验收，基于天津大学、哈尔滨理工大学研究开发的宽增益直流变换拓扑系列的原理样机、混合储能系统的实验平台、控制算法，设计并研制了极端环境区域微电网工程应用的定型直流变换电源及控制器产品，并实施了工程应用。

2、天津大学

天津大学：简称天大，其前身为始建于1895年的北洋大学，是中国第一所现代大学。天津大学设有卫津路校区、北洋园校区和滨海工业研究院校区，形成了工科优势明显、理工结合，经、管、文、法、医、教育、艺术等多学科协调发展的综合学科布局。现有教职工4960人，其中两院院士17人，教授887人，74个本科专业，43个一级学科硕士点，31个一级学科博士点，30个博士后科研流动站，4个国家重点实验室。2016年至2020年，共获国家三大奖21项。

贡献：针对极端环境区域微电网工程中遇到的光伏等分布式电源宽电压范围发电受限、储能模组额外备用容量超标、储能蓄电池频繁遭受直流母线特殊负载的电流冲击等工程问题，提出了一系列适用于极端环境区域微电网工程应用的宽增益直流变换拓扑，发明了混合储能系统的分频分模式分散式协同运行控制策略，为微电网在南极泰山站新能源系统、新疆西藏边远地区供电系统、临近空间飞行器能源系统中的推广应用，提供了理论和方法的指导与有力支撑。

3、哈尔滨理工大学

哈尔滨理工大学：简称哈理工，始建于1950年，在哈尔滨市有西、南、东3个办学区，在山东省荣成市设有哈尔滨理工大学荣成校区。现有教职工2500余人，其中中国工程院院士1人，国家高层次人才5人，65个本科专业，22个一级学科硕士点，8个一级学科博士点，7个博士后科研流动站，1个国家大学科技园，28个省部级重点实验室。近5年共获科研奖励103项。

贡献：针对极端环境区域微电网应用存在的前述问题，提出了宽增益升压直流变换器拓扑及多源功率分配方法，为分布式发电与混合储能协同运行控制提供了一定的方法依据。

4、天津蓝天太阳科技有限公司

天津蓝天太阳科技有限公司成立于2009年，前身是中国电子科技集团公司第十八研究所（中电十八所）的第十一研究室，注册资本1亿元，由中国电子科技集团全资控股，是专业致力于电能源系统产品研发、生产、销售和服务的国家级高新技术企业。公司已承担完成国家科技部、工信部、国防科工局等一批重点科技项目，新产品技术在光伏并网电站、风光油储能离网电站、兆瓦级储能集装箱等多个方面取得了重大进展。

贡献：负责本项目在极端环境微电网系统工程中的具体应用与实施，设计了光储系统总体拓扑结构，实施了光伏、混合储能系统协同运行控制方法，对宽增益升压直流变换拓扑、混合储能系统运行控制的工程化进行了应用与推广。

第一完成人简介

张云

教授 天津大学

张云，天津大学电气自动化与信息工程学院教授、博导，天津大学-中电十八所“临近空间电力变换系统”联合实验室主任。一直从事新能源电力变换与控制技术领域的研究工作，负责承担国家与省部级基金项目、军工项目、企业院所合作项目20余项，解决了宽范围发电的新能源与直流母线间的电压动态失配问题、储能模组的额外备用容量增加问题、PWM整流/逆变系统的失稳控制问题。发表IEEE汇刊论文30多篇，授权国家发明专利20多件，入选天津市131创新人才、天津大学北洋学者，获2022年中国电源学会科技进步二等奖、2018年Journal of Power Electronics期刊编委杰出贡献奖。