点击返回成果展示页面

完成单位：天津大学、国网江苏省电力有限公司电力科学研究院

主要完成人：王议锋、陈博、孙天奎、马小勇、陈梦颖、王忠杰

项目亮点

项目研发的高效高功率密度多端口直流用电适配装置，采用多谐振软开关技术、高频磁集成方法、GaN应用技术、无通讯自适应控制技术以及最优自抗扰控制技术，达到了最高效率 98.14%，功率密度 126W/in³的指标，实现了0-48V无通讯自适应适配的功能，引领了直流用电系统的行业技术革新。

项目介绍

随着配用电系统源荷直流特征愈发明显，低压直流用电网络因其高效、安全、灵活的优势，必将成为未来的发展趋势。目前，其推广应用面临三大难题：1）低压直流用电电压等级众多、难以统一，现有的自适应通讯协议成本高、自适应供电范围窄；2）低压中小功率传统适配装备存在效率和功率密度偏低等问题且针对直流用电环境的适配装备缺乏；3）传统数字控制方法多采用PI控制，难以满足直流系统适配多工况和多场景的复杂应用需求。

本项目聚焦上述问题，对直流用电技术及装备开展科技攻关，主要技术发明点如下： 

① 提出高效紧凑宽增益多磁件拓扑族衍生理论及构建方法。发明双变压器型多谐振软开关拓扑，构建含谐振零点拓扑族衍生理论，解决宽增益与高效率难以兼顾的矛盾；提出高频磁性元件集成方法，发明多磁柱不等气隙磁芯结构，提升磁芯利用率100%。相比国际主流产品，研制的系列样机电压增益范围拓宽50%，效率提升10%以上，功率密度提升4.2倍，突破直流用电设备的功率密度与效率提升瓶颈，引领高效小型化功率变换技术的革新方向。

② 首创低压无通讯自适应直流用电适配方法。对小功率电压敏感精密电器，提出电压-电流自主检测与负载三段式适配策略，发明软开关范围拓展与精确死区在线调节技术，研发高效适配装置，实现无通讯负载识别与0-48V自适应调压；针对中等功率电压不敏感电器，发明分量跟随的无通讯电压自适应直流适配技术，通过主动跟随技术采集输出电压分量信号，实现无通讯5-48V自适应调压。构建强通用性的中小功率低压直流自适应电压适配技术体系，为我国智能低压直流用电环境的建立奠定技术基础。

③ 首创适配器两级强鲁棒性最优自抗扰方法。发明模糊自寻优规则构建方法，拓宽自适应抗扰策略对幅/频时变干扰的抑制范围，提升多工况下适配器前级输出电压稳定性；发明双校正强鲁棒最速观测器，减小多场景下时变非线性负荷波动对适配器后级输出电压的影响。实现了直流用电适配器两级电压的精稳调控，电压调节速度及精度均提升50%以上，保证复杂工况下用户侧高品质用电。

项目授权发明专利16件；发表论文48篇，包含SCI 21篇；参编制IEEE标准1项。关键技术在江苏考普司骆、上海良信等公司变流器产品中得到应用，项目成果推广至吴江中低压直流配用电系统、雄安市民中心广场等工程项目，经济效益显著，近三年新增销售额5.128亿元，新增利润6698.5万元。项目成果为直流用电侧智能适配装置的应用扫清了技术障碍，完善了直流用电系统的架构，引领了直流用电系统的行业技术革新。

项目图片

1. 样机照片1

2. 样机照片2

3. 适配器三带图片

项目完成单位

1.天津大学在本次申请项目中全面主持相关技术创新和成果应用工作，对发明点1、2、3作出了重要贡献。

提出了双变压器拓扑族及新型磁集成方法，丰富了高频多谐振隔离型变换器构建及衍生理论体系；提出了智能自适应负载适配思想，发明了智能自适应负载适配技术及新型家用负载的新型分类方案，提出了精确GaN寄生参数模型与死区建模；提出了适配器两级强鲁棒性最速自抗扰方法，实现了直流用电适配器两级电压的精稳调控，保证复杂工况下用户侧高品质用电。推动项目开展与实验平台验证，最终实现了0-48V无通讯多种类多电压等级直流负载的高效自适应适配。 

单位将项目相关技术研究推广应用到了吴江同里、雄安市民中心等直流配用电示范工程中，推动了相关企业的技术革新，产生了显著的社会经济效益。

综上所述，本单位对本项目发明中涉及的相关技术从构思-探索-实现的过程中均作出了重要贡献，此外，对相关直流用电技术的应用和推广提出了指导性的意见，做出了建设性的贡献。

2.国网江苏省电力有限公司电力科学研究院配合高校进行相关理论研究与示范应用工程推广。配合高校进行高效高功率密度直流用电硬件技术的理论研究和实现。对第2项技术发明做出了重大贡献。针对中等功率电压不敏感电器，发明了分量跟随的无通讯电压自适应直流适配技术，通过供电端主动跟随技术提取受电端电压分量信息，在受电端不依赖芯片下实现了用电侧5V-48V的电压自适应调节，提高自适应调压范围和供电功率的同时，解决了现有自适应充电协议依赖数字通讯芯片的问题。

单位将项目相关技术研究推广应用到了吴江同里等示范工程中，并通过示范工程的良好应用效果展示，促进了本发明的广大宣传，加深了相关企业的产学研合作，推动了相关企业的技术革新，进而促进了对应企业的经济效益提升。

综上所述，本单位在本项目创新发明中涉及的相关直流用电技术的应用和推广做出了建设性的贡献。构建了低压直流用电环境，引领了用电侧核心设备高效小型化智能化的发展潮流。

第一完成人简介

王议锋

副教授 天津大学

王议锋，天津大学电气自动化与信息工程学院英才副教授，博士生导师。任职中国电源学会理事，天津市电源学会副理事长/秘书长，“新能源电能变换技术”等7个专委会委员。累计发表论文110余篇，含SCI期刊论文36篇，他引超过800次。受理发明专利40余项，授权12项，受理国际专利3项，授权1项。荣获天津市科学技术进步一等奖等省部级科技奖励6项，多项技术实现了国内/国际首创，成功研发相关样机20余台套，装备效率、功率密度和性能达到国际领先水平。