電力電子前沿技術(shù)與應(yīng)用專(zhuān)輯主編評(píng)述

杜 雄，陳 武

（重慶大學(xué)，東南大學(xué)）

基于電力電子技術(shù)的新型設(shè)備在電力系統(tǒng)中得到大規(guī)模應(yīng)用，而電力電子技術(shù)作為高效電能轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)年P(guān)鍵支撐技術(shù)，被國(guó)內(nèi)外研究人員廣泛關(guān)注。除了傳統(tǒng)的變流器電路拓?fù)渑c控制、新能源研究等方面外，如何進(jìn)一步提高電力電子裝置可靠性問(wèn)題，成為其發(fā)展的一個(gè)熱門(mén)方向。同時(shí)，隨著寬禁帶半導(dǎo)體期間和無(wú)線電能傳輸?shù)刃录夹g(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)涌現(xiàn)了眾多前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)與新型應(yīng)用。在此背景下，為集中展現(xiàn)電力電子眾多前沿技術(shù)與應(yīng)用的最新研究進(jìn)展，《電源學(xué)報(bào)》特別推出“電力電子前沿技術(shù)與應(yīng)用”專(zhuān)輯。本專(zhuān)輯共計(jì)征集了29篇論文，經(jīng)過(guò)細(xì)致的評(píng)審，最終錄用論文20篇，其中變流器拓?fù)渑c控制方面5篇、變流器元器件方面5篇、變流器可靠性方面5篇、新能源方面2篇、電機(jī)控制方面2篇、無(wú)線電能傳輸1篇。

現(xiàn)如今電力電子技術(shù)應(yīng)用最多的載體還是變流器，不同變流器拓?fù)淇筛鶕?jù)應(yīng)用場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)其不同的價(jià)值，而針對(duì)變流器的控制可以實(shí)現(xiàn)更高的工作效率與更好的應(yīng)用。南京工程學(xué)院的倪喜軍博士等在“一種超寬電壓范圍隔離型DC-DC變流器研究”論文中，針對(duì)不同規(guī)格電動(dòng)汽車(chē)的統(tǒng)一充電系統(tǒng)需求，提出了一種隔離型的LLC串-并聯(lián)模式變換拓?fù)浼捌湓O(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)0.5～3.0倍的寬電壓增益范圍，且所有功率器件滿(mǎn)足軟開(kāi)關(guān)運(yùn)行；北京交通大學(xué)電氣工程學(xué)院的楊曉峰副教授等在“應(yīng)用于礦井提升機(jī)系統(tǒng)的超級(jí)電容儲(chǔ)能型MMC”論文中，提出一種應(yīng)用于礦井提升電氣傳動(dòng)系統(tǒng)的超級(jí)電容儲(chǔ)能型模塊化多電平變換器（MMC-SCES），該拓?fù)淠軌蜻m應(yīng)提升機(jī)的變頻調(diào)速工況，提高了系統(tǒng)能量復(fù)用率；而楊曉峰副教授在另一篇論文“諧振式模塊化直流變換器高增益控制”中，提出一種基于子模塊級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)的諧振式模塊化直流變換器RMDC（resonant modular DC converter）拓?fù)洌撏負(fù)淅米幽K電容與橋臂電感構(gòu)成串聯(lián)諧振回路實(shí)現(xiàn)能量傳遞，同時(shí)級(jí)聯(lián)結(jié)構(gòu)易于獲得較高的電壓增益。在變流器控制方面，蘭州理工大學(xué)的包廣清教授等在“應(yīng)用于模塊化多電平直流變換器的階梯波調(diào)制策略”論文中，研究MDCC的高頻鏈階梯波調(diào)制策略，有效減小高頻鏈電壓dv/dt、諧波和無(wú)功含量，提升MDCC整體效率，促進(jìn)MDCC在直流配電網(wǎng)的應(yīng)用；河北工業(yè)大學(xué)的李永建教授和李珊瑚博士等在“考慮器件損耗的DAB變換器最大輸出功率分析”論文中，針對(duì)雙有源橋DC-DC（DAB）變換器建立了雙重移相調(diào)制策略下的開(kāi)關(guān)器件損耗模型，推導(dǎo)出考慮開(kāi)關(guān)器件損耗情況下的輸出功率分布并分析了該輸出功率的特性

一個(gè)完整的變流器由功率模塊、電容、變壓器等各類(lèi)元器件組成，眾多學(xué)者們針對(duì)不同元器件開(kāi)展了相應(yīng)的研究。在功率模塊方面，隨著寬禁帶半導(dǎo)體SiC和GaN模塊的研發(fā)，如何選擇它們成為了一個(gè)新的問(wèn)題。南京航空航天大學(xué)的張之梁教授等在“寬禁帶器件在1 kV高頻直流諧振變換器中的應(yīng)用與對(duì)比”論文中，從拓?fù)?、損耗、整機(jī)尺寸、可靠性和功率密度等方面對(duì)比分析了2種基于SiC和GaN的1 kV輸入、32 V/3 kW輸出的LLC諧振變換器的優(yōu)缺點(diǎn)，為器件的選擇提供了參考依據(jù)；大連理工大學(xué)的王志強(qiáng)副教授等在“壓接式IEGT芯片布局對(duì)其溫升的影響”論文中，針對(duì)壓接式IEGT的芯片布局，提出一種能有效改善熱耦合效應(yīng)且芯片上的熱量得到更好的耗散交錯(cuò)陣列的圓形布局；浙江大學(xué)的陳敏副教授等在“IGBT模塊開(kāi)關(guān)特性測(cè)試研究與驅(qū)動(dòng)參數(shù)選擇方法”論文中，利用雙脈沖測(cè)試研究IGBT模塊在不同工況下的開(kāi)關(guān)特性以及開(kāi)關(guān)損耗等參數(shù)，得到IGBT模塊的最佳驅(qū)動(dòng)電阻和最合適的工作點(diǎn)。在變壓器方面，東南大學(xué)的陳武教授等在“大功率高頻變壓器研究綜述”論文中，闡述了中頻變壓器的損耗計(jì)算與優(yōu)化，寄生參數(shù)建模與控制、干式中頻變壓器絕緣以及新型熱管理技術(shù)，并對(duì)大功率中頻變壓器領(lǐng)域目前存在的挑戰(zhàn)與熱點(diǎn)問(wèn)題作了總結(jié)。在有源電容方面，武漢理工大學(xué)的鄧翔天博士等在“考慮寬負(fù)載變化的有源電容優(yōu)化控制與損耗分析”論文中，提出了一種基于二端口有源電容的等效容值控制方法，該方法能根據(jù)不同的應(yīng)用需求實(shí)現(xiàn)對(duì)有源電容的精準(zhǔn)容值控制。

隨著電力電子系統(tǒng)的運(yùn)行條件愈發(fā)嚴(yán)苛，對(duì)電力電子裝置的可靠性提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在可靠性方面，主要有2個(gè)研究方向，一個(gè)是針對(duì)故障、老化的診斷監(jiān)測(cè)，如重慶大學(xué)的杜雄教授等在“基于熱時(shí)間常數(shù)的IGBT模塊熱疲勞老化監(jiān)測(cè)方法”論文中，提出了利用熱時(shí)間常數(shù)作為新的特征量，監(jiān)測(cè)IGBT模塊和導(dǎo)熱硅脂的熱疲勞老化進(jìn)程；西南交通大學(xué)的葛興來(lái)教授等在“牽引變流系統(tǒng)故障診斷與容錯(cuò)控制綜述”論文中，針對(duì)高速列車(chē)車(chē)載牽引變流系統(tǒng)中故障率高的部件進(jìn)行故障診斷與容錯(cuò)控制方法的調(diào)研和總結(jié)，對(duì)比分析不同方法的研究思路和適用條件，并討論亟待解決的問(wèn)題及對(duì)未來(lái)研究的展望；河北工業(yè)大學(xué)的姚芳副教授等在“基于GWO-ELM的逆變器開(kāi)路故障診斷”論文中，針對(duì)其功率管單管或兩管同時(shí)故障多種故障類(lèi)型，提出了一種基于時(shí)域的故障特征提取技術(shù)以及基于GWO-ELM的故障診斷模型；中國(guó)科學(xué)院光電研究院的徐國(guó)寧副研究員等在“基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的老化鋰電池SOC估計(jì)方法的研究”論文中，提出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)自學(xué)習(xí)的老化鋰電池SOC估計(jì)方法。另一研究方向則是通過(guò)設(shè)計(jì)來(lái)優(yōu)化可靠性，如上海交通大學(xué)的馬柯研究員等在“功率半導(dǎo)體模塊散熱器的溫控及設(shè)計(jì)方法”論文中提出了一種基于PLECS的熱仿真模型及基于占空比可變開(kāi)關(guān)信號(hào)的溫度控制算法的功率半導(dǎo)體器件的溫控散熱器設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)功率半導(dǎo)體器件環(huán)境溫度的模擬。

在新能源領(lǐng)域，電力電子技術(shù)的應(yīng)用也十分廣泛。合肥工業(yè)大學(xué)的馬銘遙教授等在“光伏組件熱斑電池片功率損耗的簡(jiǎn)化算法研究”論文中，針對(duì)常見(jiàn)晶硅光伏組件結(jié)構(gòu)，剖析了光伏組件因熱斑故障所引起的發(fā)熱機(jī)理，并給出了各種工作狀態(tài)下簡(jiǎn)化功率損耗算法中的關(guān)鍵參數(shù)確定方法；國(guó)網(wǎng)河北省電力有限公司電力科學(xué)院的申洪濤教授級(jí)高級(jí)工程師等在“風(fēng)-光-沼可再生能源發(fā)電的電源有效接納容量評(píng)估”論文中，針對(duì)解決可再生能源發(fā)電存在間歇性問(wèn)題，提出一種風(fēng)-光-沼可再生能源發(fā)電的電源有效接納容量評(píng)估方法。

在電機(jī)控制方面，上海交通大學(xué)的張建文副研究員等在“一種新型的小汽輪機(jī)給水泵變速恒頻發(fā)電系統(tǒng)”論文中，提出一種小汽輪機(jī)、給水泵和電機(jī)三者同軸連接結(jié)構(gòu)，用全功率變流器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)給水泵變頻調(diào)速，并將剩余能量饋回電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能；長(zhǎng)沙理工大學(xué)的姜飛博士等在“基于多功能串聯(lián)補(bǔ)償器的感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化控制”論文中，提出了采用多功能串聯(lián)補(bǔ)償器的感應(yīng)電機(jī)優(yōu)化控制方法，使其能夠分別運(yùn)行在電壓補(bǔ)償模式、自適應(yīng)柔性軟啟動(dòng)模式。

在無(wú)線電能傳輸方面，四川大學(xué)錦江學(xué)院的楊建在“干擾因素下無(wú)線電能傳輸頻率控制算法研究”論文中，提出了一種無(wú)線電能傳輸頻率控制算法，以解決無(wú)線電能傳輸系統(tǒng)過(guò)耦合干擾因素下頻率分裂引起的傳輸功率下降問(wèn)題。

綜上，本專(zhuān)輯論文從電力電子技術(shù)的多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域的前沿技術(shù)展開(kāi)了研究。為電力電子的發(fā)展提供了大量新的思路。然而值得指出的是，電力電子技術(shù)的前沿技術(shù)與應(yīng)用還有很多問(wèn)題亟待解決，這需要行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜覀円黄鹋Γ约肮I(yè)界同行的大力支持。

最后，衷心感謝各位專(zhuān)家學(xué)者和業(yè)界同仁對(duì)于本專(zhuān)輯征文、投稿和評(píng)審工作的大力支持！