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牵引系统是智能动车组的“心脏”，相较于常规动车组，智能动车组对其安全可靠、智能高效运行的要求更为严苛。然而，受复杂运行环境的影响，加之在复杂结构、多变工况以及强“机-电-磁-热”作用下，牵引系统精准监测预警与高效健康管理难以实现。为此，项目组针对牵引变压器、牵引变流器、牵引电机等关键部件，突破了复杂工况和有限测量信息下准确健康监测与寿命预测、强干扰与多故障耦合下故障溯源定位、低开关频率下容错与主动安全控制难题，研制了国内首套集车载监测-诊断-决策与地面预测-反馈-管理于一体的智能牵引系统，实现了中国动车组智能运维理论构建、技术研发、装备制造的全方位自主创新和技术引领，主要创新如下： 1.提出基于电-热参数的牵引系统运行状态表征与健康监测方法，攻克了复杂工况和有限测量信息下健康监测精度不高的难题。①面向牵引/制动工况和不同负载条件建立关键部件的外部运行剖面和内部电-磁-热耦合模型，实现运行状态的准确表征；②解析温度场、电场、磁场等多诱因下劣化与服役状态的映射关系，提出面向有限测量信息与低侵入性的退化特征解耦和提取技术，实现了工况与老化状态自适应的健康监测；③提出基于FPGA+CPU核心板+PHM数据存储单元的智能运维板卡架构，解决牵引系统关键部件运行状态在线自监测问题。 2.发明牵引系统多故障模式诊断溯源与主动安全控制技术，攻克了强干扰和低开关频率影响下溯源定位难、控制冗余度低的难题。①提出电气耦合和闭环控制作用下故障特征分析方法，发明基于数-模协同的牵引系统诊断技术，实现了多故障模式在全速域、全工况下的精确溯源；②发明低开关频率下故障容错与主动安全控制技术，实现了故障后牵引系统运行的快速调控与性能维持；③集成故障诊断与安全控制技术到智能运维板卡，实现牵引系统关键部件在线自诊断与自决策。 3.研制国内首套集车载监测-诊断-决策与地面预测-反馈-管理于一体的智能牵引系统，支撑动车组实现高效可靠的健康管理。①研制集智能运维板卡、牵引控制单元和监控终端的车载预警装备，实现了牵引系统状态自监测、自诊断与自决策；②提出基于多任务剖面和多物理场耦合的寿命预测技术，构建了涵盖三大关键部件中14类子部件、76个预警模型的地面大数据综合分析系统；③构建“动车段-铁路局-国铁集团”三级监测网络及数据中心，通过地面大数据分析建立了寿命预测、故障预警、闭环反馈的高效健康管理机制。 项目获授权发明专利25项、软件著作权3项，发表SCI论文35篇、EI论文58篇，其中包括中国科学院1区论文18篇、ESI高被引论文3篇，出版著作2部。成果已在CR400BF-C、CR400BF-Z/GZ等智能动车组装车应用，近三年累计新增销售额17.1亿元，新增税收0.9亿元，新增利润1.7亿元，经济效益显著。项目成果实现了牵引系统的装备自主化和运行智能化，助推动车组修程修制改革。 评价意见认为“项目成果总体上达到国际先进水平，其中高速列车牵引系统‘状态监测-故障诊断-安全控制’一体化技术及应用达到国际领先水平”。

发展超性能电工装备实现电能高效安全传输是国家“双碳”战略需求。中国110kV及以下变压器年损耗达2550亿kWh，超三峡发电量三倍，电能严重浪费，根源在于国产变压器及饱和电抗器等电能传输装备性能欠佳，与国外存在代际鸿沟，其核心材料薄规格低损耗取向硅钢与纳米晶合金长期被国外垄断，国内技术空白。国产材料及装备技术瓶颈可解构为三大层级： ①减薄降低涡流损耗是最有效途径，但减薄后硅钢形成90%易磁化高斯晶粒难、超薄宽幅纳米晶106℃/s急冷组织控制难，难以实现高磁感与低损耗协同提升； ②传统叠铁心因材料加工应力及结构稳定性较低、漏磁等因素导致变压器/电抗器损耗增大、抗短路能力差； ③复杂磁场、温升、应力等多工况耦和应用评价技术缺失，国产材料及装备推广应用的可靠性评价困难。 在国家重点专项等项目支持下，历经10余年攻克上述三大“卡脖子”难题，自主创新突破了薄规格低损耗软磁材料与超性能变压器/电抗器关键技术，并实现产业化。主要创新成果如下： （1）发明了薄规格软磁材料高稳定性新型复合增强抑制剂及高附着性绝缘涂层材料，攻克了软磁材料多相组成、晶粒竞争、微结构可控的制备关键技术。与国际最优产品相比，研制的0.20mm/0.08mm取向硅钢损耗最高降低超16%、磁感提升约0.02T，0.015mm纳米晶损耗降低超50%。 （2）开发了立体卷铁心多段式退火精准控制技术，设计了抗短路、高散热、低漏磁和升压与潮流控制一体化变压器新结构，研发了沿海重腐蚀环境变压器用长寿命防腐涂层，创新了10kV-110kV高能效工频变压器及10kV高频变压器与直流输电用饱和电抗器。变压器与国外相比空载损耗降低10~20%、负载损耗降低5~10%，饱和电抗器电流6250A达国际最高。 （3）构建了任意磁化波形-温度-应力-盐雾等多因素耦合的材料铁心及关键部件运行特性试验方法与系统，创建了高性能变压器/电抗器用软磁材料运行服役特性标准体系。铁心复杂工况损耗测量精度提升约1倍。 项目获发明专利64项（含国际专利16项）、SCI/EI论文36篇、标准18项（含国标6项）。开发的薄规格低损耗软磁材料及变压器/电抗器装备性能全面超越国外，打破国外技术垄断，并入选2021年工信部重点新材料目录和2023年“科创中国”先导技术榜，获2024年日内瓦国际发明展金奖，突破了《瓦森纳协定》。通过中国电机工程学会成果鉴定，以陈维江院士、张跃院士领衔的鉴定委员会认为“项目成果处于国际领先水平”。 研制的超性能变压器在福建全面应用，并推广至广东、浙江等全国多省市，累计应用超5万台，三年节电超564亿kWh，变压器年损耗降低7%；阳极饱和电抗器在±500kV闽粤联网、±800kV陕北-武汉等重大工程应用；高频变压器在张北冬奥等新能源场站应用；产品出口至欧美及“一带一路”国家。近三年，新增销售额超70.5亿元，新增利润超10.4亿元。

继电保护是保障电力系统安全运行的首道防线。随着新能源高占比接入电网，故障与非故障特征差异变小甚至混叠，仅依靠被保护设备信息的传统继电保护装备面临严峻挑战。已发生如福建漳州5.21、内蒙武川9.11、山西和煦6.18等多起因保护误动和拒动引发的新能源场站脱网，乃至大面积停电事故。福建新能源集聚效应显著，停电后果尤为严重，系统安全运行风险日益严峻，四大技术难题亟待攻克： ①新能源电源故障特性差异明显，缺乏对故障本质特征的定量分析理论。 ②新能源高占比系统短路电流幅值受限，主保护对设备内部早期故障灵敏度严重不足。 ③新能源出力随机波动强，系统运行方式复杂多变，后备保护速动性和选择性矛盾更加凸显。 ④新能源高占比接入电网导致故障暂态特征发生本质变化，定值配合式保护不误动和不拒动无法兼顾。 项目组在“863”计划、国家重点研发计划、国家自然基金重点项目、福建省电力公司重点项目等支持下，建立了“精量化故障特征-高灵敏主保护-快响应后备保护-强可靠保护架构”的技术体系，为新能源高占比电力系统首道防线安全保障提供了全新解决方案，研制装备在实际系统中获得应用，被程时杰院士评价为：项目整体处于国际领先水平。主要创新成果如下： 1）率先建立了激励-响应二端口级联的故障特性分析理论，构建了故障与非故障因素解耦的系统故障暂态模型，攻克了新能源高占比电网故障暂态过程难以精细化表征的难题，故障模型偏差由9%以上降至4%以下，主要成果纳入国际标准。 2）提出了基于故障模型突变量特征的主保护技术，突破了设备早期轻微故障无法灵敏识别的瓶颈，变压器匝间短路识别死区由5%以上降至2%以内，220kV线路故障过渡电阻反应能力由100Ω以下提升至300Ω以上，获日内瓦发明展特别嘉许金奖。 3）提出了基于保护逻辑量信息差异化响应的后备保护技术，创造性地将故障空间分布特征映射为保护逻辑量信息，破解了保护选择性和速动性无法兼顾的难题，近后备保护全范围速动，远后备保护动作时间由1500ms以上缩短至500ms以内，主要成果纳入国家标准。 4）创建了站域协同-区域交互的新型融通式保护系统，灵活组态适用于新能源电网各种应用场景，实现了保护功能与信息传输的协调融通，解决了工程可靠性、运维便利性等重大工程难题，保护正确动作率达100%，应用效果获央视新闻、新华网报道。 项目获授权国际发明专利6项，国家发明专利62项；发表IEEE汇刊等论文58篇，ESI高被引2篇，IET RPG国际最佳论文1篇；出版中英文专著3部；制定国际标准2项，国家标准5项，填补多项标准空白。研发的融通式保护系列化产品已应用于福建海风送出区、山西采煤沉陷区、新疆长链弱网区等地600余座新能源场站，成功切除故障1274次。成果引领了新能源产业链的优化升级，开拓了印度、印尼等一带一路海外市场，获世界制造业创新产品金奖。近三年新增销售额35.4亿元，新增利润10.08亿元。

高压电源是电子束加工设备的核心部件。特别是电子束连续焊接设备，因为大批量、长时间焊接的需求，为了保证金属带材焊缝的一致性，要求电子枪高压电源输出电压精度高，稳定性好，纹波小，动态响应好；同时大多数电子束连续焊接设备的高压电源还具有功率不大，高压电压不高的特点。一般电子束设备高压电源常采用以下几种方式：工频自耦变压器机械调压；工频晶闸管移相控制方式；硬开关逆变电源；软开关逆变电源。 该发明所要解决的是现有电子束设备高压电源所存在的效率低和稳定性不佳的问题，提供一种电子束连续焊接设备LLC谐振逆变高压电源及控制方法。该发明公开一种电子束连续焊接设备LLC谐振逆变高压电源及控制方法，其由工频整流滤波+BUCK调压电路+LLC半桥谐振电路+一个或者多个高频变压整流滤波输出。LLC半桥谐振电路，当开关频率于谐振频率时，LLC变压器工作在zvs状态，实现了逆变软开关功能。BUCK调压电路调节母线电压的大小，通过逆变电路将直流电变成高频的交流电，满足电子束设备特别是连续工作式电子束设备长期稳定工作的要求。选择一个或者多个高压副边线圈和高压整流滤波环节的串联，实现了电源功率和高压电压大小的不同组合要求。因为电源全程采用高频工作模式，降低了电源功率元件的体积和能耗，提高了电源的效率和稳定性。

随着风能、太阳能等新能源利用的持续深化，储能技术的蓬勃兴起，电动汽车、城市轨道交通的大量普及，现代电力系统正在逐渐演变成由电力电子装备和同步机共同主导的新型电力系统。但含高比例电力电子器件的新型电力系统面临“行为规律不明”、“状态控制不准”、“亟需灵活高效”等三大主要挑战，研究适应新型电力系统的供电关键技术和装备，是当前工程领域研究的热点问题，也是国家重大战略方向。为此，在国家基金、福建省重大项目、企业课题的支持下，团队历经十余年围绕灵活供电、用电安全运维等涉及重大社会和经济效益的课题开展了产学研用协同攻关，解决了新型电力系统电能灵活控制、高效利用等关键难题。 主要科技创新和成果包括： (1)电力电子化复杂电力系统非线性动力特性及模型。 发展了电磁场微宏观数值仿真分析方法，明确了信息-能量耦合的频带特征及表示方法；探索了电力电子化新型电力系统能流交互影响规律，揭示了新型电力系统非线性动力特性和能量耦合机理；提出了关联网络拓扑中关键控制点的辨识及提取方法，提升了基于等效建模和多层级解耦的新型电力系统统一型理论。 (2)考虑多频耦合特性的新型电力系统稳定性分析及相关抑制技术。 提出了一种精确表达谐波含量的广义分析方法，创新了具有良好鲁棒性的谐波抑制技术；提出了一种基于多级注意力机制融合的跨频率复合电能质量深度学习分类识别方法，识别准确率达99.1%；提出了多种运行工况下考虑多频耦合特性的系统宽频振荡检测与抑制方法，突破了系统振荡精确识别与控制的瓶颈。 (3)先进电能控制与装备设计方法及其规模化工程应用。 提出了高增益DC-DC变换器拓扑结构，研发了集成化、智能化的高效能量转换和控制方法，能源转换效率最高达98.2%；突破了电机控制技术，研制自适应大功率充电关键技术及装备，应用在世界首个超级电容储能有轨电车上；创新研发了低损耗、高适应性的多套新型电力系统供电装备，并规模化工程应用。 成果已在中铁电气化局、华为技术有限公司、江苏宝亨新电气有限公司、国网电动汽车服务(福建)有限公司等单位应用，研制的变压器、变换器、光伏储能等5大系列18种产品成功解决了京沪高铁、福清核电、广州地铁、国家电网等多项国家重大工程建设灵活高效供电技术难题。研究成果推广到北京、福建、广东、江苏、河北等20多个省市，并应用到“一带一路”等国家战略部署重大工程。近三年，新增产值16.82亿元，产生经济效益1.93亿元。 授权国家知识产权59项，其中发明专利40项、实用新型专利19项；发表学术论文86篇，其中SCI/EI收录论文60篇；出版学术专著1部；编制颁布国家和企业标准7项。项目研究中的关键技术研究成果被以韩英铎院士、汤广福院士为首的专家评价认为整体技术国际先进，部分技术达到国际领先水平。研究成果突破了新型电力系统供电技术瓶颈，显著提高了高端电气化装备的国产化率，为中国新型电力系统的建设和安全运维做出了重大贡献。

随着中国双碳目标的推进，中远距离海上风电的高效汇集和经济送出成了制约海上风电进一步开发的技术瓶颈。海上风电汇集送出技术主要分为工频交流输电和柔性直流输电两种，工频交流输电技术成熟、成本低，但是随着风场容量增大，电压等级提高，充电无功呈平方关系快速增加，限制了有功输送能力和距离。柔性直流输电是解决海上风电远离送出的技术方案之一，但是海上换流平台造价昂贵，运维难度大。 柔性低频交流输电技术采用电力电子技术变换优选低于50Hz频率，以提升电网输送容量和柔性调控能力，是一种新型高效经济的交流输电技术。其优势在于：线路阻抗小，线路压降和充电功率小，电缆载流量高，可显著提升输电距离与容量；具备交流易多端跨电压组网的优势，并且新能源可直接输出低频电能，无需新能源侧换流站；采用电压源型换流器，实现频率变换同时，有功、无功可四象限运行，具备类似柔性直流输电的柔性调控能力，如潮流灵活调节、无功补偿、电压动态支撑等。 项目依托国家重点研发计划项目《柔性低频输电关键技术》(2021YFB2401100)以及《新型变换器拓扑及其在电力系统应用可行性研究》等系列国家电网科技项目，按照基础理论-系统-设备迭代优化的技术路线，研究了柔性低频交流输电系统构建、控制保护、交交换流器和其他低频设备的基础理论和关键技术，研制了柔性低频交流输电系统系列装备，开展了系统成套设计及等效试验方法研究，并实现了工程应用。 (1)获得了频率变化对设备和系统的影响规律，提出了兼顾系统性能提升边际效应和设备成本拐点的柔性低频交流输电系统频率选择方法，首创以频率优选为决策变量的低频发输电系统规划技术，为多场景下的系统经济高效构建奠定了基础。 (2)提出了基于多电平矩阵式模块化交交换流器(M3C)网络拓扑的环流抑制、基于共模电压注入的电容电压利用率优化和主动环流注入的减桥臂(≤2)控制策略，攻克了M3C的异频环流和电容电压波动抑制难题，可将换流器环流含量控制在2%以内，模块数可减少14%，并成功研制国际首台220kV/330MVA高压大容量交交换流阀，效率可达98.5%。 (3)揭示了柔性低频交流输电系统内在工低频交互机理，提出了低频全过程暂态控制方法、自适应柔性重构技术和分频分层综合解耦控制等系列运行控制策略，发明了自适应快速线路差动保护和故障负序指向的变压器差动保护低频交流保护技术，可实现柔性低频交流输电系统三相或两相方式下的灵活控制和可靠保护。 (4)获得了频率对系列电气设备绝缘特性影响规律，提出了故障选相开断与快速操作相结合的开断技术，攻克了长燃弧电流开断技术难题，建立了低频成套设备等效试验方法，并成功研制低频换流阀、低频变压器、低频断路器、低频风机及低频控制保护设备等全套装备，并通过了第三方试验检测。 项目成果应用于2022年6月投运的台州35kV柔性低频输电工程，有效实现1014万千瓦时海上风电并网，推广应用于2023年6月投运的杭州220kV柔性低频输电工程，为亚运提供30万千瓦灵活电能支撑，有效缓解断面潮流超限问题，撬动提升白浙特高压直流等浙北低价电力受入消纳能力100万千瓦，赋能电网保供稳价。项目成果产生直接经济效益45192万元。成果明确推广应用至华能玉环2号海上风电送出工程，为海上风电规模化发展提供“中国方案”。 项目成果整体应用于杭州220kV柔性低频交流输电工程和台州35kV柔性低频交流输电工程。杭州220kV柔性低频交流输电工程实现了杭州富阳、萧山两大负荷中心互联互通，为杭州亚运会主场馆所在区域提供30万千瓦的灵活电能支撑，满足赛事期间尖峰用电需求；台州工程首次实现了海上清洁能源降频直送，年输送电量450万千瓦时，有效提升海岛富裕清洁能源的送出与消纳水平，也将推进大陈“零碳海岛”建设。项目成果将整体推广应用至台州玉环2号海上风电送出工程，该工程低频部分电压等级220kV，容量300MW，拟于2025年12月投运。项目完成单位南京南瑞继保电气有限公司依托该项目生产的交交换流阀和PCS-9520柔性低频输电控制保护系统，成功在台州柔性低频输电工程和杭州柔性低频输电工程应用，新增销售额23000万元。 项目成果自主原创、国际领先，有力推动了柔性交流输电技术的发展，极大促进了新能源高效并网和消纳，加速双碳目标实现，促进中国电力电子与电工装备制造业的高水平科技自立自强，进一步抢占电工装备制造业制高点，推动新型电力系统建设，支撑构建清洁低碳、安全高效的能源体系。

牵引供电系统是高速铁路的动力心脏。随着中国高铁建设的快速发展，牵引供电故障次数明显增多，年故障近千次。因牵引供电系统继电保护不正确动作、故障处理自动化程度不高，牵引网停电、供电恢复时间长时有发生，严重干扰运行秩序，同时牵引网雷击不跳闸缺乏诊断手段，存在安全隐患，面临的主要难题有以下3点。一是，牵引供电继电保护面临的难题是高速铁路行车间隔短，负荷重而谐波含量小，基于谐波调整阻抗动作边界的传统距离保护易误动；现有电流增量保护易受负荷分量影响，不能灵敏辨识牵引网断线非电源侧接地、对桥隧及树木放电等高阻抗故障，难以满足高铁高可靠供电要求。二是，牵引网故障处理效率低，传统测距方法在自耦变压器(AT)所附近故障存在识别模糊区，无法适用越区区段故障定位，桥隧站场等牵引网非均匀区段的测距参数难以整定，严重影响故障测距精度；现有牵引网故障保护范围重叠，停电范围大；故障恢复依靠人工按规程逐步操作，效率低，恢复供电时间长。击时可能不会引起牵引变电所馈线跳闸，但雷电流可能造成绝缘器件损伤，是潜在的故障隐患，非故障雷击定位功能尚属空白。高速铁路牵引网行波折反射复杂，行波噪声大且波头易畸变，雷击识别与定位困难。为了应对上述挑战，牵引供电二次设备亟待技术创新。 项目组历时8年，首创以供电臂为单元，构建就地级、站域级、广域级多维度的牵引网层次化保护与控制体系，研制了20个型号的成套保护控制设备，实现高可靠牵引智能化牵引供电二次设备关键技术和设备的重大突破：首创网新型自适应距离保护及高阻抗故障保护方法；显著提高了故障测距精度、降低了供电恢复时间；基于行波信号增强去噪、行波样本相似度分析等技术的故障诊断方法降低了牵引网故障风险。项目获授权发明专利20件(ZL201710457777.4、ZL201710446806.7、ZL201910940097.7等)，登记软件著作权2项，发表论文19篇。(1)首创了多参量自适应的Γ形特性距离保护方法，利用电流电压变化量动态调整负荷边动作边界，并结合涌流识别综合判据，解决了高速铁路牵引供电馈线距离保护在重负荷和故障工况下，保护可靠性与灵敏性难以兼顾的问题；提出广域电流比值增量方法，将高速铁路高阻抗故障检测灵敏度由100Ω提高到300Ω。(2)提出了同相横联电流比、测距参数自动整定、测距区段动态识别等故障定位方法，解决了故障区段识别困难、非均匀路段测距参数难以整定及越区供电难以准确故障测距的问题，测距误差由500m缩小到200m以下；提出计及车网工况约束的主站集中决策、子站区域自治的牵引网故障准确隔离及快速自愈方法，将供电恢复时间由约20min降低至2s内。项目提出的馈线自适应重合闸及AT变智能合闸技术减少了对牵引供电系统及动车组的冲击。(3)提出了变长数据窗触发行波诊断启动方法、基于地模分量及数学形态法的行波信号增强去噪技术、波速度在线修正技术、基于行波样本相似度的雷击诊断技术，解决了牵引网雷击与非雷击故障无法识别、绕击雷与反击雷难以区分、雷击未跳闸不能定位等技术难题，大幅降低了人工巡线强度，及时消除牵引网故障隐患。

一、课题来源及背景： 中国电气化铁路牵引供电系统采用交流单相25kV/50Hz供电制式向电力机车供电。牵引负荷具有单相独立性、随机波动性、不对称性以及功率大、种类多(交-直型电力机车、交-直-交型电力机车及混跑等)等特点，直接影响到电气化铁路电力供电系统电能质量水平，集中体现在负序、低次谐波(11次以下)、中高次谐波(2-15kHz)、无功、谐振、低频电压波动及电压偏差等方面。电能质量变差对电网、轨道信号、通信系统和高速铁路控制系统等均会造成较大影响。因此，电能质量分析及补偿研究具有重要的工程应用和理论价值。 二、主要论点与论据： (1)电能质量特征分析。牵引供电系统的供电品质是电力机车安全、可靠、经济运行的重要保障。各类型电力机车和动车组混跑，造成中高频段谐波含量增加，谐波谐振问题频发，负序严重，对牵引供电系统的安全、经济和稳定运行带来了挑战。对电气化铁路牵引供电系统的电能质量进行综合分析和评估，是研究合理补偿拓扑技术的前提。拟从以下4个方面开展高速电气化铁路供电系统电能质量综合分析。a)现场测试；b)测试结果统计分析；c)构建“牵引变电所-牵引网-电力机车”数学模型；d)电能质量综合评估。 (2)混合有源统一补偿拓扑辨识。在牵引变电所既有无源补偿装置的条件下，结合有源和无源补偿的特点，寻求最优无源和有源补偿的组合方式，以获得最佳的拓扑结构，实现对高速铁路供电系统电能质量的最佳补偿效果。为了获得混合有源补偿拓扑构建的规律及最优混合有源补偿拓扑，在电能质量特征分析的基础上，针对高速电气化铁路供电系统电能质量出现的新问题，从两方面展开混合有源补偿拓扑数量及结构的辨识研究。a)现有补偿拓扑分析；b)混合有源统一补偿拓扑辨识。 (3)混合有源统一补偿拓扑参数辨识及容量优化。在高速电气化铁路供电系统电能质量特征分析、牵引变电所-牵引网-电力机车数学模型和混合有源统一多端口补偿拓扑的基础上，对混合有源统一多端口补偿拓扑展开分析。a)建立数学模型；b)拓扑参数辨识；c)容量计算及优化。 (4)仿真和物理实验研究。在前面理论分析的基础上，建立“牵引供电系统+混合有源统一补偿”的仿真模型，对电能质量评估和混合有源统一补偿拓扑进行验证，并进一步改进优化。搭建实验平台进行实验验证。 三、创见与创新： (1)通过建立牵引变流器输出阻抗动态模型来构建“牵引变电所-牵引网-电力机车”数学模型。考虑牵引变流器输出阻抗动态特性，建立高速铁路牵引供电系统的动态数学模型，研究机车变流器输出特性与牵引网谐波谐振之间的关系，通过控制牵引变流器的输出阻抗减小机车变流器对牵引网谐波谐振的影响。 (2)利用图论的相关理论完成电气化铁路供电系统统一混合有源补偿拓扑辨识。混合有源补偿拓扑的提出主要靠经验，没有统一有效的辨识方法。该项目通过图论相关理论，利用搜索算法完成混合有源补偿拓扑数量及结构辨识，为混合有源补偿拓扑的辨识提供一种分析方法。 (3)从高速电气化铁路供电系统层面考虑混合有源补偿拓扑参数的辨析。该研究在建立“牵引供电系统+混合有源补偿”数学模型的基础上，采用阻抗建模方法，分析混合有源补偿拓扑输出动态阻抗、电力机车输出动态阻抗、牵引网阻抗、牵引变压器阻抗特性之间的相互作用机理和对谐波谐振发生的影响程度，从系统层面实现混合有源补偿拓扑参数的辨析。 四、社会经济效益，存在的问题： 在该项目研究的过程中，由于物价波动导致测试化验加工费超出预算，在后续的工作中需要做好前期市场调研工作的基础上，对整个项目执行期间存在的风险因素进行跟踪和趋势预测，及时做好这些波动对成本带来的影响的计算，并采取相应措施。对于同类研究项目在该课题结题前，已发表与该课题相近的创新性成果或结论。项目组力图紧跟学术前沿，积极借鉴他人研究成果，努力将研究目标和内容更加细化、深化，确保项目达到结题要求。 五、成果简介： (1)电能质量特征分析。对于任务书所提上述研究目标已经全部完成。已发表论文：“交流牵引网的?型和分布参数仿真模型的对比分析”“不同电流检测方法对并网逆变器用于电能质量治理的比较分析”“基于IADRC的多CRH5型车网耦合系统低频振荡抑制方法”“基于有源滤波器自适应阻抗重塑的高速铁路谐波谐振抑制”等。 (2)混合有源统一补偿拓扑辨识。对于任务书所提上述研究目标已经全部完成。已发表论文：“配电网拓扑辨识研究综述及展望”、“一种适用于HVDC带双无源谐波注入的串联型36脉波整流器”“一种新型升压18脉波自耦变压整流器的研究”、“用于单相组合式同相供电的CPD结构可靠性研究”“一种具有故障处理能力的电容箝位子模块拓扑分析”等。 (3)混合有源统一补偿拓扑参数辨识及容量优化。对于任务书所提上述研究目标已经全部完成。已发表论文：“一种适用于HVDC带双无源谐波注入的串联型36脉波整流器”“考虑气候条件的牵引网电容参数计算与影响分析”“Effect of phase-shift angle on12-pulse star connection transformer system”等。

一、产品简要技术说明：伺服驱动器是现代运动控制的重要组成部分，被广泛应用于工业机器人及数控加工中心等自动化设备中，主要应用于高精度的定位系统，一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，是传动技术的高端产品。 现有的伺服驱动器存在如下问题： 1、其开关电源的过流保护通常是在开关管的低侧串联一个分流器，用于采集开关管导通时的电流；在副边过载、过流、短路时，开关电源控制IC会频繁启动，进入“打嗝状态”，“打嗝”时间不受控，长时间的“打嗝状态”下，容易使回路上的功率器件因为温升过高而损坏，同时带来电气安全问题； 2、母线电压采样一般采用隔离式A/DC或是大电阻降压的差分采样，虽然采样精度高，但成本高、所需器件多、布板空间大； 3、散热效果差，易影响元器件寿命； 4、线缆放入线槽时线缆折弯幅度过大或被线槽上一些锋利的尖角、刃边划破，损伤线缆。为满足市场需求，公司决定研发一种高精度、高响应、高稳定、安全可靠的XDQ1型高精度伺服电机驱动器。 二、产品主要技术性能特点： 1）、设计了基于状态观测非线性控制算法的核心控制软件和电路，可自动识别负载惯量和自动整定参数，配合自主设计的伺服电机、23位绝对值编码器，使伺服系统速度响应频率提高了50%，抗负载扰动能力提高了40%，速度波动率≤0.1%，整定时间小于2ms，定位脉冲在±1pulse内，并具备位置、速度、转矩等多种控制方式，新增了电机参数自适应、负载扰动补偿、模型追踪控制等功能，满足了高精度、高响应使用需求； 2）、设计了自适应滤波器，由4个陷波滤波器、多个一次滤波器、多个超前、滞后滤波器等组成，可自动采集指令、位置、电流、转速等数据，利用在线FFT频谱分析，得到振动频率、幅值、相位信息，并自动分配至滤波器中，实现自动谐振抑制，从而提高了响应速度和伺服系统刚性，增加了系统稳定裕量； 3）、电流采样采用∑-△型AD转换器 + SINC3滤波器，能快速得到高精度电流数据，兼顾了成本、电流数据响应、精度、一致性等要求，提高了转矩反馈响应、精度和稳定性； 4）、设计了模型追踪控制技术，即在位置环之外增加了一个模型环，可依据理想电机控制模型生成新的位置指令和相应的速度前馈、转矩前馈等控制量，可明显改善位置控制的响应性能和定位性能，进而提高了控制精度； 5）、设计了多路输出电源电路，通过在原边控制电路中加入过流保护时间可控电路、IGBT驱动过压侦测电路，实现了过流、过压保护，增强安全性；通过隔离反馈电路的电压基准芯片对稳压二极管输入端的电压与基准电压作比较，并调整芯片阴阳极间电压，使光耦器件电流变化进而使绕组输出电压变化，实现恒电压输出和输出闭环控制，提高了稳定性；开关变换器采用反激开关变压器+4组副边绕组结构，实现多路电源输出、且电源支路功能互不干扰，同时，采用母线电压磁隔离检测技术，实现了高精度、低成本的母线电压检测； 6）、优化了散热结构，采用一体铝压铸的曲线型翅片散热器，薄板型铝壳制动电阻固定于翅片底部，与风扇，散热器形成封闭风道，增加了散热面积，散热效果好，并减小了散热器及伺服驱动器的整体尺寸；同时，铝壳制动电阻采用外接结构，即引线从塑胶外壳下部侧面走线接入前面板功率端子，且引线由引线槽及数个线卡紧贴在塑胶外壳上，接线维护方便，且美观； 7）、设计了一体卡扣式塑胶控制器壳体，通过底部四个卡扣与上下两颗螺钉固定于散热器上，装配简单快速，并减少了分体式外壳间装配间隙、断差等缺陷； 8）、优化了线槽结构，通过在侧挡条中部放线槽内部两端设倒角挡板，使线缆无需很大折弯即可放入线槽内，减少线缆弯折损伤；同时，限位板内部通过螺栓和抵紧板对线缆进行抵紧限位，提高了线缆放置的稳定性； 9）、优化了绝缘纸与PCB板安装工艺，通过在PCB板上开设长方形卡槽，并将绝缘纸U型折弯结构两侧翼手指压平后插入PCB板对应卡槽里，再将两侧翼展开，完成固定，能够减少紧固件物料，降低成本，简化装配工序，提高生产效率。 10）、PCB板采用驱控一体化板，将传统驱动板、控制板合为一体，节省了空间，方便了装配。

一、项目简介：在家用或商用电器、通信电源系统中通常采用低功率、低电压的自耦变压器来获得不同数值的交流电压，但是自耦变压器同任何电磁变压器一样，效率低并且会产生相当大的噪声，与此同时用于生产自耦变压器的材料金属铜成本较高，经济效益不佳。该发明提出提供一种基于桥式模块化多电平双向开关电容交流-交流变流器的电力电子变压器，可实现升、降压双向交流-交流变换，及其幅值调节。该开关电容型电力电子变压器仅由一定数量的电容和开关组成，无磁性元件，具有效率高、体积小、重量轻、功率密度大、易集成等优点。 二、技术成熟度：已完成了硬件装置及其控制方法的原理性验证。 三、应用范围：中低压配电网电力系统。 四、投产条件和预期经济效益：各种功率器件和控制芯片国内市场都有成熟的供应商，不存在底层的技术壁垒。预计经济效益在估算中。