- 頭條沈陽工業大學科研團隊在變換器能量信息一體化技術上取得新進展2023-01-18 作者：郭昊、李巖 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語為進一步提升變換器能量信息一體化中的通信速率，沈陽工業大學電氣工程學院的研究人員郭昊、李巖、侯冰冰、井永騰，在2022年第14期《電工技術學報》上撰文，針對交錯并聯DC-DC變換器的電路結構，提出了基于多進制正交幅度調制（Multiple Quadrature Amplitude Modulation, MQAM）的交錯并聯DC-DC變換器能量信息一體化技術。
隨著國家《第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》的發布，智慧能源將成為今后幾年重點發展與建設的方向，其中源網荷儲互動、多能協同互補、用能需求智能調控均會利用到電力電子技術和信息技術。近些年，不斷有學者嘗試將電力電子與信息交叉融合，從起初通過單純的電壓或頻率擾動攜帶簡單信息以便實現控制策略，到目前提出能量信息一體化的概念，逐漸將電力電子變換蘊含的信息特性發揮了出來。
電力電子變換器通過功率和數據信息復合調制，使其在電能變換傳輸的同時實現數據信息的傳輸，達成了能量信息的一體化，極大地促進了電力電子裝置的數字化和智能化。圖1概括表示了能量信息一體化系統，其通過將電能和數據信息一體化傳輸至目標變換器，使目標變換器根據所接收的信息調節自身工作狀態，達成電能調控的目的。
但是，能量信息一體化中的通信速率與現有成熟的通信技術相比依舊較低，目前只能滿足低數據量和對通信速率要求不高的應用場景，且對通信過程的分析與驗證均是在穩態工況下進行的，沒有考慮負載變化的工況。
圖1 能量信息一體化系統示意圖
為進一步提升變換器能量信息一體化中的通信速率，沈陽工業大學電氣工程學院的研究人員郭昊、李巖、侯冰冰、井永騰，在2022年第14期《電工技術學報》上撰文，針對交錯并聯DC-DC變換器的電路結構，提出了基于多進制正交幅度調制（Multiple Quadrature Amplitude Modulation, MQAM）的交錯并聯DC-DC變換器能量信息一體化技術。
圖2 變換器能量信息一體化實現方法
研究人員通過分析交錯并聯結構的變換器與MQAM間的聯系，揭示了二者在信息傳輸上所具有的一致性并說明了所提技術的原理。還建立了交錯并聯變換器傳輸電能與信息的數學模型并加以計算分析，得到解調環節的相關參數。
他們指出，采用該技術對交錯并聯DC-DC變換器的控制信號加以調制達成了MQAM的效果，實現了16進制數據信息的傳輸，通信速率達到了10kbit/s，使之相較于PSK或ASK方式擁有更高的通信速率。根據變換器能量信息傳輸數學模型，將變換器傳輸的電能部分和信息部分區分開，既得到了信息解調的判據，也更直觀地說明了電力電子變換含有信息傳輸的屬性。
另外，研究人員依據變換器的控制運行特點，通過簡化調制和優化解調，提出了適用于變換器的基于MQAM的能量信息一體化實現方法，能夠滿足電能與通信要求。通過改進調制與解調環節中的星座圖，使變換器在負載變化工況下仍能準確完成通信，擴展了變換器能量信息一體化的應用工況。
他們表示，該技術在電能可靠變換傳輸的條件下，在電能變換傳輸可靠的情況下，通過單一通信載波頻率將多進制數據信息并行傳輸，大幅提升了通信速率。而且在負載變化工況下仍能實現通信，且比特出錯概率較低；無需使用額外的通信外設，只需在變換器控制中增添相關環節即可。該研究成果為電力電子變換器實現高水平能量信息一體化發展提供了參考。
本文編自2022年第14期《電工技術學報》，論文標題為“基于多進制正交幅度調制的交錯并聯DC-DC變換器能量信息一體化技術”。本課題得到國家自然科學基金智能電網聯合基金的支持。
