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隨著國家《第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》的發(fā)布，智慧能源將成為今后幾年重點(diǎn)發(fā)展與建設(shè)的方向，其中源網(wǎng)荷儲(chǔ)互動(dòng)、多能協(xié)同互補(bǔ)、用能需求智能調(diào)控均會(huì)利用到電力電子技術(shù)和信息技術(shù)。近些年，不斷有學(xué)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(dòng)攜帶簡單信息以便實(shí)現(xiàn)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(yùn)含的信息特性發(fā)揮了出來。

電力電子變換器通過功率和數(shù)據(jù)信息復(fù)合調(diào)制，使其在電能變換傳輸?shù)耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的傳輸，達(dá)成了能量信息的一體化，極大地促進(jìn)了電力電子裝置的數(shù)字化和智能化。圖1概括表示了能量信息一體化系統(tǒng)，其通過將電能和數(shù)據(jù)信息一體化傳輸至目標(biāo)變換器，使目標(biāo)變換器根據(jù)所接收的信息調(diào)節(jié)自身工作狀態(tài)，達(dá)成電能調(diào)控的目的。

但是，能量信息一體化中的通信速率與現(xiàn)有成熟的通信技術(shù)相比依舊較低，目前只能滿足低數(shù)據(jù)量和對(duì)通信速率要求不高的應(yīng)用場景，且對(duì)通信過程的分析與驗(yàn)證均是在穩(wěn)態(tài)工況下進(jìn)行的，沒有考慮負(fù)載變化的工況。

圖1 能量信息一體化系統(tǒng)示意圖

為進(jìn)一步提升變換器能量信息一體化中的通信速率，沈陽工業(yè)大學(xué)電氣工程學(xué)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(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，針對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)DC-DC變換器的電路結(jié)構(gòu)，提出了基于多進(jìn)制正交幅度調(diào)制（Multiple Quadrature Amplitude Modulation, MQAM）的交錯(cuò)并聯(lián)DC-DC變換器能量信息一體化技術(shù)。

圖2 變換器能量信息一體化實(shí)現(xiàn)方法

研究人員通過分析交錯(cuò)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的變換器與MQAM間的聯(lián)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(shù)的原理。還建立了交錯(cuò)并聯(lián)變換器傳輸電能與信息的數(shù)學(xué)模型并加以計(jì)算分析，得到解調(diào)環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。

他們指出，采用該技術(shù)對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)DC-DC變換器的控制信號(hào)加以調(diào)制達(dá)成了MQAM的效果，實(shí)現(xiàn)了16進(jìn)制數(shù)據(jù)信息的傳輸，通信速率達(dá)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(jù)變換器能量信息傳輸數(shù)學(xué)模型，將變換器傳輸?shù)碾娔懿糠趾托畔⒉糠謪^(qū)分開，既得到了信息解調(diào)的判據(jù)，也更直觀地說明了電力電子變換含有信息傳輸?shù)膶傩浴?/p>

另外，研究人員依據(jù)變換器的控制運(yùn)行特點(diǎn)，通過簡化調(diào)制和優(yōu)化解調(diào)，提出了適用于變換器的基于MQAM的能量信息一體化實(shí)現(xiàn)方法，能夠滿足電能與通信要求。通過改進(jìn)調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)中的星座圖，使變換器在負(fù)載變化工況下仍能準(zhǔn)確完成通信，擴(kuò)展了變換器能量信息一體化的應(yīng)用工況。

他們表示，該技術(shù)在電能可靠變換傳輸?shù)臈l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(jìn)制數(shù)據(jù)信息并行傳輸，大幅提升了通信速率。而且在負(fù)載變化工況下仍能實(shí)現(xiàn)通信，且比特出錯(cuò)概率較低；無需使用額外的通信外設(shè)，只需在變換器控制中增添相關(guān)環(huán)節(jié)即可。該研究成果為電力電子變換器實(shí)現(xiàn)高水平能量信息一體化發(fā)展提供了參考。

本文編自2022年第14期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于多進(jìn)制正交幅度調(diào)制的交錯(cuò)并聯(lián)DC-DC變換器能量信息一體化技術(shù)”。本課題得到國家自然科學(xué)基金智能電網(wǎng)聯(lián)合基金的支持。