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完成单位：浙江大学、株洲中车时代电气股份有限公司、苏州汇川技术有限公司、中国船舶集团有限公司第七一九研究所

主要完成人：马皓、张欣、戴计生、孙义、耿攀、许飞、刘雪琪

项目亮点

针对电力电子系统“器件-设备-系统”多层级故障，提出了复杂工况下基于多维特征信息提取和匹配技术的故障检测方案、混杂故障下基于多源信息融合的数模混合驱动故障诊断技术、非线性耦合下基于自适应故障重构控制和拓扑复用理论的故障容错策略。

项目介绍

项目属于电力电子技术领域。随着电力电子技术在新能源、轨道交通、国防军工等领域的广泛应用，其故障问题成为学术界和工业界的研究热点。电力电子系统的故障复杂繁多：从故障类型划分，包含开路故障、短路故障、电源耦合故障、电网故障和接地故障等；从故障源的类型划分，包含器件级故障、设备级故障、系统级故障等。上述任何单一或者多并发故障都可能引起电力电子系统的停机或者起火，甚至导致重大的安全事故，对国民经济带来巨大影响， 

因此不可忽略。目前，电力电子系统故障分析面临的三个关键难题是：复杂工况下电力电子系统故障难以准确、快速的在线辨识；混杂故障下电力电子系统故障难以快速、精准定位；非线性耦合下电力电子系统故障难以低成本、高性能容错运行。 

针对上述技术难题，近20年来研究团队在国内率先开展了电力电子系统故障检测、诊断和容错关键技术研究及应用，完成了国家自然科学基金项目多项，在电力电子系统故障检测、诊断和容错方面取得了创新成果，主要科技创新如下： 

1. 复杂工况下基于多维特征信息提取和匹配技术的故障检测方案。针对电力电子系统“器件级”、“设备级”和“系统级”故障难以准确、快速在线辨识的问题，提出了基于有限状态机-粗糙集理论、节点-路径图论、阻抗分段判据的在线故障检测方案。上述检测方案完成了复杂工况下“器件-设备-系统”多层级故障特征定制化提取、实现了各类故障的精准在线检测，检测周期缩短到了开关周期级别，鲁棒性强。 

2. 混杂故障下基于多源信息融合的数模混合驱动故障诊断技术。针对电力电子系统“器件级”、“设备级”和“系统级”故障，分别提出了基于平均模型和自适应阈值、数模混合驱动技术以及启发式算法搜寻技术的综合故障诊断体系。上述诊断体系实现了电力电子系统混杂故障下的“器件-设备-系统”多层级诊断策略覆盖，各层级故障诊断准确率均达100%。同时在保证故障诊断快速性和准确性的前提下，极大降低了诊断的软硬件成本。 

3. 非线性耦合下基于自适应故障重构控制和拓扑复用理论的故障容错策略。针对电力电子系统“器件级”、“设备级”和“系统级”故障难以不降额、低成本容错运行的共性问题，提出了基于故障重构算法、共享冗余单元、自适应阻抗重塑模块的通用故障重构策略，实现了多维故障的“器件-设备-系统”全方位、不降额、低成本容错运行，容错成功率100%，提高了电力电子系统整体可靠性，保障了其连续稳定运行。

项目图片

完成单位介绍及对项目的贡献

1.浙江大学电气工程学院自2003 年开始，依托国家自然科学基金青年项目和面上项目的强力持续支持，深入而系统地对电力电子系统故障问题进行了近二十年的研究，并创造性的构建了电力电子系统故障检测、诊断和容错的关键技术体系取得了一系列具有自主知识产权的创新成果。项目的 3 个科技创新点的核心思想和实施方法均源自浙江大学研究团队的开拓性理论和技术上的原创工作。相关成果是浙江大学电气工程学院马皓教授团队在长期从事电力电子学科教学与研究的基础上所取得的重要创新性研究成果。在该项目研究期间，浙江大学电气工程学院和电力电子应用技术国家工程研究中心为项目顺利进行提供了良好的研究条件和环境。

2.中车株洲电力机车研究所有限公司是本项目的第2完成单位，对发明点 1、2和3 均有重要贡献，具体负责了将本项目的“电力电子系统故障“检测-诊断-容错”关键技术”应用到了复兴号高速动车组和城际动车组牵引系统变流器中。

3.苏州汇川技术有限公司是本项目的第3完成单位，对发明点1、2均有重要贡献，具体负责了将本项目的“电力电子系统故障“检测-诊断-容错”关键技术”应用到了低压变频器高压变频器、工程型变频器、中压变频器的各个产品的状态与监测中。 

4.中国船舶集团有限公司第七一九研究所是本项目的第 4 完成单位，对创新点 1、2和3做出了重要贡献。具体负责了将“电力电子系统故障“检测-诊断-容错”关键技术”应用到了多个型号HOT综合电力系统的直流变换装置、逆变电源装置、模块化 XC 电源装置中。

5.上海电气国轩新能源科技有限公司是本项目的第5完成单位，对发明点1、2和3均有重要贡献，具体负责了将本项目的电力电子系统故障“检测-诊断-容错”关键技术应用到了上海电气国轩的上海闵行工业园区智慧能源项目、青海格尔木共享储能电站项目和广东汕头风光储微电网项目中。

6.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司是本项目的第 6 完成单位，对发明点 3 有重要贡献，具体负责了将本项目的电力电子系统故障“检测-诊断-容错”关键技术应用到了华东院天长 140MWp 渔光互补光伏发电项目中，上述技术应用后提高了光伏电站可靠性。

第一完成人简介

马皓 教授

浙江大学

马皓教授，博士生导师，浙江大学伊利诺伊大学厄巴纳香槟校区联合学院副院长。现任中国电源学会副理事长、组织工作委员会副主任、无线电能传输技术及装置专业委员会副主任、中国电工技术学会无线电能传输技术专业委员会副主任委员等。作为负责人承担国家、省、市、企业项目和国际合作项目60余项。发表学术论文300余篇。在本项目中主要负责总体规划和设计，所有核心技术方案制定和实施。把握复杂工况下基于多维特征信息提取和匹配技术的故障检测方案、混杂故障下基于多源信息融合的数模混合驱动的故障诊断技术、非线性耦合下基于自适应故障重构控制和拓扑复用理论的故障容错策略等关键技术的总体方向，并论证其科学性和合理性。