社会服务
服务一、高频隔离电源DC/DC直流变换器在电力机车的应用
1、高频隔离电源DC-DC直流变换器的意义
我国早期的电力机车采用劈相机为牵引系统辅助设备供电，由于其输出特性不稳定、体积庞大且沉重、噪声大等问题慢慢被淘汰。随着新型高频大功率电力电子器件的发展与应用，并通过国外辅助变流器技术的引进吸收，株洲电力机车研究所于1999年成功研发了 TFG5型辅助变流器，成功投入使用。之后国产“蓝箭号”动车组、“奥星”机车、SS7E型机车都成功装载了该卑位TFG9、TFG11型辅助变流器。2001年，中国自行研制的“中华之星”创造315km/小时的行驶速度记录， 其辅助电源系统为新型动车组辅助电源设计提供参考。电力机车的辅助电源是整个系统重要组成部分,为车内空调、电热采暖、照明、空气压縮机、各系统控制电路及列车监视系统、车载信号和通信等设备提供电源。目前国内电力机车的辅助电源主要有：HXd2型电力机车由北车集团大同电力机车有限公司和法国阿尔斯通公司联合生产设计，其单节机车包括两套辅助电源装置,互为冗余；CRH1型高速动车组由青岛四方与庞巴迪联合生产,2007年投入运营；西门子SIBEST辅助电源由多个标准组件积木式组成实现，其组件系列主要包括高压变流器系列(HUR)、脉冲逆变器系列(PWR)、蓄电池充电器系列(BLG)，各组件具有标准的功率、电压等级，反复使用这些组件，可灵活实现各种应用场合辅助电源。
目前，我国动车组已进入“打造中国品牌”阶段。CRH型动车组是我国在第六次铁路大提速过程中开行的动车组，包括CRH1，CRH2，CRH3， CRH5四种型号。前两者由南车集团与青岛四方-庞巴迪铁路运输设备有限公司(BST)、日本川崎重工合资生产，后两者由北车集团与德国西门子、法国阿尔斯通引进技术制造。通过与国外先进公司的合作交流，2010年以后株洲电力机车研究所、四方机车车辆研究所等单位均能够自主研发高性能辅助变流器以满足国内机车、动车组的需求。① CRH1型动车组的网侧变流器由牵引变压器取电后整流为DC1650V直流电。辅助电源将该直流电逆变、降压后输出三相AC400V/50Hz供给交流母线，为三相负载提供电能。 三相AC400V/50Hz经蓄电池充电机的整流、斩波降压作用后输出DC100V供给直流负载。② CRH2型动车组辅助电源由牵引变压器副边得到非稳定单相AC400V/50Hz，经辅助变流器的隔离变压、整流、和逆变，输出稳定三相AC400V/50Hz，供给三相负载。再经不同的单相变压器变压后得到稳定单相AC220V/50Hz和AC100V/50Hz，供给单相负载。将稳定三相AC400V经变压器降压和不控整流后，得到直流电源。③ CRH3型动车组辅助电源与CRH1类似，牵引回路直流环节电压经辅助变流器逆变、隔离变压器降压后得到三相AC440V/60Hz，供给三相负载；再单相变压器降压为单相AC230V/60Hz，供给单相负载。④ CRH5型动车组辅助电源同样取电于牵引回路中间环节直流DC3600V，先采用斩波降压电路将直流电降压为DC600V后，逆变为三相AC400V，直流电源结构与CRH1类似，输出为DC24V。
目前国内外辅助电源设备的发展趋势有以下几个方面：
(1) 集成化、高密度化
构成功率器件的元件微型化、密集化;功率器件集成在单片IC中,从而使系统控制、驱动、保护、检测和末级功率放大集成为一体,既减小体积与重量,又能有效回避电磁兼容问题。
(2) 高频化
高频化是开关电源的一大发展趋势,随着电力电子器件工艺及控制方法的不断发展进步,开关电源的开关频率也逐渐提高,可以减小变压器的体积,也利于减小滤波电容的体积,进而减小开关电源的体积和重量。但随着开关频率的不断提高,开关元件和无源元件损耗的增加等新的问题也将随之产生。通过软开关等技术,可以一定程度上给高频化提供可能。
(3) 网络化与智能化
由于网络技术的发展,人机交互界面在电力电子领域得到了进一步的应用。借助网络及其他通信手段,人们可以方便地观察到充电机的工作状态及输入、输出电量,并对可能出现的各种故障进行自动诊断,直接给出错误索引。
(4) 控制方法不断进步
随着国内外的不断研究,各种各样新颖而有效的控制方法也不断被提出并应用。相信今后还会有更多更先进的控制方法被提出。先进的控制方法不仅能使设备性能大幅度的提升,还可以减小投入、降低成本。
2、高频隔离电源DC-DC直流变换器的主要内容
（1）拓扑设计研究
比较整流端串/并联、逆变端串/并联、变压器串/并联、有源箝位/无源箝位组成的常用DC/DC直流变换器拓扑的优缺点，结合电力机车应用场合的空间限制和车载工况，根据高压隔离电源DC/DC直流变换器的输入/输出电压具体要求，研究高频隔离DC/DC直流变换器拓扑，以实现高直流电压、大功率、高功率密度和高可靠性为目标，采用高频率功率开关器件，通过拓扑结构设计和参数优化，减小体积。
（2）高频谐振软开关技术和效率优化方法
依据高频大功率应用场合的硬开关变换器、软开关变换器、谐振软开关变换器的实现原理，建立单相辅助电路功率损耗模型和整体功率损耗模型，分析损耗的组成，以及影响损耗的主要参数，采取脉宽调制PWM和时触发辅助谐振电路同时工作方式，通过电感电容谐振元件在主功率器件开关前后工作，存储或释放开关关断时产生的能量；而其他时间停止工作，降低开关器件损耗，解决硬开关变换器中的硬开关损耗问题、容性开通问题、感性关断问题及二极管反向恢复问题，而且还能解决由硬开关引起的EMI 等问题。比较不同的谐振软开关辅助电路结构和不同调制策略(互补脉冲控制、脉冲移位PWM控制、对称脉冲PWM控制、移相脉冲控制)的特点，选择适合于电力机车高频隔离DC/DC直流变换器的谐振辅助电路结构和相应的调制策略，减少辅助开关数量，简化控制难度，减少体积、降低成本，同时减小开关功率损耗，提高效率。 建立精确的大功率、高频移相DC/DC直流变换器功率损耗模型，分析损耗来源和变化规律特性，在串联谐振软开关技术基础上，通过功率损耗模型优化变换器功率器件的型号、谐振电感、激磁电感等主要电路参数，进行拓扑结构优化设计，降低各部分的功率损耗，提高变换器整体效率。
（3）非线性动力学行为分析和稳定性设计
结合电力机车空间限制和为车载工况需求，比较RC和RCD缓冲电路在吸收寄生谐振能量、充电速率，抑制电压尖峰的效果，选择合适电路，保护器件和设备。应用非线性动力学理论分析高压隔离电源DC/DC直流变换器存在着的周期分岔、Hopf 分岔、混沌等非线性动力学行为。比较综合状态空间平均法、离散时间映射法等建模方法与高压隔离电源DC/DC直流变换器适应性。选择有效的非线性控制方法，实现非自治系统到自治系统的转换。合理选择器件开关频率、输入电感、输出电容，维持其非线性动力学行为不变，改善其动态性能，增加稳定性。
（4）基于分子动理论的优化调制技术
结合电力机车车载工况需求，列写高压隔离电源DC/DC直流变换器中逆变部分的输出电流、开关损耗、效率和功率等优化函数，针对这一多变量、多约束、高度非线性的多目标组合优化问题进行分析和求解。比较常用的多目标优化智能方法如遗传算法、粒子群算法、混沌蚁群算法、混合智能算法、动态优化方法在等在电力机车高压隔离电源DC/DC直流变换器优化控制中存在的问题，研究基于分子动理论的多目标优化方法，求得高压隔离电源DC/DC直流变换器优化模型，实现优化目标，通过并行处理和全局优化，提高调制策略鲁棒性和变换器可靠性。
3.成果应用对行业技术及地方经济发展的影响力和作用
（1）成果应用对行业技术的影响
随着电力机车技术的飞速发展，中车株洲电机有限公司对于电力机车辅助电源的技术研制要求也越来越高。机车辅助电源的正常、高效的工作保证了电力机车可靠高速运行及旅客的舒适度，在电力机车轨道交通的电力系统中，按照电源模块的功能可以分为两种供电系统，分别是主牵引供电系统和辅助电源系统。电力机车辅助电源系统承担了除牵引系统外电力机车上各种辅助设备的供电需求，其中包括主牵引驱动的控制系统供电、通风空调、电开水炉、LED显示屏以及备用蓄电池充电等设备。因此本项目研究基于移相全桥DC-DC变换器的电力机车辅助电源具有重要的现实意义与应用价值。在对辅助电源在控制策略的研究，使辅助电源系统的稳定性和动态性能得到有效提升；在拓扑以及与SiC材料的电子器件相结合，使其工作于软开关状态，有效的提升了变换器效率降低了损耗。本研发成果对本行业的技术发展提供了强有力的技术支持，推动轨道交通产业又好又快地发展。
（2）成果应用地方经济发展作用
本项目研发的高频隔离电源DC/DC直流变换器相应地应用于电力机车，对本单位的研发工作提供了技术实践、经验指导，拓宽了本单位的业务发展，推动了企业创新创业性事业的进步。
服务二、光伏扶贫
1、团队完成国内外调研和技术测试
作为政协委员，易灵芝教授自2013年以来，基于自己多年来的新能源科研基础，和作为政协委员的光荣使命；结合对国际新能源发展的了解，以及发展国家重大战略，选择湘潭市光伏产业作为调研主题，具体进行两方面工作：⑴ 带领九三社员李辉和无党派人士陈才学进行了为期半年的国内光伏扶贫项目和新能源产业调研；⑵ 对湘潭市进行了为期3年的太阳能光照和光伏发电实验测量，结合相关部门和企业的实验数据，得出如下参数：湘潭市全年日照时数平均1314小时，考虑实际情况综合效率约80%，1千瓦光伏电池1年发1千度电。如果全部上网，按照0.98元/度，加上新能源补贴200元，则可获得经济效益1180元。赶上光伏电池成本下降的好时机，综合考虑太阳能电池组件、逆变器、电能表，加上人工安装等费用，平均每千瓦投资7~8千元，7年完全收回成本。如果企业按120万/10MW出资建扶贫电站，按比例获得商业电站指标，每10MW捆绑400农户，每年农户分红3000元。60kW光伏扶贫电站25年总发电量为1334740度，前10年总收益66.8万元；第11年至第20年总收益51.3万元；第21年至第25年总收益11万元；并节约CO2排放12800吨，25年还为农户增加碳排放费64万元。
2、提交社情民意受市各级领导重视
2017年5月，申请人向九三湘潭市委提交社情民意“关于支持湘潭市光伏产业健康发展的建议”，得到支持，并提交政协湘潭市委员会。2017年6月调研成果被采纳，并被刊登在社情民意摘报2017年第16期（总第475期），2017年6月28日印发，报：曹炯芳、谈文胜、周放良、杨广、胡振湘、毛先林同志，送：市委办、市政府办、市发改委、市财政局、九三湘潭市委。同年7月得到市长、市委书记的批示，同年8月由市发改委、市财政局组织相关企业进行调研，提出意见和建议。本人因此被九三学社湘潭市委员会授予九三学社优秀社员以及九三学社湖南省先进个人。
3、建议得到市属新能源企业支持
针对湘潭市新能源和光伏产业的发展，及其在光伏扶贫、湘潭市的“国家新能源示范城市”、“低碳环保城市”，和九华经济开发区的“增量配电改革试点园区”中所起的贡献，湖南兴业太阳能科技有限公司、湖南茂硕电气有限公司、威胜电气有限公司、桑顿集团、华菱线缆等众多企业提出若干建议：① 希望政府把对太阳能行业的扶持放到更加突出的位置，从政策、立项、土地、税收、融资、投入等方面，特别是融资渠道方面给予重点支持。今年4月出台湖南省补贴0.2元/千瓦的征求意见稿，希望能尽早颁布正式文件，使光伏企业早日享受补贴政策。② 希望政府给湖南兴业整合搭建好经营平台，将产品和工程等资源搭配起来，改变目前在湖南区域运用不够广泛的现状。希望政府能牵头帮助寻找企业或政府的屋顶，大力开发分布式屋顶电站，便于准确快速的把握市场发展机遇，扩大在湖南市场的占有率。③ 社会公众意识不够，希望政府方面做好宣传。广泛的宣传才能让老百姓更加了解光伏行业，在节能减排方面多做贡献，主动购买节能减排产品。④ 希望政府能降低企业税费，多提供人才对接平台，降低企业用工成本。⑤ 在政府和政策的大力支持下，作为新能源新材料的企业也应该不遗余力的做好本职工作，为湘潭的新能源产业贡献力量等。
4、促成“多能协同控制器技术”湖南省工程研究中心
2017年湘潭大学联合湘电风能有限公司、威胜电气有限公司、湖南茂硕电气有限公司、湖南兴业太阳能技术控股有限公司、国网湖南节能服务有限公司、湖南红太阳新能源科技有限公司、海华电子企业（中国）有限公司共同申报“多能协同控制器技术”湖南省工程研究中心，共同建设多能协同能源系统高效安全运行技术平台，主要建设内容包括：① 综合能源系统的多能协同核心设备技术实验室；② 多能协同综合能源系统的信息集成与安全防御技术实验室，③ 多能协同综合能源系统的高效稳定运行控制技术实验室。 “多能协同控制器技术”湖南省工程研究中心聘请罗安（院士）、曹一家（院士有效候选人）、陆佳政（院士有效候选人）、曾祥君（长江学者、国家杰青）等担任专家委员会委员。预期效益如下：①技术研发:解决5~7个多能协同控制技术行业性难题，形成3~4项成熟的技术成果。②成果转化：成果在相关行业的代表性企业应用，3年内实现约3个亿的技术转让收入。③开放服务：接受政府、行业、企业、科研机构和高等院校等单位委托的工程技术研究、设计和实验任务，并为其提供技术咨询服务。④自我发展：建章建制，组建管理、技术和研发团队，优化条件建设。⑤社会效益：解决单元级与系统级多能协同控制问题，推动新能源产业健康良性发展，保护环境和人民健康。⑥经济效益：将达到系列产品产值3亿元以上的直接经济效益，上交国家税收超过2000万元，同时为相关行业和产业创造巨大的市场需求。
5、建成大批光伏扶贫项目造福万人
2014年-2017年湖南兴业太阳能技术控股有限公司、威胜电气有限公司、湖南茂硕电气有限公司等积极投身全国的光伏扶贫事业，光伏扶贫项目装机总容量达到约120MW，年发电总量约1.1亿度，实现年收益共1亿5千万元，帮扶人口惠及4万户贫困人口。主要项目有：
（1）湖南兴业太阳能科技有限公司完成的典型扶贫项目有：
[1]涟源七宝村山光伏项目：连片式光伏建设模式，装机总容量达20MW，据统计年发电量将达到1820万度电，年收益约2200万元/年。
[2]娄底双峰县甘塘镇光伏扶贫项目：装机容量60KW，村级电站建设模式，年发电量5.5万度，年收益5.6万元，帮扶人口20户。
[3]涟源市湄江镇黄罗村光伏扶贫项目：装机容量60KW，村级电站建设模式，年发电量5.5万度，年收益：5.6万元，帮扶人口20户。
[4]新晃侗族自治县光伏扶贫电站项目：装机容量1.44MW，村级电站建设模式，年发电量60万度，年收益66万元，解决贫困人口220人/年。
[5]韶山平里村光伏扶贫项目：装机容量达16.2KW，村级电站光伏建设模式，年发电量1.5万度电，实现年收益约1.6万元。
[6]永顺县第一期光伏扶贫项目，装机容量达3.7MW，连片式光伏建设模式，年发电量330万度电，实现年收益约350万元。
[7]岳阳市湘阴县静河乡黄金城村光伏扶贫项目，装机容量达60KW，村级电站式建设模式，年发电量达5.5万度，实现年收益5.6万元，帮扶人口20户。
[8]茶陵光伏扶贫项目，工程地址在湖南省茶陵县，装机容量达2.59MW，地面电站的应用形式，应用组件为多晶硅，年发电量达256万度，分布区域囊括54个贫困村。
[9]）邵东光伏扶贫项目，工程地址在湖南省邵东县，装机容量达1.5MW，地面电站型应用形式，应用组件为多晶硅，年发电量达139万度，分布区域囊括31个贫困村。
[10]永州零陵区100KW光伏扶贫项目，装机容量达100KW，村级电站型建设模式，年发电量达9万度，实现年收益9.5万元，帮扶人口达到32户。
[11]怀化洪江区桂花园湘堆边村光伏扶贫项目，装机容量达60KW，村级电站型建设模式，年发电量达5.5万度，实现年收益5.6万元，帮扶人口包括20户。
（2）威胜电气有限公司完成的典型扶贫项目有：
湘潭九华10.4MW分布式光伏电站工程项目，2016年11月12日开工，同年12月30日并网发电，设计安装容量10.4MW，实际安装容量10.5MW，仅仅历时49天成功并网发电。
（3）湖南茂硕电气有限公司完成的典型扶贫项目有：
[1]双峰县户用光伏发电系统项目：工程地址在湖南省双峰县，装机容量达5KW，村级电站型应用形式，使用机型SF5KTN，年发电量达0.5万度，实现年收益0.5万元，建设时间为2017年。
[2]石门铜鼓峪村级扶贫电站项目：工程地址在湖南省常德市，装机容量达100KW，村级电站型应用形式，使用机型为ST50KTL，年发电量达10万度，实现年收益15万元，帮扶人口达到35户，建设时间为2016年。
[3]湖南郴州6MW物流园屋顶项目：工程地址在湖南省郴州市，安装容量达6MW，连片式光伏应用形式，使用机型为ST60KTL，年发电量达560万度，帮扶区域包括25个贫困村，建设时间为2017年。
[4]内蒙古四子王旗20MW光伏地面电站项目：工程地址在内蒙古省四子王旗，安装容量达20MW，地面电站型应用形式，使用机型为SC1000KTL，年发电量达1700万度，帮扶区域包括四个贫困镇，建设时间为2014年。