Talkative Power

发展历程

一、早期工作：二线合一与时分复用
电力电子技术自20世纪50年代诞生以来，一直以电能变换与调控为核心目标。进入21世纪，通信技术的发展使电力电子装备之间以及装备与系统之间逐步实现了信息交互。然而，和其他能源装备与控制系统类似，信息的产生与传输通常由独立的通信网络来完成。浙江大学何湘宁教授团队早期的研究构想源于简化系统布线和降低装备成本的工程需求，研究通信线与电力线“合二为一”。其一在电力线上增加信息，即电力线载波技术路径；其二是通信线供能技术。2005年，研究团队发表《具有电力线载波功能的HID电子镇流器》论文，实现了照明系统在无需独立控制线条件下的状态监测与控制功能。2006年，团队申请发明专利《一种电源线斩波通信收发电路》，利用电力电子开关斩波过程在电源线上实现了电能与信息的“时分复用”传输。这一称之为“斩波通信”的技术及其系列专利成功应用于安防及智能楼宇等自动化系统中。

二、科学发现：能量与信息双调制
电力通信双线合一“借用”电力线传输信息，但信息数据仍需要附加电路来产生、并作为“谐波”耦合到电力线上。研究团队随后在“斩波通信”技术基础上，深入探索利用电力电子变换功率所产生的谐波实现信息传输。2012年申请发明专利《一种能量与信息的同步传输系统》，提出了基于 Boost 变换器开关纹波实现电源线通信的原理与方法。2015年，团队在 IEEE TIE 发表题为《Power Conversion and Signal Transmission Integration Method Based on Dual Modulation of DC–DC Converters》的标志性论文。该工作首次明确提出了DC–DC变换器中电能与信息“双调制”（能信同调）的概念与方法，即电能调控与信息编码可在同一功率变换过程中同步且相互独立地实现，无需引入额外通信电路或器件。论文系统论证了 PWM/FSK 与 PWM/PSK 两类典型能信同步调制机制，并深入分析了变换器拓扑适用性、载波特性及调制参数等关键设计问题。该成果标志着能信同调由早期的通信应用探索，发展为一种可嵌入功率变换核心过程、实现能量与信息同步生成与传输的原创性技术路径。

三、理论突破：电力电子的本质特征
2020年，何湘宁教授团队在Nature子刊“Nature Communications”上发表了题为《Nature of Power Electronics and Integration of Power Conversion with Communication for Talkative Power》的论文，被国内外同行专家视为电力电子技术具有里程碑意义的成果。论文从通信视角重新审视并首次从理论上论证了电力电子变换的本征特性，指出电能变换与信息调制在机理和结构上具有内在深刻的相似性。这一发现从原理层面揭示了电力电子变换器固有的信息本质特征，为能信同调技术发展提供了坚实的科学理论基石，实现了从“技术探索”到“理论突破”的关键跨越。为在电能系统或通信系统中的二者深度融合和一体化集成设计提供了全新思路。Nature Communications 的评审专家认为：这项研究“为链接起电气工程与通信工程做出了重要贡献”（significant contribution），“将影响通信工程师和电源工程师的思维方式”(may influence the thinking of both communication engineers and power supply engineers)。国际上“Talkative Power Converter/Conversion TPC”已成为“能信同调变换器/技术”的专用英文术语。

四、体系构建：能信同调的统一分类
研究团队进一步开展了能信同调变换技术体系的构建工作，以使其理论能更系统化地指导多样化方法实现和工程产业化实践。2023年团队在期刊 IEEE JESTPE 上发表了论文《Power and Signal Dual Modulation With Info Nature of Power Converters》。论文在进一步清晰地阐述电力电子变换器信息本质特征基础上，系统性地提出了能信同调变换器的统一分类框架。该框架依据信号注入机制（控制环纹波型/开关纹波型）与信号形态（编码型/非编码型），将各类技术方案归纳为清晰的四类，建立了统一的技术方法体系，为电力电子变换信息调制技术新方向研究、设计不同应用与拓扑的能信同调方案提供了系统化指南。

五、工程实践：产品开发与应用示范
浙江大学研究团队依托上述理论和技术成果，和工业界合作成功开展了多项工程实践和系统应用：

  • 光伏发电领域：开发世界首个能信同调变换器产品。建立的示范工程无需铺设信号线，实现分布式光伏发电装备的高可靠和低成本协同控制。
  • 电池储能领域：开发首个能信同调电池管理系统。简化了单体电池串/并联系统BMS布线，专利技术提升动力电池智能化和安全性，是新一代分布式BMS的核心方案。
  • 智能照明领域：开发了首个能信同调LED照明装备，实现“照明-通信”一体化集成，建立了智能照明新范式。作为一种全新的驱动模式，为可见光能信同调提供了坚实的基础。

总结
从早期研究电力线载波以简化系统布线，到开创性地提出能量与信息双调制；从探索能信集成技术可行性，到深刻揭示电能变换内在信息本质的理论突破；再从建立调制方法的系统化分类框架，到最终开发出产品、实现示范工程。研究工作完成了从早期工作、科学发现、理论突破、体系构建到工程实践的全链条创新历程，奠定了能信同调技术的学科基础，并推动了其在新能源、储能、照明等领域的应用落地。