发展历程
一、思想萌芽：探索电力线载波通信
能信同调最初的构想源于简化系统布线的需求，旨在将信号线与电力线“合二为一”。早期工作聚焦于在既有的电力线上“增加信息”，即电力线载波技术路径。2005年，何湘宁教授团队在《具有电力线载波功能的HID电子镇流器》[1]一文中，成功将基于LonWorks网络和PLT-22芯片的电力线载波通信集成到电子镇流器中，实现了无控制线的监测与控制。随后，团队在直流系统电力线通信技术上取得系列进展：2010年，提出了名为P-BUS的新型直流电力线通信技术并应用于LED照明系统[2]；同年，提出了基于电力电子拓扑构建供电总线通信电路的新方法[3]；此外，还实现了基于LonWorks控制网的路灯监控系统[4]。2011年，团队进一步提出了功率/信号时分复用技术[5]。这一阶段的研究，系统验证了利用电力线作为通信媒介的可行性，核心目标是减少线缆，为后续研究奠定了初步基础。
二、技术转向：实现能量/信息双调制
在电力线载波研究的基础上，团队的技术路径发生了根本性转变：从“借用”电力线传输信息，转向主动“利用”电力电子变换器自身在功率变换过程中产生的开关纹波作为信息载体。2014年，何湘宁教授团队在《基于开关纹波调制的电源线通信技术》[6]一文中，系统阐述了利用Boost电路开关纹波进行频移键控通信的原理与方法。2015年，团队在IEEE Transactions on Industrial Electronics上发表了题为《Power Conversion and Signal Transmission Integration Method Based on Dual Modulation of DC–DC Converters》[7]的里程碑式论文。该工作首次明确提出了DC-DC变换器的能量/信息双调制方法，系统论述了PWM/FSK和PWM/PSK两种基本调制原理，并深入分析了拓扑适用性、载波形状等关键设计问题。这标志着能信同调从一个通信应用概念，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：揭示电力电子的本质特征
在实现技术可行性的基础上，团队致力于探寻能信同调的深层理论依据。2020年，何湘宁教授在Nature Communications上发表了题为《Nature of power electronics and integration of power conversion with communication for talkative power》[8]的首篇电力电子领域论文。该研究从通信理论视角，重新审视并严格论证了电力电子变换器的本质，指出电能变换与数据通信在结构上具有深刻的相似性。这一发现首次从基本原理层面揭示了电力电子变换器固有的信息本质特征，为能量与信息的同步调制提供了坚实的理论基石，实现了从“技术实现”到“理论发现”的关键跨越。为在电能系统或者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)。
四、体系建立：构建统一分类框架
为使理论能更系统化地指导多样化实践，团队进一步开展了体系构建工作。于2023年在IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics上发表的论文《Power and Signal Dual Modulation With Info Nature of Power Converters》[9]中，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，建立了统一的技术体系，为面向不同应用与拓扑的能信同调方案设计提供了系统化指南。
五、工程实践：开展样机验证与应用示范
理论最终服务于实践，团队依托上述理论和技术成果，成功研制出首套能信同调变换器工程样机，并开展了多项示范应用：
- 光伏发电领域：开发了集成能信同调功能的光伏优化器，在实现最大功率点追踪的同时，完成组件级状态监测与通信，并投入示范运行。
- 电池储能领域：研制了基于能信同调的电池主动均衡管理样机，利用能量传输路径同步传递均衡指令与状态信息，提升了储能系统的集成度与可靠性。
总结
从早期探索电力线载波以简化布线，到开创性地利用开关纹波实现能量/信息双调制；从完成技术可行性验证，到深刻揭示其内在信息本质的理论突破；再从建立系统化的分类框架，到最终研制出样机。本研究完成了从思想萌芽、技术转向、理论突破、体系建立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、储能等领域的应用落地。
参考文献：
[1] “具有电力线载波功能的HID电子镇流器,” 吕晓东,李武华,吴建德,何湘宁, 电力电子技术, 2005, 2: 69-71.
[2] “A novel power line communication technique based on power electronics circuit topology,” Jiande Wu, Chushan Li, and Xiangning He, 2010 Twenty-Fifth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Feb. 21-25, 2010.
[3] “Realization of a general LED lighting system based on a novel power line communication technology,” Chushan Li, Jiande Wu, and Xiangning He, 2010 Twenty-Fifth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Feb. 21-25, 2010.
[4] “基于LonWorks控制网的路灯监控系统,” 吕豪杰, 吴建德, 杨国仁, 何湘宁, 照明工程学报, 2010, 21(2): 49-53.
[5] “Power/signal time division multiplexing technique based on power electronic circuits,” Jiande Wu, Shen Zong, and Xiangning He, 2011 Twenty-Sixth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC), Mar. 6-11, 2011.
[6] “基于开关纹波调制的电源线通信技术,” 吴建德, 杜进, 王睿驰, 李楚杉, 何湘宁, 电工技术学报, 2014, 29(4): 166-172.
[7] “Power Conversion and Signal Transmission Integration Method Based on Dual Modulation of DC-DC Converters,” Jiande Wu, Jin Du, Zhengyu Lin, Yihua Hu, Chongwen Zhao and Xiangning He, IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 62, no. 2, pp. 1291–1300, Feb. 2015. 点击查看全文
[8] “Nature of power electronics and integration of power conversion with communication for talkative power,” Xiangning He, Ruichi Wang, Jiande Wu and Wuhua Li, Nature Communications, vol. 11, no. 1, p. 2479, May 18, 2020. 点击查看全文
[9] “Power and Signal Dual Modulation With Info Nature of Power Converters,” Ruichi Wang, Xiangning He, Jiande Wu, Ruoqi Zhang and Wuhua Li, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 11, no. 1, pp. 588–601, Feb. 2023. 点击查看全文
