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欢迎阅读IEEE Transactions on Energy Conversion 2026年issue1推送（第4期/共7期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于可再生能源发电技术（特别是风力与波浪能转换）中的新型电机拓扑设计、性能优化、先进控制策略及数据驱动建模等前沿领域。具体涵盖了面向分频输电系统的定子控制双馈感应发电机、用于波浪能转换的线性-旋转磁场调制发电机、无刷双馈发电机转子绕组优化、永磁同步电机的噪声抑制与鲁棒控制、双馈风机控制参数辨识、感应电机数据驱动降阶模型，以及轮毂电机和双转子永磁电机的创新设计方法。本期研究有助于推动远距离输电、海洋能利用与高密度电机设计的工程化应用，提升系统效率并降低成本。
本期目录
📖 第1篇：面向分频输电系统的定子控制双馈感应风力发电机分析
📖 第2篇：面向波浪能转换的线性-旋转磁场调制发电机分析
📖 第3篇：采用不等匝线圈重构3Y/3Y变极转子绕组的无刷双馈发电机
📖 第4篇：永磁同步电机中周期性调制技术引发的边带电流与噪声特性研究
📖 第5篇：基于综合切换增益的滑模控制：应对快速时变扰动的永磁同步电机控制策略
📖 第6篇：考虑故障穿越的双馈风机转子侧变流器控制参数辨识方法
📖 第7篇：基于动态模态分解与深度库普曼理论的感应电机数据驱动降阶建模
📖 第8篇：融合拓扑优化的Halbach阵列轮毂电机设计框架
📖 第9篇：谐振式波浪能转换器设计原则：功率捕获与流动的基准分析
📖 第10篇：准无轭定子双转子永磁电机设计与分析
📖 第1篇
📌 面向分频输电系统的定子控制双馈感应风力发电机分析
Analysis of Stator-Controlled Doubly-Fed Induction Wind Generator for Fractional Frequency Transmission System
作者：Shaofeng Jia，Jun Lin，Zhidong Yuan，Hongjing Deng，Deliang Liang
本文聚焦于远距离风电并网到分频输电系统（FFTS）的发电机适配问题，识别到传统转子控制DFIG在低频工况下的功率密度下降与体积/重量增大两大痛点。研究提出了全新拓扑——定子控制双馈感应机（SC-DFIG），其结构特点是将转子绕组直接并入FFTS电网，而定子通过背靠背AC/AC变流器与工频并网侧相连。整体技术路线涵盖系统建模、等效电路、稳态/动态分析與电磁设计三大模块，输入为风机转速与FFTS端电压，输出为并网有功/无功响应与电机效率曲线。相较于传统RC-DFIG，SC-DFIG在机理上通过转子恒频运行与定子变频输出实现在低网频下维持高速转子，从而提升铁芯利用率與功率密度。
实现细节上，研究建立了完整的电磁数学模型并推导等效电路参数，控制端采用定子侧背靠背AC/AC变流器实现频率/电压调节，转子侧直接并网需考虑并网滤波与谐波抑制设计。仿真与样机实验均采用相同参数表与系统标定流程，关键实现要点包括对变流器调制波形、滤波器带宽、以及转子并网保护逻辑的协调配置。设计中采用的核心约束为机体体积不变、转子频率恒定、并网谐波低于标准限值，优化过程中对损耗项与热约束进行了迭代计算。
在仿真实验与物理样机验证中，研究展示了多组关键指标：在相同体积条件下，SC-DFIG的输出功率可达传统RC-DFIG的近3倍；实测样机为1.2 kW级别，实验结果与仿真误差小于5%；此外，经济性分析显示系统成本可下降约13.7%。稳态与动态仿真场景包括不同转速、并网电压扰动与无功需求突变，SC-DFIG在这些场景下均体现出更优的电压电流波形和快速响应能力。工程价值在于该拓扑可基于现有工频DFIG产品改造，降低FFTS推广门槛，并为未来研究指明需解决的控制策略与电网兼容性问题。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11130426
📖 第2篇
📌 面向波浪能转换的线性-旋转磁场调制发电机分析
Analysis of a Linear-Rotary Magnetic Field Modulation Generator for Wave Energy Conversion
作者：Yuan Li，Lei Huang，Hui Yang，Minshuo Chen，Ruisi Guo，Likun Wang
本文面向海上波浪能转换器的核心瓶颈——低速直线输入导致的低功率密度问题，提出了一种基于磁场调制的线性-旋转磁场调制发电机（LMFMG）概念。总体框架由外定子、内转子与线性动子三维螺旋结构组成，相互构成一种磁齿轮丝杠式耦合机构，可将0.5 m/s级别的线速度转换为高转速输出。论文明确描述了输入（线性动子行程/速度）到输出（内转子转速/电能）的能量流动，以及以极对数关系为核心的调制约束，指出满足极对数匹配是实现稳定能量传输的必要条件。
在实现细节上，研究通过参数化建模对关键几何与电磁参数进行了优化，核心实现要点包括对螺旋节距、永磁体极对数分配以及气隙长度的联合优化。仿真采用有限元法评估气隙磁通谱变化，关键约束为材料成本（采用DT4C导磁材料以降低成本）、结构可制造性与摩擦/涡流损耗管控。设计流程中纳入了多目标优化，权衡推力、效率与成本三项指标，优化器以工程经验初始搜索并进一步局部细化以收敛。
实验与数据结果表明，LMFMG在100 mm有效长度下可输出推力超过1.7 kN，传输功率超过850 W；集成旋转发电机在4000 rpm/10000 rpm处效率分别超过95%和93%。有限元验证显示调制后气隙磁通的主谐波由12次转为1次，证明了磁场调制的有效性。与传统“磁力丝杠+发电机”方案相比，本设计的“成本/功率”降低约19.8%，且样机实验推力、扭矩与反电动势误差基本在5%以内，符合工程容差，适用于深海/离岸等维护成本高的场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11048651
📖 第3篇
📌 采用不等匝线圈重构3Y/3Y变极转子绕组的无刷双馈发电机
Brushless Doubly-Fed Generator With Reconfigured 3Y/3Y Pole-Changing Rotor Winding Using Unequal Turn Coils
作者：Lei Jia，Xi Chen，Jinfeng Xiao，Te Lu
本文针对无刷双馈发电机（BDFG）中常见的转子并联支路电流不平衡和谐波增多问题，提出通过不等匝线圈设计与重构接线模式来重配3Y/3Y变极转子绕组，从而实现支路磁动势相位的一致化。研究首先明确问题背景：等匝方案会导致磁动势相位偏差，进而引发支路电流不均、寄生环流与铜耗增加。提出的方法从电磁分布角度出发，策略性地在偏差大的槽位布置少匝线圈、偏差小的槽位布置多匝线圈，以校正各并联支路的相位差。
实现层面，研究对转子绕组的接线进行了系统化重构，包含将部分线圈移至连接线上并采用反向串联消除部分支路的自闭合独立运行。关键实现要点涉及线圈节距选择、匝数分配策略与接线图重新编排，采用有限元模型对不同配置进行电磁仿真，评价指标包括谐波含量、转子铜耗与支路电流分配。优化过程中以降低谐波百分比与均衡支路电流为约束目标，并在原型机测试中验证部署可行性。
实验与结果显示：改进方案将磁动势相位角差异降低了96.37%，8极与10极谐波幅值分别下降了51.8%和62.8%，转子铜耗减少，机器效率在600 r/min和400 r/min分别达到86.80%与82.16%。100 kW原型在满载/空载下的输出电压总谐波畸变率均低于4%，证明了发电质量与可靠性。该研究为BDFG的绕组设计提供了具有工程可行性的改进路径，适用于提高大型风电与变极电机的性能稳定性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11016920
📖 第4篇
📌 永磁同步电机中周期性调制技术引发的边带电流与噪声特性研究
Characteristics of Sideband Current and Noise Induced by Periodic Modulation Techniques in PMSMs
作者：Wenzhe Deng，Jinqing Xiang，Zhe Qian，Guoli Li，Qunjing Wang，Lijian Wu
本文围绕PMSM驱动下由于调制策略产生的高频边带电流及其与永磁体相互作用所致的噪声问题开展研究。问题点在于常规SVPWM会集中在开关频率及其倍频处产生谐波，导致与永磁场相互作用的边带电磁力，进而引起NVH问题。为此提出并深入分析了周期性开关频率脉宽调制（PSFPWM）的机理，旨在通过周期性变化开关频率实现频谱扩展并降低峰值谐波幅值。
具体方法上，研究建立了PSFPWM下的边带电流、电磁力与声学噪声的解析模型，考察调制波形（如三角波、正弦波）与调制频率对频谱的影响。实现细节包括对开关频率变化率与扩展宽度的参数化扫描、不同极槽配合下力频谱的数值计算与试验验证。关键实现要点是对调制频率、扩展宽度这两项参数的工程化选取，以兼顾噪声抑制效果与系统稳定性。
实验结果显示，在恰当参数下，PSFPWM（尤其是三角波调制）可将边带噪声峰值降低约37%，并使噪声能量向更宽频带均匀分布。模型与试验比较表明，PSFPWM在全转速范围内均有效，同时不同极槽组合会影响边带力谱的具体形态。研究为车载牵引电机等对NVH要求高的应用提出了可行的调制策略選擇與參數化指南，兼顾抑制效果与系统成本/复杂度。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11113415
📖 第5篇
📌 基于综合切换增益的滑模控制：应对快速时变扰动的永磁同步电机控制策略
Comprehensive Switching-Gain-Based Sliding Mode Control of PMSM Subject to Fast Time-Varying Disturbances
作者：Xinghe Fu，Zufeng Lin，Jiaxin Xiong
本文关注高性能PMSM伺服系统在存在快速时变扰动时的控制鲁棒性问题。传统滑模控制虽鲁棒但大切换增益会造成抖振（chattering），小增益则削弱抗扰能力。研究提出一种基于综合切换增益的滑模控制策略，核心在于结合扩张状态观测器（ESO）与模糊系统动态调整切换增益，从而在保证快速抑制扰动的同时显著降低抖振。
实现上，研究设计了双路径：一是ESO用于估计并前馈补偿低频扰动分量，二是基于转速误差变化率与高频扰动估计变化率的模糊调节器用于实时调整切换增益，使切换增益成为由ESO与模糊系统共同构成的动态增益。论证部分利用李雅普诺夫方法证明闭环稳定性，实验中对比了多种滑模变体与ESO结合的方案，验证了方法的鲁棒性与抖振抑制效果。
在仿真与实验平台上，新的方法在突加/突卸载荷测试中表现出更快的恢复速度、更小的稳态转速波动与更平稳的稳态电流。关键性能指标包括：在典型突变工况下，系统响应时间减少了约30%（相较基线），转速超调和稳态波动幅度均显著降低；模型与试验结果验证了方法在实际伺服场景的工程适用性。该策略可推广至机器人、精密机床与航空推进等对扰动快速响应有严格要求的领域。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11118313
📖 第6篇
📌 考虑故障穿越的双馈风机转子侧变流器控制参数辨识方法
Control Parameter Identification Method of DFIG Rotor-Side Converter Considering Fault Ride-Through
作者：Jie Chen，Jiandong Duan，Darui Zhu，Tong Gao，Yang Zhang，Jiakang Cheng，Jun Deng
随着大量风电并网，风电机组外特性建模成为电网稳定性分析的必要条件，但厂商控制器通常为“黑箱”。本文提出了一种兼顾正常运行与故障穿越阶段的DFIG转子侧变流器控制参数辨识方法，核心在于将参数分为正常控制参数与故障控制参数两类，针对性地设计辨识流程以应对不同阶段的参数变化与限幅逻辑影响。
对于正常控制参数，研究采用增强型鲸鱼优化算法（WHA），引入池机制及迁移搜索、优先选择和包围猎物三种策略以提高全局寻优能力；对于故障阶段参数，提出基于电压条件划分的辨识方法，通过分析并网点电压深度来划分故障场景，消除限幅环节对辨识的干扰，实现对如电压阈值、限幅值、无功支撑系数與有功恢复速率等参数的独立辨识。
方法验证采用MATLAB/Simulink仿真结合RT-LAB硬件在环测试，结果显示辨识模型的输出特性与真实对象高度一致，多项偏差远低于行业标准。关键指标包括辨识误差显著小于传统方法、模型在故障穿越段的动态响应吻合度高于95%，为建立能反映真实外特性的风电机组模型提供了坚实参数基础，对并网稳定性分析与故障穿越策略优化具有重要价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11095428
📖 第7篇
📌 基于动态模态分解与深度库普曼理论的感应电机数据驱动降阶建模
Data-Driven Reduced Order Modeling of Induction Motors Using Dynamic Mode分解 and Deep Koopman Theory
作者：Philip Desenfans，Zifeng Gong，Dries Vanoost，Konstantinos Gryllias，Jeroen Boydens，Davy Pissoort
针对感应电机在不平衡与非线性工况下物理模型难以精确建模的问题，本文提出了一种结合参数化动态模态分解（pDMDc）与深度库普曼控制（pDKc）的方法，实现从高保真源模型到降阶线性时变模型的高精度数据驱动映射。研究明确了问题场景为带有转子偏心与槽效应的不平衡工况，目标是构建在MPC中可实时使用的低复杂度预测模型。
实现流程包括：用基于磁等效电路（MEC）的高保真模型生成训练数据（含DTC控制下的多工况轨迹），将转子速度/角度作为时变参数输入到pDMDc以学习线性时变状态空间；在此基础上用深度神经网络构造库普曼算子映射以捕捉非线性特性。关键实现要点为时变参数化与潜在线性空间维度选择，训练过程采用离线批量学习以保证推理时的低延迟。
实验结果显示，pDMDc与pDKc在定子电流预测上相较传统多耦合电路模型与基础DMDc实现了约两个数量级的精度提升，长期预测稳定性由pDKc呈现更好效果。控制端在模型预测转矩控制（MPC）应用中表现出更小的跟踪误差與更强的鲁棒性。关键数值包括预测RMSE显著下降（如RMSE由baseline的0.1降至0.001级别），并在复杂不平衡工况下维持良好泛化能力，为高精度MPC在工业驱动系统中的落地提供了可行路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11126941
📖 第8篇
📌 融合拓扑优化的Halbach阵列轮毂电机设计框架
Design Framework Incorporating Topology Optimization for Halbach Array In-Wheel Motors
作者：Taehoon Jung，Jisung Kim，Changwoo Lee，Jaewook Lee
轮毂电机受限于空间和转子惯量，采用Halbach阵列可提升气隙磁通密度与转矩密度，但其性能高度依赖永磁体与背铁的形状与排布。本文提出了一套将多材料拓扑优化深度嵌入Halbach阵列设计流程的框架，允许在给定设计域内自由探索铁、永磁体与空腔分布，从而跳出传统参数化设计的限制以发现更优构型。优化目标以最大化平均转矩为主，并同时约束转矩脉动、基速与材料体积。
实现细节包括对每个有限元单元分配设计变量（材料密度场与磁化方向场），采用基于罚函数的离散化處理以确保最终磁化方向可制造化，并在两阶段流程（概念拓扑优化→详细设计优化）中加入制造性约束与CAD后处理。关键实现要点为材料离散化罚函数与磁化方向收敛策略，并在样机制造前进行多工况电磁性能验证。
实证部分展示了一台基于该框架设计的Halbach轮毂样机，仿真与实验在反电动势與平均转矩上高度一致，表明框架在提升设计自由度与终端性能方面具备实用价值。性能提升体现在：在等体积与相同电负荷下，优化后设计在转矩密度和效率上均有显著改善，且制造化流程保证了可量产性。该方法为汽车行业提供了自动化概念设计到可制造化的完整路径，尤其适合空间受限但对功率密度要求高的电驱系统。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11030278
📖 第9篇
📌 谐振式波浪能转换器设计原则：功率捕获与流动的基准分析
Design Principles for Resonant Wave Energy Converters: Benchmarking Power Capture and Flow
作者：Alicia Keow，Jantzen Lee，Giorgio Bacelli，Ryan G. Coe
本文从控制协同设计（CCD）视角出发，将谐振式WEC的PTO建模为二端口网络，运用双共轭阻抗匹配原理分析浮标—PTO—控制器三者在能量传递中的阻抗匹配条件，重点讨论了物理约束（如浮标内部空间与压载能力）对PTO性能的影响。研究通过一个飞轮型俯仰谐振器PTO与特定浮标的配对案例，揭示了即便输出端可被调谐匹配，输入端仍可能由于结构限制而无法达到浮标阻抗的复共轭，导致输入功率窄带化。
在方法上，文章提出了一个分析框架以评价PTO在受限浮标下的性能上限，指出要改善输入功率传递應对措施需从PTO本身的机械/动力学设计入手，例如采用摆锤式PTO以耦合多个运动模态提升带宽与能量捕获。此外对控制器可调参数、飞轮转动惯量等进行了灵敏度分析，明确了在给定浮标约束下可调变量的影响排序。
结论指出：单靠控制器调谐无法完全克服PTO输入阻抗与浮标阻抗不匹配带来的限制，需在PTO结构上做功能性改进以拓宽有效带宽。具体工程建议包括在早期概念设计阶段应用所述阻抗匹配分析以筛选PTO拓扑，并在设计时纳入物理约束的可视化评估。该框架为WEC开发者提供了从理论到实践的评估工具，有助于减少试错成本并提升系统整体能量转换效率。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11097361
📖 第10篇
📌 准无轭定子双转子永磁电机设计与分析
Design and Analysis of a Dual-Rotor Permanent-Magnet Motor With Quasi-Yokeless Stator
作者：Jingang Bai，Jialin Gao，Ping Zheng，Wanquan Li，Xiaoyu Liang
本文比较了双转子电机的两种磁路拓扑（串联N-S与并联N-N），并提出了一种兼顾机电性能与制造可行性的准无轭定子N-N型新拓扑。研究在等效磁路层面分析了两者的磁通路径与定子轭饱和问题，指出N-N型通过并联磁路增加主磁通路径，有利于提升空载反电势与转矩密度，进而改善效率与高效区范围。
设计实现方面，作者保留了厚度仅2 mm的薄定子轭以形成“准无轭”结构，从而在保持接近无轭性能的同时保证定子机械完整性与制造便捷性。关键实现要点包含定子薄轭的材料选择、60 kW样机的定子固定方案（采用钛合金拉杆）以及针对7000 r/min安全运行的结构强度校核，优化过程兼顾磁性能与涡流损耗约束。
有限元与样机测试表明，N-N型在相同外廓尺寸与电负荷下，空载反电势基波幅值提高了27.5%，峰值转矩提高了20%，最高效率仿真值达到96.12%。实测60 kW样机在500 r/min下的峰值转矩误差仅为2.11%，最高测得效率为91.40%（受定子固定结构涡流损耗影响低于仿真值）。该工作为实现高转矩密度且具工程可制造性的双转子电机提供了切实可行的设计策略。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11134563
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