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欢迎阅读IEEE Transactions on Energy Conversion期刊2025年issue3最新研究成果推送（第3期/共8期）。本期共收录10篇论文，聚焦于电机设计与优化、构网型变流器控制、储能系统协调运行以及新能源装备测试等前沿领域，涵盖了高速永磁电机工艺参数影响分析、光伏系统同步稳定性增强、并联储能系统智能控制、构网型逆变器黑启动特性、YASA电机高效优化方法、伺服系统预设时间控制、多变流器电压支撑策略、功率变换系统预测控制、轮毂电机测试平台开发以及燃料电池多目标功率管理等关键技术方向，为电力电子与电机驱动领域的发展提供了重要的理论创新与工程实践参考。
上述研究聚焦磁性能优化、同步稳定性分析、智能协调控制、模型预测控制与物理仿真平台开发等技术方法，促进了先进电机驱动与电力电子系统的性能提升与可靠性保障，具有广泛的实际应用价值和推广前景。
本期目录
📖 第1篇：压延工艺参数对高速永磁电机复合转子磁性能影响分析
📖 第2篇：基于转矩分量量化的构网型光伏系统同步稳定性分析与增强
📖 第3篇：并联储能系统全模式平滑运行的智能协调控制方案
📖 第4篇：构网型逆变器在黑启动变压器励磁过程中的特性分析
📖 第5篇：基于解析与代理模型视角的YASA电机精准高效两级优化方法
📖 第6篇：电机驱动伺服系统的自适应滤波预设时间位置控制
📖 第7篇：分布式网络中多台构网型变流器的自适应动态电压支撑方案
📖 第8篇：并网电池储能系统中功率变换系统的主动显式模型预测电流控制
📖 第9篇：轮毂电机颠簸运动物理仿真平台设计与实验验证
📖 第10篇：考虑电堆性能一致性的多堆燃料电池系统多目标功率管理策略
📖 第1篇
📌 压延工艺参数对高速永磁电机复合转子磁性能影响分析
Analysis on the Influence of Calendering Process Parameters on Magnetic Properties of Composite Rotor of HSPMM
作者：Yue Zhang，Jinyu Yao，Huijun Wang，Xiaowei Ju，Hao Wang
本文提出了一种采用复合转子的高速永磁电机（CR-HSPMM），核心部件多层复合薄膜磁性材料（MCFMM）具有低电导率和高抗拉强度的特性。研究表明，压延工艺参数将直接影响MCFMM的磁性能和导电性能。针对高速永磁电机运行中面临的两大挑战——离心力导致的应力集中和转子涡流损耗过高，团队开发了基于Rabinowitsch流体的压延工艺数学模型，通过黄培云双对数方程建立了压延工艺压力与MCFMM磁性能之间的映射关系，并计算了不同压延参数下材料的电导率。
研究发现，压延间隙对MCFMM性能至关重要。当间隙为0.47毫米时，磁性能提升了7.50%，剩余磁感应强度达到0.42T。材料密度和电导率呈指数增长，而复合转子总涡流损耗仅增加0.9%，在保证磁性能的同时有效控制损耗。
实验验证表明，采用优化后压延工艺的CR-HSPMM，空载反电动势和电磁转矩分别提升7.51%和7.49%。空载反电动势计算误差为0.21%，转矩脉动实验值为2.11%，数值计算为3.15%，二者高度一致。研究首次系统分析了压延工艺参数对高速永磁电机性能的影响机制，建立了完整的工艺-性能关联模型，对高速电机制造工艺优化具有重要指导意义。
🔗 https://doi.org/10.1109/TEC.2024.3514835
📖 第2篇
📌 基于转矩分量量化的构网型光伏系统同步稳定性分析与增强
Analysis and Enhancement of Synchronization Stability in Grid-forming PV Systems Using Torque Component Quantification
作者：Qiong Chen，Yajie Tang，Diyang Gong，Lei Lin，Qianqian Zeng，Xiaojie Shi
随着分布式光伏快速部署，电力系统稳定性问题日益突出。构网型控制（GFM）作为主动调节电压和频率的方案应运而生，其中直流链路电压同步控制（DVSC）因其能力稳定光伏系统直流链路电压备受关注。但采用DVSC的光伏系统（PV-DVSC）可能引发低频振荡（LFO），威胁系统稳定。
本文基于转矩分析模型从转矩矢量视角阐述不同控制回路对LFO影响，发现电压环和直流链路电压跟踪环是导致系统不稳定的主要环节。PV-DVSC的直流链路电容对应惯性，电压对应转子转速，而特有的控制结构引入负阻尼转矩，降低同步转矩，从而引发失稳。
团队采用阻尼转矩和同步转矩定量方法评估关键参数影响，结果显示强电网（高短路比SCR）下更易出现LFO且失稳由振荡发散转为失步。通过参数灵敏度分析，确定了电压环带宽和直流链路电压跟踪系数的稳定区域边界。基于转矩分量量化，提出了转矩导向相位补偿器（TOPC）设计方法，实现精确补偿转矩的幅值和相位，有效保证系统获得正转矩且提升工程适用性。
通过控制硬件在环实验（CHIL）验证，分析方法准确预测稳定边界，TOPC在不同SCR（5-10）条件下有效抑制LFO，振荡抑制时间符合IEEE Std1547-2018 5秒内稳定要求。该研究为高比例新能源接入电网稳定运行提供理论基础与实践策略。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10923706
📖 第3篇
📌 并联储能系统全模式平滑运行的智能协调控制方案
An Intelligent Coordinated Control Scheme for Full-Mode Smooth Operation of Parallel Energy Storage System
作者：Hongyang Qing，Chunjiang Zhang，Jingyuan Xu，Hao He，Xiaoqiang Guo
针对高比例可再生能源并网引发的挑战，提出了面向并联储能系统全模式平滑运行的智能协调控制方案。方案包括功率智能控制环路与电压电流协调控制环路，能够根据电网状态自动切换储能系统工作模式，实现跟网型（GFL）控制与构网型（GFM）控制的无缝转换，确保系统具备即插即用特性。
协调控制环路在模式切换时自动调整控制器增益，特别对非计划性孤岛情况，通过智能限幅器自适应限幅值，快速响应最优电压参考，有效降低孤岛引起的电压和功率冲击，实现平滑离网。
机理分析与参数设计验证方案有效性。实验表明控制方案在并网与孤岛及其切换过程中保持电压、功率稳定，储能变流器具备高度自适应能力。首次提出结合智能限幅器和协调PI控制器的全模式自适应控制架构，以及基于功率差变化生成智能调整因子实现控制模式转换，显著提升了控制的可靠性与响应性能。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10891173
📖 第4篇
📌 构网型逆变器在黑启动变压器励磁过程中的特性分析
An Analysis of Grid-Forming Inverters in Blackstart Applications During Transformer Energization Sequence
作者：Huzaifa Karimjee，Satish Ranade，Deepak Ramasubramanian，Olga Lavrova
随着基于逆变器资源（IBRs）渗透率提升，传统电网运行需重新评估。黑启动作为关键，如构网型逆变器（GFMIs）模拟同步发电机特性备受关注。针对黑启动过程中GFMIs的变压器励磁序列表现，研究聚焦于IBRs的过电流限制等对非线性网络设备励磁的影响。
通过电磁暂态仿真，首次揭示逆变器中压（MV）变压器模型细节下出现的交感涌流（sympathetic inrush）现象，其持续时间长、幅值高且波形畸变显著，给电流容量有限的IBRs带来严峻挑战。交感涌流持续数秒，电流峰值超过2kA，引发谐波谐振和持续过电压。
论文创新提出基于电厂控制器（PPC）的软励磁（SE）方案，通过在PPC中集成闭环SE控制器，避免修改逆变器层级控制参数，考虑150毫秒通信延迟。仿真显示SE方法在包含MV变压器模型时仍存在交感相互作用，但涌流幅值约0.7kA，远低于硬开关（HS）约4.0kA。
研究比较不同SE斜坡时间（1秒与10秒），发现较短斜坡时间导致更快磁通建立，涌流增大。强调黑启动评估需准确建模每个网络资产以量化非线性暂态影响。相较HS方案，SE方案显著降低风险、提高成功率，并可通过降低涌流需求降低逆变器容量成本。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10989786
📖 第5篇
📌 基于解析与代理模型视角的YASA电机精准高效两级优化方法
An Accurate and Efficient Two-Level Optimization for YASA Machine From the Perspective of Analytical and Surrogate Models
作者：Feng Yi，Chi Zhang，Shuheng Qiu，Wei Liu，Jinhua Chen，Silu Chen，Guilin Yang
针对紧凑尺寸内高转矩密度电机设计的重大挑战，本文基于解析与代理模型视角提出了高效两级优化策略，显著提升了YASA电机的优化效率和建模精度。YASA电机为轴向磁通永磁电机，具备优越转矩密度和紧凑结构，其独特分段定子结构降低重量和铁损，但三维磁路复杂性增加了建模难度。
团队基于双边气隙与无轭定子结构子域方法开发解析模型，通过皮尔逊相关系数敏感性分析将优化分为低敏感度代理模型和高敏感度反向传播神经网络模型，实现多目标高精度预测。
相较传统单级优化，该策略仅用125组数据样本显著减少计算量，有限元分析验证优化后的电机在平均转矩、效率、成本三方面分别提升20.2%、1.2%、3.6%。样机实验进一步验证了优化成果的有效性。
该研究创新点在于将复杂多目标优化问题分解为两级，融合解析模型物理洞察和代理模型计算效率，为高维设计空间提供有效解决方案，适用于外骨骼机器人驱动关节及电动汽车、高性能电机设计，具备重要工程价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10810270
📖 第6篇
📌 电机驱动伺服系统的自适应滤波预设时间位置控制
Adaptive Filtered Prescribed-Time Position Control of Motor Driving Servo Systems
作者：Yaqian Li，Qiang Chen，Huihui Shi，Yihuang Hong，Xiongxiong He
本文聚焦于电机驱动伺服系统高精度暂态性能控制，提出了一种自适应滤波预设时间位置控制方案。该方法通过构建平滑递减的连续函数设计期望误差轨迹，将预设时间位置跟踪转化为误差跟踪，保障误差在预设时间内精确收敛，且避免切换机制引发的振荡。
设计的新型自适应滤波器避免了虚拟控制变量微分计算，保证滤波误差在预设有限时间内收敛至小范围内，简化控制器实现，提升系统稳定性与可靠性。
理论分析证明该方案实现预设时间稳定，收敛区域可调控。永磁同步电机伺服平台实验验证其对不同轨迹、初始条件及预设时间均表现出优异的跟踪精度和暂态性能，优于现有有限时间和固定时间控制方法，展现对快速轨迹及负载变化的强鲁棒性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10798461
📖 第7篇
📌 分布式网络中多台构网型变流器的自适应动态电压支撑方案
Adaptive Dynamic Voltage Support Scheme for Multiple Grid-Forming Converters in Distributed Networks
作者：Rui Qiu，Chengxi Liu
本文针对电网故障时电压稳定性问题，提出了一种适应配电网特性的无通信自适应动态电压支撑方案，实现多台构网型变流器的分布式协调控制，有效提升故障期间电压幅值。
方案包括最优动态电压支撑方法和在线外部系统参数估计，数学推导得到实现最高效支撑的变流器输出电流特性，实时获取外部系统参数，无需通信完成自适应调节。
改进的构网型控制策略在IEEE-33总线系统硬件在环实验验证了优越性能。结果显示，方案在不同R/X比条件下均优于传统方案，特别适用于高阻性配电网，能防止分布式电源脱网、减少停电风险，提升了配电网供电可靠性。
该研究创新实现了涵盖多变流器交互的无通信分布式电压支撑，解决了传统动态电压支撑方案在低压配电网的适应性不足，促进高比例新能源安全稳定接入。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10787052
📖 第8篇
📌 并网电池储能系统中功率变换系统的主动显式模型预测电流控制
Active Explicit Model Predictive Current Control of Power Conversion System in Grid-Connected BESS
作者：Mingming Zhang，Chang Liu，Mian Li
为解决电池储能系统功率变换中的双向能量流控制挑战，本文提出了一种主动显式模型预测电流控制器（APCC），提升控制效率与鲁棒性。传统比例积分等控制方法难以应对电网波动与参数不确定。
团队构建了功率变换系统的缩放旋转矩阵形式离散时间模型，并通过多参数二次规划将电流参考跟踪划分为多个临界区域。每个区域的最优控制律为分段仿射函数，预先计算实现高效实时控制。
结合扰动观测器与显式预测控制器，有效抑制集总扰动，理论分析验证APCC具有无偏移跟踪能力，克服参数不确定性及电网变化。20kVA实验平台上实测显示优秀的瞬态响应速度与稳态跟踪精度。
相较传统PI控制，APCC响应更快，适应电网强度波动和系统参数变化，控制器高效实现，占用执行时间仅32.8微秒，具备良好工程适用性，为高比例可再生能源电网环境下储能系统控制提供了有力技术支撑。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10923744
📖 第9篇
📌 轮毂电机颠簸运动物理仿真平台设计与实验验证
A Physical Simulation Platform of Bump Motion for Test of In-Wheel Motors
作者：Xinyang Li，Zhidong Shen，Shize Liang，Jinxin Wang，Xiaohua Jiang，Yuguang Sun
针对轮毂电机在电动汽车分布式驱动中受颠簸运动影响，本文提出基于凸轮-滚轮机构的物理仿真平台，高精度模拟车辆标准正弦波跑道上的颠簸运动，最大振幅达4.5cm，频率达1.59Hz（对应时速40km/h），满足5kW电机测试需求。
通过建立凸轮负载转矩数学模型，实现带转矩前馈补偿的速度控制算法，自动校正系统参数误差，避免人工频繁校准。仿真显示转速波动控制在2.04%以内，显著提升平台稳定性。
实验在满载415kg条件下完成，最大转速达95.4r/min，垂直位移、速度及加速度曲线高度吻合目标值。相较传统电液伺服平台，成本降低逾90%，占地面积减少60%，适合实验室环境轮毂电机性能评估。
该平台为轮毂电机机械动力学和热管理研究提供重要工具，支持未来测试标准制定及不同振幅频率的适应性测试，推动电动汽车底盘系统优化设计。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10795760
📖 第10篇
📌 考虑电堆性能一致性的多堆燃料电池系统多目标功率管理策略
A Multi-Objective Power Management Strategy for Multi-Stack Fuel Cell Systems Considering Consistency in Stack Performance
作者：Kun Chen，Ying Han，Yuan Liu，Yunsong Wu，Weirong Chen
氢电多单元列车（HEMU）大容量高速轨交动力需求日益迫切，多堆燃料电池系统（MFCS）具备兆瓦级牵引能力，但燃料电池电堆性能不一致严重影响系统经济性与耐久性。本文提出了考虑电堆性能一致性的自适应多目标功率管理策略，首次结合稳态与动态电化学活性面积（ECSA）模型与改进粒子滤波（PF）算法，实时跟踪输出特性及氢耗。
构建融合性能一致性与实时氢耗量的多目标最优控制模型，平衡运行经济性和电堆老化一致性，显著提升系统寿命并抑制功率波动带来的催化剂降解。
技术突破包括：ECSA模型含稳态和动态分量，降低模型误差21%-57%；改进PF算法提高电压-电流极化曲线估计精度32%；采用变阶自适应Legendre-Gauss-Radau方法求解多目标优化。仿真结果显示，该策略使系统寿命提升43.8%，氢耗量仅增加0.4%，实现各电堆老化同步，避免传统“木桶效应”。
本研究为高功率燃料电池系统的长期稳定运行提供创新理论和工程方案，特别适用于兼顾经济性与耐久性的轨道交通应用，助力氢能交通商业化推广。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10933546
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