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欢迎阅读IEEE Transactions on Energy Conversion 2025年issue3最新研究成果推送（第2期/共8期）。本期共收录10篇研究论文，聚焦于新能源电力系统中的关键技术创新，涵盖双馈感应发电机多目标控制、无轴承永磁游标电机优化设计、构网型光伏系统同步控制、永磁同步电机转矩特性分析与故障检测、多端口永磁电机设计、电动汽车高效电机优化以及无线能量数据同步传输等前沿领域，展现了电力电子与电机驱动技术在提升系统稳定性、可靠性和能效方面的最新进展。
本期目录
📖 第1篇：不平衡电压下双馈感应发电机的多目标控制技术
📖 第2篇：考虑磁特性约束的无轴承永磁游标电机多级设计优化
📖 第3篇：考虑光伏功率动态与电网强度适应性的构网型光伏系统直流母线电压同步控制增强策略
📖 第4篇：磁通密度谐波对整数槽与分数槽永磁同步电机转矩特性的影响研究
📖 第5篇：直流侧动态对构网型逆变器系统交互作用的影响
📖 第6篇：基于声学图像与DeiT分类器的永磁同步电机退磁与偏心故障检测
📖 第7篇：多励磁驱动端口永磁同步电机的设计、分析与性能对比
📖 第8篇：多区域高效永磁电机设计与优化：提升电动汽车能量效率的创新方案
📖 第9篇：基于高频罐型铁氧体磁芯松耦合变压器的新型无线能量与数据同步传输系统设计与分析
📖 第10篇：基于超螺旋观测器的无差拍预测电流控制与抗扰动滑模速度控制器在SPMSM驱动中的应用
📖 第1篇
📌 不平衡电压下双馈感应发电机的多目标控制技术
Multi-Target Control Technique for DFIG Under Unbalanced Voltage
作者：Jitendra Kumar Mahawar，Mohit Sehrawat，Gururaj Mirle Vishwanath，Saikat Chakrabarti
随着可再生能源在电网中的广泛应用，双馈感应发电机（DFIG）因其变流器容量要求低、调速灵活等优势成为风力发电的主流选择。然而，DFIG对公共连接点（PCC）的电压不平衡异常敏感，会导致定子电流不平衡、电磁转矩波动、转子电流谐波畸变等问题，严重影响系统稳定性和设备寿命。本文提出了基于加权最小二乘法的多目标协调控制技术，首次实现对六个关键目标的同步优化，创新点包括多目标同步优化和权重系数灵活调节，极大提升控制精度和工程实用性。
研究团队在实时数字仿真器（RTDS）上对配电级和输电级系统进行了全面验证，并通过硬件在环（HIL）实验证明该技术的实用性。采用闭环解析解形式，相较传统启发式算法，计算效率显著提高，可在微秒级完成指令更新，为风电场实时控制提供技术保障。
在7%电压不平衡度等极端工况下，控制策略能将双频振荡（DGFO）幅度控制在2%-4%电网规范要求范围内，并通过网侧变流器实现正负序无功电流精准跟踪，满足德国电网最新标准VDE-AR-N 4120。这项研究为新能源高比例接入电网提供了重要技术支撑，对提升系统稳定性和设备寿命具有显著价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10876806
📖 第2篇
📌 考虑磁特性约束的无轴承永磁游标电机多级设计优化
Multi-Level Design Optimization Considering Magnet Characteristic Constraint for Bearingless Permanent Magnet Vernier Motor
作者：Xuan Wu，Zhenghao Lei，Kaiyuan Lu，Bo Ma，Ting Wu，Shoudao Huang
无轴承永磁游标电机（BPMVM）结合游标电机高功率密度及无接触悬浮优势，适用于卫星、航空航天等高精度领域。但采用双功能无电压绕组（DPNV）的BPMVM存在磁饱和效应与输出性能权衡，电流密度过高导致磁路过饱和，破坏悬浮力与电流线性关系，增加控制复杂度。本文提出多级设计优化方法，将槽满率作为设计变量，实现磁路工作点精确控制，创新点包括参数化有限元模型与灵敏度分析筛选关键变量。
优化采用改进差分进化算法（IDEA）两级设计：第一级优化定子槽面积参数，第二级优化磁路特性。实验结果显示，优化后电机保持悬浮力精度，同时转矩和悬浮力分别提升约15%。设计使磁路工作点维持在硅钢片B-H曲线膝点附近，避免过饱和，提高系统稳定性。
相比单级优化，提出策略计算时间缩短约40%，综合性能提升。原型机测试验证悬浮力与电流线性良好，转矩波动降至5%以内，1000rpm转速下径向位移波动仅占气隙高度2%，且抗扰动能力良好，为高精度无轴承电机设计提供新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10891502
📖 第3篇
📌 考虑光伏功率动态与电网强度适应性的构网型光伏系统直流母线电压同步控制增强策略
Enhanced DC-Link Voltage Synchronization Control for Grid-Forming Photovoltaic Systems Considering PV Power Dynamics and Grid Strength Adaptability
作者：Lingchao Kong，Chao Wu，Junzhong Xu，Jian Wang，Yong Wang
面对大规模光伏并网导致的低惯量与弱阻尼挑战，构网型控制策略成为关键。传统两阶段光伏系统中，前级负责最大功率点跟踪，后级做直流母线电压同步控制，然而常用恒功率源模型忽视了前级变换器固有阻抗，导致稳定性识别不准确。本文创新地提出了功率源并联阻抗模型，准确捕捉光伏前级动态特性，提升后级稳定性分析精度。
针对传统匹配控制引发的低频振荡问题，设计了增强型直流母线电压同步策略，结合并联比例环路和低通滤波环路，显著提升了系统阻尼能力和电网适应范围，理论分析证明PPI模型能更准确识别系统振荡频率，解决传统模型误判。
小信号稳定性分析和仿真验证了该策略在不同短路比和电阻-电抗比条件下的鲁棒性。在弱电网条件下仍能保持稳定，实验结果显示，控制策略在快速电压跟踪同时有效抑制低频振荡，提升系统对光伏功率波动适应能力，为高比例新能源系统稳定运行提供技术保障。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10680588
📖 第4篇
📌 磁通密度谐波对整数槽与分数槽永磁同步电机转矩特性的影响研究
Effect of Flux Density Harmonics on Torque Characteristics of Integer Slot and Fractional Slot PMSMs
作者：Jinhua Chen，Jiutong Yang，Wei Liu，Guilin Yang，Chi Zhang
永磁同步电机（PMSM）因高效率、高功率密度和调速性能优异，在多领域广泛应用。研究聚焦气隙磁通密度谐波对电机齿槽转矩与转矩脉动的影响，基于麦克斯韦张量法建立转矩与磁通密度计算模型。分析了整数槽（6极36槽）与分数槽（28极24槽）两类PMSM转矩特性，发现平均转矩主要受基波磁通密度影响，其他谐波贡献较小。
研究揭示了特定阶次磁通密度谐波产生幅值相等、相位相反的转矩谐波分量，形成抵消效应。在齿槽转矩方面，由永磁磁动势谐波与磁导谐波交互产生的特定阶次谐波可相互抵消，分数槽对应82阶谐波，整数槽对应39阶谐波，为转矩优化提供重要理论基础。
转矩脉动分析显示，永磁磁场与电枢磁场耦合造成的特定阶次谐波转矩脉动也存在相互抵消机制。实验验证28极24槽PMSM测试结果与有限元分析一致，证明理论准确性。此理论为抑制重要磁通密度谐波、优化转矩性能、提升精密驱动应用价值提供新思路。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10821004
📖 第5篇
📌 直流侧动态对构网型逆变器系统交互作用的影响
Effect of DC-Side Dynamics on Interactions in Grid-Forming Inverter Systems
作者：Theja Thilekha，Shaahin Filizadeh，Udaya Annakkage，Chandana Karawita，Dharshana Muthumuni
现代电力系统因大规模新能源和储能系统接入，系统特性深刻变化。构网型逆变器（GFM）作为维持频率与电压稳定的关键设备，其功率调制受直流侧电路支撑能力显著影响。此前研究多假设理想直流条件，忽略了直流动态对交流侧交互作用的影响。本文采用动态相量建模与特征值分析，研究考虑直流侧动态的构网型逆变器交互作用，比较理想直流源与双向DC-DC变换器配置差异。
分析发现，直流侧动态引入新的振荡模式，与GFM控制器、电网组件及同步机形成复杂耦合。特征值分析识别6种关键振荡模式，其中4至6模式由直流动态主导，参与因子揭示直流控制与多模块间显著耦合。灵敏度分析显示，快速直流响应与较小虚拟惯性时间常数及短积分时间常数易导致不稳定。
电磁暂态仿真验证模型准确性，控制器带宽不匹配导致功率不平衡和直流链路电压恶化。弱电网和高负载工况下，直流侧动态对稳定性影响更突出。该研究首次建立包含完整直流动态的GFM系统小信号模型，揭示直流-交流耦合机制，为新能源系统稳定性分析及控制设计提供理论支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10705085
📖 第6篇
📌 基于声学图像与DeiT分类器的永磁同步电机退磁与偏心故障检测
Detection of PMSM Demagnetization Fault and Eccentricity Fault Based on Acoustic Images and DeiT Classifier
作者：Wan Huang，Bochao Du，Taoyong Li，Yuan Cheng，Shumei Cui
永磁同步电机（PMSM）作为工业核心动力源，其可靠性直接关联设备安全。传统振动检测受限于高成本和侵入性。本文创新提出基于声学信号故障诊断方法，分析运行声波特征，实现对局部退磁故障（LDF）和转子偏心故障（DEF）的非侵入式精准检测。
方法先通过小波包变换降噪，提取梅尔频率倒谱系数（MFCC）捕捉电磁与机械声学变化，再转换为二维图像，采用高效图像Transformer（DeiT）分类器进行识别，显著提升诊断准确率与效率。
采用8极36槽永磁同步电机测试，覆盖50-2000rpm范围，三状态声学数据收集。相比传统时频分析及CNN模型，最高诊断准确率达99.26%，明显领先。优势还包括低成本非接触检测和强抗噪性能，信噪比低至-14.27dB依然鲁棒，开辟电机故障巡检新路径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10923703
📖 第7篇
📌 多励磁驱动端口永磁同步电机的设计、分析与性能对比
Design, Analysis, and Performance Comparison of a Permanent Magnet Synchronous Machine With Multiple Excitation-Drive Ports
作者：Bingdong Wang，Daohan Wang，Xiaoji Wang，Evarist Petro Mwaigaga，Xiuhe Wang
永磁同步电机（PMSM）广泛应用于电动汽车和风力发电，存在磁通调节效率低、退磁风险高、恒功率范围窄限制。本文提出新型多励磁驱动端口PMSM（MEDP-PMSM），创新径向-轴向复合磁路设计，大幅提升磁通调节性能，创新点包括三维并联磁路结构和利用漏磁产生转矩提升效率。
研究构建稳态数学模型、等效磁路与三维有限元分析模型，并提出四种工作模式：常规、高速、恒功率和高转矩模式。高速模式通过轴向绕组d轴电流调节径向磁通，扩展转速；恒功率模式下轴向绕组补偿功率下降，实现宽范围恒功率运转，d轴电感近翻倍，磁通调节显著增强。
10kW样机测试证明，MEDP-PMSM恒功率范围扩展至3000-6000rpm，提升近50%；弱磁条件下保持50%额定转矩，永磁体远离退磁临界点，提升可靠性。尽管需额外轴向逆变器，总容量仍低于传统单逆变器。为高性能电机设计与应用提供新方向。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10925548
📖 第8篇
📌 多区域高效永磁电机设计与优化：提升电动汽车能量效率的创新方案
Design and Optimization of a Multi-Region High-Efficiency Permanent Magnet Motor With Enhanced Energy Efficiency
作者：Xiaoyong Zhu，Min Jiang，Zixuan Xiang，Lei Xu，Yunyun Chen，Li Quan
电动汽车续航受电池容量限制，驱动电机能量效率成为关键。本文提出多区域高效优化方法，创新将运行区域转矩-速度划分为网格，明确高能量点和区域，基于能量等效原则选取代表工作点，降低全工况效率优化复杂度，为新能源电机设计提供有效途径。
通过灵敏度分析筛选关键设计参数，对四个高能量区域进行多目标优化。优化后代表工作点效率显著提升：区域I由79.5%升至81.6%，区域II达91.9%，区域III和IV分别达到89.3%和91.9%，同时区域II转矩脉动抑制至7.30%，提升驾驶舒适性。
实测效率范围良好，区域I达79%-85%，区域II全点超过88%。NEDC循环能量效率从86.75%提升至88.79%，验证方法有效性。此创新方案简化多目标优化难度，为电动汽车驱动提供高能效解决方案，推动新能源汽车技术发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10902505
📖 第9篇
📌 基于高频罐型铁氧体磁芯松耦合变压器的新型无线能量与数据同步传输系统设计与分析
Design and Analysis of a Novel Simultaneous Wireless Power and Data Transfer System With a High-Frequency Tank-Type Ferrite Core Loosely-Coupled Transformer
作者：Yujing Guo，Xiang Xu，Ping Jin，Tianrui Zhou，Gang Lei，Jianguo Zhu
无线能量传输（WPT）技术因其灵活、非接触及安全性广泛应用于电动汽车、生物医疗等领域。为实现输出电压反馈、负载监测及同步控制，需在原副边间建立可靠数据通信，但传统蓝牙、Wi-Fi等存在配对复杂和高成本问题。本文创新设计高频罐型铁氧体磁芯松耦合变压器（LCT）四绕组系统，实现功率与数据同步传输，采用多通道独立绕组并行操作，提升传输能力。
提出了完整面积乘积（AP）分析方法，考虑边缘及趋肤效应，优化变压器配置。功率通道使用全桥逆变器和LC补偿，数据通道采用简单的开关键控（OOK）调制。建立包含交叉电感和交流电阻的高频电路模型，精确计算电感与电压增益，系统性能显著提升。
实验结果显示，在功率通道21kHz及数据通道360kHz频率下性能最佳。双通道同步传输时，功率传输不受数据影响，数据通道电压增益虽衰减30-40%，仍维持可靠通信。该研究为高功率WPT与数据同步系统发展提供理论基础，具备广阔工业应用前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10916726
📖 第10篇
📌 基于超螺旋观测器的无差拍预测电流控制与抗扰动滑模速度控制器在SPMSM驱动中的应用
Deadbeat Predictive Current Control Using Super-Twisting Observer for SPMSM Drives With Anti-Disturbance Sliding Mode Speed Controller
作者：Changliang Dang，Manfeng Dou，Shuhao Yan，Mengxi Dang，Zhiguang Hua，Dongdong Zhao
表面贴装永磁同步电机（SPMSM）以高转矩惯量比和效率见长，但传统控制对参数失配和负载扰动敏感。本文提出创新复合控制策略，结合抗扰动终端滑模控制器（ATSMC）与基于超螺旋观测器（STO）的无差拍预测电流控制（DPCC），显著提升动态性能和鲁棒性。
速度环控制使用包含新型趋近律（NRL）的终端滑模控制器（TSMC）与积分型终端观测器（ITSMO），实现快速收敛并抑制高频抖振。电流环设计离散时间超螺旋观测器，可准确估计参数扰动并补偿，解决电感失配对性能影响，增强控制稳定性。
实验在1.7kW平台上进行，速度阶跃响应调节时间缩短约50%，负载突变速度跌落值减少超50%。参数失配±50%测试显示系统稳定优异，电流环THD指标优于传统方法。此控制策略具备快速响应、高精度及强鲁棒性，为高性能SPMSM驱动提供坚实技术支撑。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10896842
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