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欢迎阅读IEEE Transactions on Power Electronics期刊2025年issue11文章推送（第5期/共12期）。本期推送共包含10篇研究论文，内容聚焦于电力电子变换器建模与优化控制、永磁同步电机故障诊断与振动抑制、高频谐振变换器设计以及新能源并网稳定性分析等前沿领域，涵盖了从器件级优化到系统级控制的多层次技术创新。
本期目录
📖 第1篇：基于线圈子单元的永磁同步电机健康与多重故障综合数学模型
📖 第2篇：宽输入电压范围LCC-LCC补偿IPT系统的统一双时间尺度建模与混合ZVS调制
📖 第3篇：并联虚拟同步发电机系统有功功率振荡的建模、分析与抑制
📖 第4篇：适应宽电压范围的三电平双有源桥混合电流应力优化策略
📖 第5篇：双三相永磁同步电机驱动的振动抑制：恒定载波周期与无额外开关损耗
📖 第6篇：基于神经网络的不确定性感知稳定性分析：应对IBR主导电力系统的安全挑战
📖 第7篇：图腾柱双输出无桥整流器：面向高性能低功率开关磁阻电机驱动
📖 第8篇：基于数字控制的MHz谐振变换器同步桥式整流器
📖 第9篇：抑制带主动钳位串联功率器件的双有源桥变换器高频振荡
📖 第10篇：非谐振双有源桥变换器中变压器稳态直流电流的研究、量化与校正
📖 第1篇
📌 基于线圈子单元的永磁同步电机健康与多重故障综合数学模型
A Comprehensive Mathematical Model for Health and Multiple Faults of Permanent Magnet Synchronous Motor Based on Coil Subunit
作者：Caixia Gao，Weifeng Liu，Xiaochen Sang，Xiaozhuo Xu，Jikai Si，Mohammed Alkahtani
永磁同步电机(PMSM)因其结构紧凑、效率高和功率密度大等优点，在机器人、电动汽车和航空航天等领域得到广泛应用。然而，由于热应力、电应力和机械应力的影响，PMSM可能发生匝间短路故障(ISF)、退磁故障(DMF)及其复合故障(CF)。这些故障不仅会降低电机性能，还可能损坏电机系统，甚至造成经济损失。针对现有模型未全面考虑多种因素导致建模精度低、通用性差等问题，本文提出了基于线圈子单元的综合数学模型(CMM)，通过划分线圈为三个子单元，有效消除了短路位置对建模精度的影响，提升通用性。此外，基于有限元法(FEM)和表面多项式函数拟合，建立了线匝电感矩阵和空载反电动势矩阵，全面考虑漏磁通影响。
实现方面，提出了线圈子单元建模框架和MATLAB/Simulink图形界面构建两个新概念，实现了健康状态及多种故障类型（ISF、DMF、CF）的便捷建模。通过拓扑解耦设计，模型适用于任何PMSM拓扑结构，实现快速扩展。该模型计算效率显著提升，比FEM减少计算时间超过64倍，显著降低仿真负担。
实验设计包含FEM仿真与实体样机验证，实验结果表明，CMM能够精确分析健康及故障PMSM电磁特性，并高效生成大量健康与故障样本，奠定了故障诊断及容错控制的基础，具有极高的工程应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11048697
📖 第2篇
📌 宽输入电压范围LCC-LCC补偿IPT系统的统一双时间尺度建模与混合ZVS调制
Unified Two-Time-Scale Modeling and Hybrid ZVS Modulation of LCC–LCC Compensated IPT System With Wide Input Voltage Range
作者：Kai He，Fei Gao，Xin Liu，Ying Jiang，Xijun Yang，Daniel J. Rogers
针对分布式能源(DERs)与感应电能传输(IPT)系统连接的DC-DC转换器因不同频率工作导致传统模型难以准确描述动态特性的问题，提出了一种包含快慢双时间尺度状态变量的统一双时间尺度模型(TTSM)。通过时间尺度变换、全模式重构及离散时间映射，模型在统一时间尺度下实现高精度仿真，有效解决多时间尺度变量协同分析难题。
基于TTSM，系统分析了级联系统全模式运行特性及零电压开关(ZVS)条件。同时针对传统调制策略的ZVS失效问题，提出基于新时间尺度的混合ZVS调制方案，通过优化电感电流均方根值显著提升系统效率，并利用两个级联系统固有的相位偏移实现同步ZVS，无需额外通信机制。
实验验证表明，FSBB-IPT原型系统在250-350V宽输入电压范围内均实现了高效ZVS操作，峰值效率达93.85%。相比单时间尺度模型，TTSM精度提升超过5%，尤其在非完全解耦工况下优势显著，为新能源并网及电动汽车无线充电提供了理论与实践支持。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10834558
📖 第3篇
📌 并联虚拟同步发电机系统有功功率振荡的建模、分析与抑制
Modeling, Analysis, and Mitigation of Active Power Oscillation in Parallel VSGs System
作者：Jiadong Sun，Xiangyang Xing，Chenghui Zhang
随着分布式电源渗透率提高，电力系统惯性下降威胁安全稳定。虚拟同步发电机(VSG)通过模拟传统同步机特性提升频率稳定性，但并联VSG系统在负载突变时易出现有功功率振荡，导致设备过载及频率恶化。传统小信号模型限于平衡点依赖及参数需求，难以精准分析该问题。
本文创新性构建了端口受控哈密顿(PCH)模型，绕开平衡点变化带来的影响，揭示并联VSG间耦合导致动能与势能的能量流动是振荡根本原因。基于此，提出基于L2扰动衰减的非线性控制策略，将耦合视作扰动，无需通信和线路阻抗信息，显著简化系统设计。
仿真与实验验证证实，该策略能有效抑制有功功率振荡，增强频率稳定性，并具备优异的鲁棒性。研究成果为高比例新能源接入环境下的电力系统稳定运行提供了核心技术支持，适用于微电网与多VSG并联应用场景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11098720
📖 第4篇
📌 适应宽电压范围的三电平双有源桥混合电流应力优化策略
Hybrid Current Stress Optimization Strategy for Three-Level Dual Active Bridge Adapted to Wide Voltage Ranges
作者：Minxin Lin，Chuanxin Feng，Yin Chen，Haibin Li，Tao Jin
随着可再生能源和直流微电网的快速发展，双有源桥(DAB)转换器因高效率、高功率密度和双向功率流优势被广泛采用。针对传统两电平DAB存在的电压应力高及软开关受限问题，提出了直接等效建模(DEM)方法，将多电平DAB功率模型等效为多个单相移(SPS)调制的组合，显著降低建模复杂度。
基于DEM模型，设计了适应宽电压范围的混合电流应力优化(CSO)策略：低电压比区域利用KKT条件求解三自由度优化表；高电压比区域引入新型阻断电容(BC)调制，结合低电压比优化表降低轻载电流应力。
实验显示该混合策略在全功率范围和宽电压区间内均比传统CSO实现更低的电流应力和更高的效率，有效提升了DAB转换器的性能与可靠性，适合高电压等级直流微电网和光伏储能系统应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11029617
📖 第5篇
📌 双三相永磁同步电机驱动的振动抑制：恒定载波周期与无额外开关损耗
Vibration Reduction for Dual Three-Phase PMSM Drives With Constant Carrier Period and No Extra Switching Loss
作者：Chen Wang，Wenxiang Zhao，Tao Tao，Xiaoyan Diao，Xinxing Zhang
脉冲宽度调制(PWM)技术引发的振动问题严重影响永磁同步电机(PMSM)驱动系统稳定性，尤其航空等高可靠性领域。双三相PMSM多相结构导致更复杂振动，传统随机载波频率方法虽能分散谐波，但易引入采样误差，恶化电流和转矩性能。本文提出一种创新的基于倍频PWM和半频PWM的振动抑制策略，在恒定载波周期下实现谐波分散，显著降低振动峰值。
策略通过构建三种PWM调制模式，并基于均匀分布随机数生成机制，在控制周期随机选择，拓宽载波谐波频带，达到分散波峰效果。保持平均开关频率与传统PWM一致，无需额外开关损耗，保证电流和转矩性能。
实验结果表明，在2kHz载波下，振动加速度从1.5m/s²降低至0.6m/s²，电压谐波峰值下降约6dB。同时电流谐波失真率(THD)从34.9%降至18.7%，转矩脉动从97.7Nm降至32.4Nm，显著提升振动抑制效果，适合航空电推进等高敏感应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11061806
📖 第6篇
📌 基于神经网络的不确定性感知稳定性分析：应对IBR主导电力系统的安全挑战
Uncertainty-Aware Stability Analysis of IBR-Dominated Power System With Neural Networks
作者：Galadrielle Humblot-Renaux，Yang Wu，Sergio Escalera，Thomas B. Moeslund，Xiongfei Wang，Heng Wu
随着可再生能源迅猛发展，基于逆变器资源(IBR)日益成为电力系统核心组成。IBR与电网动态交互可能引发系统振荡及停电，传统基于物理模型的稳定性分析准确但耗时巨大。本文创新采用神经网络集成与双阈值框架，不但提升稳定性预测准确性，更能估计预测不确定性，解决单一网络面临的安全风险。
多重网络集成在预测结果分歧时标记高不确定性，通过双阈值机制识别不确定场景并交由物理分析，极大提高安全保障，尤其关注最小化将不稳定误判为稳定的假阳性错误。
仿真与实验验证显示，在单IBR及并联IBR系统内，该方法可实现108倍稳定性分析速度提升，且通过对约20%不确定样本进行物理验证，达成效率与安全性的最佳平衡，为大规模可再生能源并网稳定性分析提供革新方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10962549
📖 第7篇
📌 图腾柱双输出无桥整流器：面向高性能低功率开关磁阻电机驱动
Totem Pole Dual Output Bridgeless Rectifier for High-Performance Low Power SRM Drive
作者：Vipin Kumar Singh，Bhim Singh，Jitendra Gupta
为提升低功率开关磁阻电机(SRM)系统电能质量，提出了图腾柱无桥双输出(TPBLDO)功率因数校正转换器。采用非隔离型AC-DC转换和断续导通模式(DCM)，满足IEC 61000-3-2标准，且减少电感尺寸，适合低成本低功率场景。设计基于零电流开关(ZCS)原理，实现高频二极管零电流关断和开关零电流开启，降低开关损耗。
通过MATLAB仿真和400W SRM驱动硬件实验平台验证，该方案在宽速度范围内实现总谐波失真(THD)低于3.3%，功率因数接近1 (0.9996)，效率达94.52%，适用家电和工业设备。
创新点包括双输出平衡电压设计匹配中点转换器驱动，输入电感天然抑制谐波，输出电感保证无纹波电流降低转矩脉动，以及图腾柱结构降低导通和开关损耗，具备宽电压适应能力，为低功率SRM驱动提供了高效经济的解决途径。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11080358
📖 第8篇
📌 基于数字控制的MHz谐振变换器同步桥式整流器
Synchronous Bridge Rectifier for MHz Resonant Converter Based on Digital Control
作者：Xinlin Wang，Siyi Yao，Xufeng Kou，Haoyu Wang，Minfan Fu
针对MHz高频谐振变换器软开关特性设计，提出数字控制的MHz同步整流器(SR)技术。深入分析非理想SR中的驱动损耗、导通损耗、开关损耗及体二极管损耗。采用漏源电压同步时，考虑检测器、驱动器及晶体管寄生参数带来的信号延迟和失配问题，提出快速同步相位控制与慢速自适应死区时间控制相结合的新策略，实现驱动信号动态调节。
在60W、6.78MHz无线充电整流器系统中实现与测试，最大效率达97.7%，较传统无源整流器提升至少5%。该技术首次系统化分析多种损耗机制，并提供高效、易实现的数字控制方案，适用于多负载条件的高频功率转换。
创新点涵盖多损耗机理分析、针对信号延迟失配的双重控制策略及仅用通用控制器和标准模拟电路实现高效同步整流，推动无线充电设备高效发展。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11037550
📖 第9篇
📌 抑制带主动钳位串联功率器件的双有源桥变换器高频振荡
Suppressing High-Frequency Oscillations in Dual Active Bridge Converters With Active-Clamped Series-Connected Power Devices
作者：Wentao Cui，Shuai Shao，Yujian Zong，Wu Chen，Junming Zhang
双有源桥(DAB)变换器在中低压直流电网中关键，但高频振荡(HFO)严重限制性能。提出通过优化主动钳位模块(ACM)辅助开关时序，有效抑制HFO及由其引发的变压器电压过冲。
分析显示，辅助开关关断产生阶跃电压激励引发振荡。提出峰值-谷值抵消法和数值枚举法优化时序，通过精确控制多个单元激励的延迟，实现振荡相互抵消主动抑制。
基于1kV/4.6kW DAB原型(含6个串联SiC MOSFET)的实验验证显示，峰值电压振幅降低约97%，不同工况均保证电压平衡与高效运行，最高效率达98.5%，无需额外功率损耗或更改dv/dt，集成电压平衡与HFO抑制功能，解决中高压变换器关键难题。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11039743
📖 第10篇
📌 非谐振双有源桥变换器中变压器稳态直流电流的研究、量化与校正
Study, Quantification, and Correction of Steady State DC Current in the Transformer of Nonresonant Dual Active Bridge Converters
作者：Manel Vilella，Jordi Zaragoza，Néstor Berbel，Gabriel Capella，Manel Lamich
双有源桥(DAB)通过采用氮化镓(GaN)半导体和高频功率变压器提升效率，但器件内阻变化与时间失配导致变压器中产生有害稳态直流电流，引发铁芯饱和、效率下降及稳定性风险。本文提出了稳态直流电流的数学量化模型，经LTspice仿真及基于GaN e-HEMT原型验证公式准确性。
识别了电流产生的三大机制：半导体内阻差异引起电压降不平衡，开关时序失配产生有效时间扰动，以及变压器设计参数的敏感性。特别指出GaN器件随温度变化的内阻显著放大该效应。
创新采用闭环电压补偿控制策略，通过测量变压器漏感电流提取直流分量，经PI控制器动态调整相移调制占空比，成功消除电压不对称性。实验表明，控制策略在多工况下可完全消除直流分量，并实现最高1.16%效率提升，显著增强系统稳定性和可靠性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=11068154
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