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欢迎阅读IEEE Transactions on Energy Conversion期刊2025年issue3最新研究文章推送（第5期/共8期）。本期推送精选10篇高质量论文，聚焦于电机故障诊断与状态监测、新能源发电系统控制、永磁电机设计与优化、微电网能量管理以及电力电子变换器安全检测等前沿领域，涵盖了从新型电机拓扑结构、智能控制策略到系统级可靠性提升等多个关键技术方向，为工业电子与能源系统的发展提供了重要的理论支撑和创新解决方案。该系列研究有助于提升工业设备的可靠性、能源转换效率及系统的智能化水平，推动绿色能源与智能制造的深度融合。
本期目录
📖 第1篇：基于稀疏包络谱分析的多通道数据驱动转子断条故障诊断
📖 第2篇：VSG控制双馈风机电压控制对机电动力学影响的建模与跨时间尺度机理分析
📖 第3篇：基于超局部模型在线电流梯度更新的永磁同步电机无模型预测电流控制
📖 第4篇：径向磁悬浮轴承制造公差敏感性的数学研究
📖 第5篇：基于非线性分析模型的永磁同步电机过载与高温条件下不可逆退磁预测
📖 第6篇：基于分层主动控制的工业微电网构网型能量路由器
📖 第7篇：基于纳什均衡的直流微电网博弈型二次控制策略
📖 第8篇：旋转叠片、螺栓与粘接区域对电机粘接定子铁芯模态参数的影响研究
📖 第9篇：面向节能车辆应用的非对称三角阵列交替极记忆电机设计与分析
📖 第10篇：基于LCL型Boost变换器频谱分析的光伏系统直流串联电弧故障检测能力研究
📖 第1篇
📌 基于稀疏包络谱分析的多通道数据驱动转子断条故障诊断
Multi-Channel Data-Driven Broken Rotor Bar Fault Diagnosis Using Sparse Envelope Spectral Analysis
作者：Ming Ma，Jisheng Dai，Xue-Qin Jiang，Weichao Xu
感应电机作为工业领域的关键设备，其可靠运行至关重要。针对传统电机电流频谱分析在采样时间和分辨率上的不足，本文提出了基于多通道数据的稀疏包络谱分析故障诊断方法。该方法通过希尔伯特变换提取电流包络，消除电源分量掩蔽，结合贝叶斯联合后验概率最大化恢复稀疏包络谱，并引入实值变换技术，显著降低计算复杂度，实现高效故障检测。
具体实现包括对多通道电流信号的包络采集，利用贝叶斯框架捕获故障边频带的算术稀疏结构特性，并借助实值运算将计算量降低至四分之一，提升算法的实用性与实时性。
仿真及实验表明，即便在短至0.75秒的高噪声短时数据条件下，所提方法依然能够准确识别早期单根断条边频分量，且在25%低负载情形下，显著优于HT-FFT和ESPRIT等传统手段。研究结果积极推动了无须精准同步多相电流的工程应用，且提供了开源MATLAB代码，方便推广和工业现场在线监测应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10845176
📖 第2篇
📌 VSG控制双馈风机电压控制对机电动力学影响的建模与跨时间尺度机理分析
Modeling and Cross-Timescale Mechanism Analysis of Voltage Control Impact on Electromechanical Dynamics of VSG-Controlled DFIG-Based WT
作者：Shiyu Cai，Yingbiao Li，Wei Wang，Meng Zhan
本文聚焦于双馈感应发电机（DFIG）风力发电机中虚拟同步发电机（VSG）控制的动态建模，重点解析电压控制在多时间尺度下对机电动力学的影响。通过建立激励-响应动态模型，系统揭示了不同时间尺度间的相互作用及其对系统稳定性的深远作用。
研究详细分析了终端电压控制（TVC）带宽变化对系统阻尼的双向调控效果，即短输电线路降低带宽有利提升阻尼，长线路则需提高带宽以优化性能。这一跨时间尺度相互作用机制为实际参数调优提供理论依据。
通过时域仿真有效验证模型的准确性，研究成果不仅深化了对VSG控制DFIG系统动态响应的理解，还为高渗透率可再生能源风电电网提供了稳定运行的技术支撑，填补了跨时间尺度动态行为的系统性研究空白。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10721614
📖 第3篇
📌 基于超局部模型在线电流梯度更新的永磁同步电机无模型预测电流控制
Model-Free Predictive Current Control of PMSM With Online Current Gradient Updating Using Ultra-Local Model
作者：Hongfeng Li，Dehua Lan，Jianyu Shao，Muhammad Tahir
针对传统模型预测电流控制（MPCC）依赖精确机理模型，本文提出了一种基于超局部模型的无模型预测控制方法，通过在线更新电流梯度，实现参数失配情况下的鲁棒控制。核心创新包括实时电流梯度更新机制，电压增益系数更新方程，以及结合卡尔曼滤波器的全参数鲁棒控制。
系统利用d-q轴定子电压与电流数据构建超局部模型，配合一步延迟补偿和离散化，提升预测准确性。卡尔曼滤波器去噪及参数估计简化了运算，提高效率。
仿真和实验验证了该策略在电机参数匹配及失配工况下的优越性能，展现了平滑电流波形和优异的静态及动态抗扰动能力。特别是在突然参数失配时，控制性能快速恢复，凸显其高鲁棒性，适于复杂工业环境中的高效电机控制。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10907932
📖 第4篇
📌 径向磁悬浮轴承制造公差敏感性的数学研究
Mathematical Investigation of Manufacturing Tolerance Sensitivity in Radial Magnetic Bearings
作者：Jingxiong He，Zhenzhong Su，Qi Liu，Zhi Li，Chao Wu，Dong Wang
针对16极径向磁悬浮轴承在制造过程中不可避免的尺寸与几何公差对承载性能及振动的影响，本文建立了考虑制造公差的解析模型（AM），采用磁路法推导电磁力计算，并通过有限元及实验验证模型精准性（误差〈5%）。
研究设计了平均悬浮力、力偏差与力脉动三个评价指标，分别反映轴承承载能力、力不对称性和磁力波动幅度，系统分析了不同公差对各指标的敏感度，重点揭示了定子和转子尺寸公差与圆度、同轴度公差的多样影响。
结果表明，定子及转子尺寸公差对平均悬浮力影响最大，定子圆度与同轴度主导力偏差，而转子外圆同轴度对力脉动影响尤为显著，可能引发设备振动噪声。本研究为轴承制造工艺优化及成本控制提供了理论依据和精确指导。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10855569
📖 第5篇
📌 基于非线性分析模型的永磁同步电机过载与高温条件下不可逆退磁预测
Irreversible Demagnetization Prediction Due to Overload and High-Temperature Conditions in PMSM Based on Nonlinear Analytical Model
作者：Duy-Tinh Hoang，Manh-Dung Nguyen，Su-Min Kim，Tae-Kyoung Bang，Yong-Joo Kim，Kyung-Hun Shin，Jang-Young Choi
针对PMSM电机在过载与高温工况下的不可逆退磁问题，本文提出了一种结合谐波建模（HM）与迭代算法的创新非线性分析模型。该模型分割永磁体为多个单元，给予独立剩磁通密度，实现对铁芯饱和及非均匀退磁的综合考量。
在180℃高温环境下，采用8极12槽表贴永磁电机验证了模型的准确性与高效性。与传统FEA相比，计算时间缩短至28%-90%，在50A电流可预测约21%的退磁率及21.62%扭矩降幅，精准再现退磁演化过程。
创新方面包括将非线性退磁特性和谐波建模结合，利用改进松弛算法提升收敛效率，以及考虑温度对磁材性能影响，实现60°C至180°C全温度场预测。本研究为电机在极端环境下的可靠性提升提供了关键设计工具。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10806590
📖 第6篇
📌 基于分层主动控制的工业微电网构网型能量路由器
Hierarchical Proactive Control Based Grid-Forming Energy Router for Industrial Microgrid
作者：Zixuan Zheng，Shijie Li，Chunjun Huang，Yunzhu Chen，Junhao Ma，Mingshun Zhang，Xianyong Xiao，Jie Ren，Qiang Fu
针对工业微电网缺乏同步旋转轴导致的低惯性与弱阻尼问题，本文提出了一种四端口构网型多功能能量路由器（GFMER）及分层主动控制策略，实现光伏、电池储能、直流负载和交流电网的协同运行。
下层控制采用改进的多目标下垂控制结合正负序功率分离以动态调压，上层则自适应调整功率参考。基于虚拟阻抗技术及预同步控制，确保并网与孤岛运行间平滑切换，同时考虑容量约束，支持故障时的降额运行保护设备。
实验验证表明，该方案在25%电压暂降时能将公共连接点电压恢复至额定，电压不平衡度降低至传统方案的三分之一，且在光照波动剧烈时保证直流母线电压偏差控制在5V以内，显著增强工业微电网的运行韧性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10815615
📖 第7篇
📌 基于纳什均衡的直流微电网博弈型二次控制策略
Game-Based Secondary Control for DC Microgrids With Nash Equilibrium
作者：Qi-Fan Yuan，Yan-Wu Wang，Xiao-Kang Liu，Kai-Yuan Guo
本文基于博弈理论，构建了直流微电网中的二次控制策略，将分布式发电机视为博弈参与者，实现电压调节与电流均衡的分布式二次控制算法，并引入信息掩码技术保障隐私。
通过设计收益函数综合电压误差、电流均分误差以及本地发电成本，系统在该算法作用下保证了唯一纳什均衡，实现各发电机控制优化与经济运行的协同。
仿真与实验包括负载扰动、即插即用、通信故障等多工况测试，结果显示母线电压误差控制在1V以内，电流合理分配，且较现有技术显著降低了系统综合运行成本，具备良好鲁棒性与经济性。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10849668
📖 第8篇
📌 旋转叠片、螺栓与粘接区域对电机粘接定子铁芯模态参数的影响研究
Effects of Rotated Stacking, Bolts, and Bonded Regions on Modal Parameters of Bonded Stator Cores of Electric Machines
作者：Akira Saito，Hayato Maeba，Masami Matsubara，Kohei Furuya
针对电动汽车牵引电机定子铁芯的振动噪声问题，本文首次系统研究了旋转叠片、螺栓紧固与粘接区域对模态特性的影响，采用四种不同工艺样件辅助实验模态分析，精准提取固有频率、振型及阻尼比。
结果发现，旋转叠片显著降低涉及轴向剪切变形模态的固有频率，说明其削弱了铁芯轴向刚度，螺栓紧固则普遍降低所有模态频率并提高阻尼，有效抑制振动响应，且多数模态振型保持一致性。
粘接区域分析指出，低频下轭部粘接与全区域粘接区别不大，高频时粘接区域显著影响模态特性，重要的呼吸模态主要受轭部震动控制。本研究为电动机定子结构优化与NVH性能提升提供了重要依据。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10924763
📖 第9篇
📌 面向节能车辆应用的非对称三角阵列交替极记忆电机设计与分析
Design and Analysis of Memory Machine With Asymmetric Delta-Array Consequent Pole for Energy-Efficient Vehicular Applications
作者：Yuming Yan，Shun Cai，Jiahao Chen，Shuai Wang，Benjamin Cheong，Chandana Jayampathi Gajanayake，Amit K. Gupta，Christopher H. T. Lee
针对电动汽车对电机高转矩密度及宽速高效运行的需求，本文提出了一种非对称三角阵列交替极记忆电机设计。该设计通过第一层恒定永磁体确保高磁负荷，第二层结合可变永磁体实现灵活磁通控制，兼顾高性能与成本效益。
采用考虑齿槽效应的非线性非对称磁路模型，结合遗传算法进行多目标优化，显著提升磁通调节因子（46.7%，较传统提升11%）、转矩密度（提升25%）和稀土永磁体利用率（提升85%），扩大高效运行区及增强抗退磁性能。
实验验证表明，电机能实现快速在线磁通调节，在磁通增强与弱化状态间切换平稳，额外损耗极低，有利于提升整车能源效率，提供了节能车辆高性能驱动可靠方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10839058
📖 第10篇
📌 基于LCL型Boost变换器频谱分析的光伏系统直流串联电弧故障检测能力研究
DC Series Arc Fault Detection Capability With Frequency Spectrum Analysis Using LCL-Type Boost Converter for PV Applications
作者：Byungki Kim，Mina Kim，Wan Kim，Hwa-Pyeong Park
针对光伏系统直流串联电弧故障的检测难题，本文创新性设计了一种基于LCL型Boost变换器的故障检测方案，通过精准设计变换器的阻抗特性，实现对故障信号的特定谐振频率放大，提升故障敏感度。
研究深入分析了LCL滤波器阻抗的谐振凹陷特性，并提出兼顾功率转换与故障检测需求的设计方法。基于800W原型装置的实验结果表明，该方案能在103毫秒内准确区分正常与电弧故障状态，适应轻载工况保持优异性能。
相较于传统Boost变换器，LCL型结构实现了功率转换效率与电弧故障检测灵敏度的协同优化，尽管伴随小幅导通损耗，但通过优化设计可将其影响降至最低，极大增强了光伏系统的安全运行保障能力。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10874213
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