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欢迎阅读IEEE Transactions on Industrial Electronics期刊2025年issue10推送（第8期/共10期）。本期论文聚焦于电力电子与电机驱动、新能源并网与储能、以及先进控制理论与应用三大前沿领域，具体涵盖了海上风电保护、高精度电机控制、永磁电机故障诊断与创新设计、混合储能系统管理、复杂电机系统解耦控制、电力电子变换器稳定性分析与拓扑优化等关键技术方向，展现了当前电气工程领域在提升系统性能、保障运行安全与推动能源转型方面的最新研究进展。
本期目录
📖 第1篇：基于控制的海上风电场与模块化多电平换流器联络线单相接地与相间故障距离保护方案
📖 第2篇：基于Bang-Bang漏斗控制非线性补偿的数据驱动迭代前馈调谐方法在线性电机系统中的应用
📖 第3篇：基于静止状态电压激励的永磁同步电机退磁故障检测
📖 第4篇：采用径向分段带与虚拟轴设计的永磁球形轮毂电机及其控制
📖 第5篇：基于双层模糊映射的电-氢混合储能系统动态功率分配策略
📖 第6篇：基于增强混沌粒子群优化的神经网络逆系统永磁辅助无轴承同步磁阻电机动态解耦控制
📖 第7篇：基于Filippov方法的数字控制单相并网逆变器稳定性分析
📖 第8篇：基于最优轨迹控制的全桥/半桥拓扑变形方法实现宽输出电压范围
📖 第9篇：全软开关非隔离高升压单磁芯多端口变换器：电压应力降低技术
📖 第10篇：状态空间模型广义离散化：面向任意控制延迟逆变器离散时间小信号分析
📖 第1篇
📌 基于控制的海上风电场与模块化多电平换流器联络线单相接地与相间故障距离保护方案
Control-Based Distance Protection for Tie Line Between Offshore Wind Farms and MMC During Single-Phase Grounding and Interphase Faults
作者：Zhe Yang，Hongyi Wang，Wenlong Liao，Zhe Chen
随着海上风电的快速发展，海上风电场（OWF）通常通过模块化多电平换流器（MMC）高压直流输电线路与陆上电网连接。然而，连接OWF与MMC的联络线具有独特的故障特性，这对传统距离继电器的正确运行构成了严峻挑战。本文提出的关键技术是保护与控制协调方案，其核心为负序电流控制策略，能够使OWF输出特定相位的负序电流，以准确反映故障距离。创新包括对单相接地和相间故障下负序电流相位角的推导，以及设计满足电流限制与无功电流注入的故障穿越控制策略，还能有效抑制过电压。
实现过程中，本文分析了OWF-MMC系统两侧换流器电流特性，针对传统距离继电器在单相接地和相间故障可能误动的挑战，设计算法使OWF侧距离继电器能在0.3秒内正确动作，MMC侧距离I段继电器覆盖全线，保证故障在0.7秒内切除。方法兼容传统距离继电器，无需修改保护算法，有效提升换流器设备保护，具备对故障电阻强耐受能力，满足多国故障穿越标准。
通过PSCAD仿真与硬件在环（HIL）测试验证，结果显示无论高阻接地故障还是相间故障，距离继电器测得的视在电抗均精准接近实际线路故障电抗，保证正确动作。硬件测试进一步确认方案具备良好的工程实用性。总体而言，该研究为海上风电并网系统安全稳定运行提供了强有力的技术支持，解决了新能源电力电子设备并网的保护适配难题，具备重要的理论价值与工程应用前景。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10948484
📖 第2篇
📌 基于Bang-Bang漏斗控制非线性补偿的数据驱动迭代前馈调谐方法在线性电机系统中的应用
Data-Driven Iterative Feedforward Tuning With Nonlinearity Compensation Based on Bang–Bang Funnel Control for Linear Motor Systems
作者：Junyu Hu，Xu Han，Yourui Tao，Feng Niu，Shanhu Li
针对半导体制造、封装与测试等高精度应用中，提升线性电机轨迹跟踪精度至关重要，本文提出了结合Bang-Bang漏斗控制（BBFC）非线性补偿的迭代前馈调谐方法（IFFT-BBF）。该方法基于双自由度控制，创新性地设计了基于BBFC原理的可变律调谐策略，通过投影定理量化前馈参数补偿程度，灵活调整学习步长。
训练过程中，系统根据误差投影状态激活两种迭代环：当误差偏离漏斗边界时，启动Bang-Bang迭代环，采用较大学习步长快速驱回目标区；随后切换至鲁棒迭代环，采用稳定学习步长确保误差收敛至零，避免非线性扰动引发的估计缺陷。该设计兼顾调谐效率与鲁棒性，显著优化收敛性能。
实验在分辨率达1微米的线性电机系统上开展，对比梯度下降、最小二乘及高阶IFFT方法，结果表明IFFT-BBF将非零均方根跟踪误差降低至1.85微米，且标准差控制在同类方法的29.6%以内。实验验证了该方法在非线性扰动下的调谐稳定性与鲁棒性的显著提升，具有极高的工程实用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10950089
📖 第3篇
📌 基于静止状态电压激励的永磁同步电机退磁故障检测
Demagnetization Fault Detection of Permanent Magnet Synchronous Motor Through Voltage Excitation at Standstill Condition
作者：Shiva Garaei，Chunyan Lai，Lakshmi Varaha Iyer
针对永磁同步电机（PMSM）常因环境与内部应力导致退磁故障，影响转矩和效率，本文创新提出一种非侵入式在线退磁检测方法，通过静止状态电压激励，注入设计激励电压使定子绕组产生特定电流，进而引起磁通变化，无需拆卸或额外传感器，实现在线故障监测。
该方法极具鲁棒性，避免传统参数变化、负载波动以及机械故障干扰。通过精确设计电压激励消除转矩振荡，确保转矩近乎为零，适用于电动汽车等噪音敏感场合。此外，方法支持基于相电流信号定义退磁故障指标，并通过查找表实现退磁程度量化和磁链估算。
仿真与实验验证证明该方法的高计算效率（5毫秒内完成检测）与优异鲁棒性，成功避免因测量噪声和传感器偏移误差导致的误判，提供可靠、实用的永磁同步电机状态监测与预防性维护解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10963844
📖 第4篇
📌 采用径向分段带与虚拟轴设计的永磁球形轮毂电机及其控制
Design and Control of a Permanent Magnet Spherical Wheel Motor With a Radially Segmented Belt and a Virtual Shaft
作者：Minki Kim，Kyu-Sung Lee
本文针对电动汽车与自动驾驶技术下对机动性与便利性的需求，提出了一种创新的永磁球形轮毂电机设计，结合径向分段带形定子结构以及虚拟轴机制，实现无需复杂机械机构的全向运动控制，增强系统模块化与旋转方向调控能力。
设计中，虚拟轴通过在与主旋转方向垂直的平面布置附加永磁体，实现了旋转轴的稳态管理与方向切换。原型机采用单相四带配置，配备霍尔传感器、FPGA与并联逆变器，实验表明在12 V直流供电并无负载情况下，电机转速可在50至500 rpm控制范围内稳态运行，且实现了以45度为间隔的360度连续方向切换。
该设计大幅简化了机械结构，增强了电机的机动性与灵活性，适用于个人移动设备、机器人关节等高敏捷应用场景。实验验证了方案的可行性，标志着全向移动执行器技术的新进展。
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📖 第5篇
📌 基于双层模糊映射的电-氢混合储能系统动态功率分配策略
Dual-Layer Fuzzy Mapping-Based Dynamic Power Allocation Strategy for Electric-Hydrogen Hybrid Energy Storage System
作者：Xibeng Zhang，Shun Zhou，Yang Lu，Feng Huo，Feixiang Jiao，Yanyu Zhang，Yi Zhou，Abhisek Ukil
针对高比例可再生能源微电网中的储能系统功率波动问题，本文提出了一种基于双层模糊映射机制的动态功率分配策略，实现了铅酸电池与氢储能单元的协同优化，兼顾寿命、安全性与转换效率。
第一层模糊映射将铅酸电池的荷电状态（SOC）与储氢罐状态统一映射为标准化指标，考虑电池在SOC约70%时的最佳寿命及储氢罐的压力安全限值；第二层模糊映射结合实时的PEM电解槽能量转换效率，指导电解槽运行于最大效率点，提升全过程转换效率。
策略基于双层映射计算结果设计自适应下垂控制系数，在短控制周期内实现安全高效的动态功率分配。仿真及基于真实实验平台测试表明，该方法有效延长铅酸电池寿命，确保储氢罐安全压力，并将PEM电解槽效率提升至理想区间，为电-氢混合储能系统的分布式控制提供了创新性解决方案，助力新能源系统的稳定运行。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10950082
📖 第6篇
📌 基于增强混沌粒子群优化的神经网络逆系统永磁辅助无轴承同步磁阻电机动态解耦控制
Dynamic Decoupling Control of PMa-BSynRM Based on Neural Network Inverse System Optimized by Enhanced Chaos PSO
作者：Yichen Liu，Xiaoyan Diao，Huangqiu Zhu
针对永磁辅助无轴承同步磁阻电机（PMa-BSynRM）中电机转矩绕组、悬浮力绕组与永磁磁场间的强耦合与非线性动态解耦难题，本文提出基于增强混沌粒子群优化（ECPSO）与自适应切换Adam至SGD算法（ASATS）的神经网络逆系统（BPNNIS）控制策略，实现全速域高性能动态解耦控制。
该方法首先利用ECPSO算法对神经网络权重全局优化，避免初始权重随机导致的收敛慢及局部最优，随后通过ASATS训练策略在训练初期使用Adam算法快速接近最优，后期切换至SGD提升收敛精度，实现权重的实时高效更新。
实验结果显示，该策略在低速至超高速区间均显著提升电机转速与径向位移的动态解耦能力，系统静态稳定、响应迅速，超调量与位移波动幅度明显优于对比方法，具备卓越的动态解耦性能与抗扰动能力，为高速精密电机提供了先进控制解决方案。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10944647
📖 第7篇
📌 基于Filippov方法的数字控制单相并网逆变器稳定性分析
Filippov-Based Stability Analysis of Digitally Controlled Single-Phase Grid-Tied Inverter
作者：Zhenghao Liu，Mei Su，Jianheng Lin，Yao Sun，Hang Li，Xing Li，Yonglu Liu
针对数字控制的单相并网逆变器（GTI）在引入PWM与数字控制器后可能出现复杂非线性动态行为，影响系统稳定性，本文创新将Filippov方法引入该领域，实现了高精度多频动态系统稳定性分析。
通过建立完整数学模型并推导系统单值矩阵闭合表达式，结合特征值分析，系统评估了不同控制带宽（如锁相环PLL与准比例谐振控制器QPR）及电网阻抗对稳定边界的影响，揭示了过大控制带宽及弱电网条件易诱发系统失稳。
理论分析结合实验平台验证，失稳临界参数与振荡频率预测与实测高度吻合。该方法对比传统平均模型，在捕捉快速时间尺度不稳定性方面展现出更高准确度与实用价值，为数字化逆变器稳定性分析提供了重要工具。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10947053
📖 第8篇
📌 基于最优轨迹控制的全桥/半桥拓扑变形方法实现宽输出电压范围
Full-Bridge and Half-Bridge Topology Morphing Method for A Wide Output Voltage Range Based on Optimal Trajectory Control
作者：Hongjing Liu，Yu Tang，Zhe Zhang
针对全桥（FB）LLC谐振变换器在宽输出电压范围内面临变压器尺寸增大、动态特性差等挑战，本文提出结合最优轨迹控制（OTC）的拓扑变形（TPM）方法，实现半桥（HB）与全桥转换的快速、平滑切换，保障输出连续性。
研究深入推导了两种模式下轨迹半径公式，发现相同功率与输入输出电压条件下轨迹存在重叠，为单开关周期内完成无过冲/欠冲的拓扑切换提供理论基础。3.3 kW原型机实验证明此方法有效避免谐振元件及输出电压的瞬态波动。
实测最大效率分别为FB模式的97.85%与HB模式的96.72%。该方案扩展了输出电压范围至1-4.3倍，同时实现了快速无缝调制转换，显著降低控制复杂度，适配其他谐振变换器，满足多场景需求。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10944777
📖 第9篇
📌 全软开关非隔离高升压单磁芯多端口变换器：电压应力降低技术
Fully Soft Switched Nonisolated High Step-Up Single Magnetic Core Multiport Converter With Reduced Voltage Stress
作者：Erfan Meshkati，Vahid Torkzadeh，Navid Molavi，Hosein Farzanehfard，Hani Vahedi
针对分布式能源输出电压较低及传统多磁芯方案带来的成本和效率限制，本文设计了基于改进升压三端口结构的全软开关非隔离高升压单磁芯多端口变换器，实现高效紧凑的能量转换。
该变换器融合了开关电容与耦合电感技术，利用可调匝比电压倍增单元，在单磁芯结构下实现高电压增益；集成有源钳位单元保证所有开关零电压软开关，极大降低开关损耗及电压尖峰。
样机实验表明，于双输入单输出和单输入双输出模式下，变换器在额定负载下峰值效率分别达到97%及96.7%，功率密度高达2.02 mW/mm³，展现出显著的功率密度及效率优势，特别适合光伏-储能系统及电动汽车充电应用。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10937369
📖 第10篇
📌 状态空间模型广义离散化：面向任意控制延迟逆变器离散时间小信号分析
Generalized Discretization of State-Space Model for Discrete-Time Small-Signal Analysis of Inverters With Arbitrary Control Delay
作者：Qiang Qian，Li Zhang，Zhenghao Wang，Yuying He，Shian Guo，Shaojun Xie，Yong Zhang，Yin Lu
针对数字控制逆变器中采样、计算及脉宽调制造成的任意控制延迟对稳定性分析的挑战，本文提出基于广义状态空间模型（G-SSM）的广义离散化方法，构建适用于任意延迟的数字控制系统模型。
方法通过引入基于延迟的输入矩阵及增广状态向量，推导出具有闭合离散时间脉冲传递函数矩阵，避免复杂留数运算，兼顾经典控制工具和现代控制理论需求，提升建模与分析的精度与实现便利性。
以LCL滤波并网逆变器为例，结合稳定性辨识与参数整定，实验证明该z域分析方法准确预测系统稳定边界，且配合极点配置的现代控制方法展现更优动态性能和谐波抑制，在电网阻抗多变条件下保持良好鲁棒性，具有重要理论和应用价值。
🔗 https://ieeexplore.ieee.org/stampPDF/getPDF.jsp?tp=&arnumber=10937279
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