《电工技术学报》电力电子变换器拓扑、集成与控制领域最新优文推荐｜2025年4月13日

《电工技术学报》是中国电工技术学会主办的电气工程领域综合性学术期刊，报道基础理论研究、工程应用等方面具有国际和国内领先水平的学术及科研成果。中国工程院院士马伟明任《学报》编委会主任，兼《学报》主编。

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作者：梁伟华，穆向上，申永鹏，李海林

摘要：该文提出了一种适用于三相准Z源逆变器的二维空间矢量调制策略,其计算简单且能够有效减小准Z源网络电感电流纹波（脉动量）。该方法将准Z源逆变器的输出电压映射在二维坐标系的坐标轴上,依据三相电压的大小关系划分控制域,根据参考电压所在的控制域选择电压矢量和开关状态;并根据电感电流脉动量,将一个开关周期中的直通时间分成六小段,插入在零矢量首尾位置和两个非零矢量之间;以电感电流在直通状态与相邻的非直通状态间的净变化量等于零为目标,计算每段直通作用时间,实现了一个开关周期内电感电流纹波最小。该方法计算简单,且能够有效减小电感电流的脉动量。仿真和实验验证了该方法的有效性。

引用本文：梁伟华, 穆向上, 申永鹏, 李海林. 基于二维空间矢量脉宽调制的准Z源逆变器电感电流纹波抑制策略[J]. 电工技术学报, 2025, 40(2): 488-503. Liang Weihua, Mu Xiangshang, Shen Yongpeng, Li Hailin. Inductor Current Ripple Reduction Strategy Based on Two-Domain Space Vector PWM for Qusai-Z Source Inverter. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(2): 488-503.

作者：黄艳辉，李锐，刘飞，胡士礼，吴尧

摘要：电池换电站可提供充电服务,大大缩短了充电时间。随着电动汽车充电功率水平越来越高,电池换电站需要连接到中压电网以扩大其容量。在传统解决方案中,电力电子变压器用于构建低压直流母线,充电桩通过分布式直流变换器与低压母线相连接。然而这种拓扑结构需要大量变换器和两个功率变换级,由此增加了设备成本。该文提出一种仅需一个功率变换级的大规模电池充电拓扑结构,以减少变换器中器件数量,实现了开关管的零电压软开关（ZVS）,提升了系统效率。此外,还提出一种电压均衡电路和电压匹配控制策略,以解决由荷电状态差异引起的功率不匹配问题。电压匹配控制可以拓宽变换器充电电压范围,降低蓄电池充电电流纹波。仿真和实验验证了拓扑和控制策略的可行性。

引用本文：黄艳辉, 李锐, 刘飞, 胡士礼, 吴尧. 用于换电站的模块化多端口变换器电压均衡拓扑及电压匹配控制[J]. 电工技术学报, 2025, 40(2): 517-530. Huang Yanhui, Li Rui, Liu Fei, Hu Shili, Wu Yao. Modular Multi-Port Converter Voltage Balancing Topology and Voltage Matching Control for Battery-Swapping Stations. Transactions of China Electrotechnical Society, 2025, 40(2): 517-530.

作者：王立乔，臧朔，李翀，王皓玉

摘要：该文提出一种对称半桥功率解耦拓扑。该解耦拓扑串联在变换器直流侧可以起到补偿二倍频脉动电压、减小电感值、降低成本和减小体积的作用。通过对两个解耦电感进行耦合磁集成,进一步减小电路元件和解耦电感的值,使得减小电感值的效果更加显著。该功率解耦拓扑的直流侧输出电流间接闭环控制方法直接对直流侧电流进行采样,无需外加传感器,不需要复杂调节器和计算,在实际应用中更为灵活。最后搭建了基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型PWM整流器仿真与实验平台,验证了所提拓扑的可行性。

引用本文：王立乔, 臧朔, 李翀, 王皓玉. 一种基于对称半桥功率解耦拓扑的单相电流型变换器[J]. 电工技术学报, 2024, 39(24): 7764-7776. Wang Liqiao, Zang Shuo, Li Chong, Wang Haoyu. A Single-Phase Current-Source Converter Based on the Symmetrical Half-Bridge Power Decoupling Topology. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(24): 7764-7776.

作者：王汝田，王浩，袁帅，邵鑫铭，刘闯

摘要：该文提出了一种基于分裂源的双输出T型三电平逆变拓扑结构。所提出的拓扑结构具有直流环节和逆变环节,其中直流环节提供升压能力,逆变环节提供三相双输出三电平逆变功能,并介绍了提出的拓扑结构及其工作原理。然后分析了在正弦脉宽调制方案中,同频同相、同频异相和异频工作模式下,调制参数的可选择值域,保证了电容电压平衡、正确的升压能力和双输出功能的实现,并在分析电感电流的基础上,通过对调制方案的讨论,对电感和电容的性能进行了优化,包括3次谐波注入法以及两种空间矢量调制的载波化调制方法,以使对电感值和电容值的需求最小化。建立了低功耗实验样机,并给出了实验结果,验证了所提拓扑结构的可行性,以及同等硬件参数、不同调制方案下对电感纹波电流、电容纹波电压的改善。

引用本文：王汝田, 王浩, 袁帅, 邵鑫铭, 刘闯. 一种基于分裂源的双输出T型三电平逆变器[J]. 电工技术学报, 2024, 39(24): 7777-7792. Wang Rutian, Wang Hao, Yuan Shuai, Shao Xinming, Liu Chuang. A Dual-Output T-Type Three-Level Inverter Topology Based on Split Source Inverter. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(24): 7777-7792.

作者：陈杰，刘昌咏，邓文明，高宇，阮新波

摘要：四开关三电平半桥LLC变换器在宽电压范围输入场合应用时具有突出优势。该文首先分析该变换器在定频双模式控制下的工作模态,基于变换器输出增益提出一种模式软切换控制策略,有效地抑制了模式切换过程中的暂态电流过冲现象;进而提出一种均压策略,抑制了输入侧电容电压不均衡现象。为了提升四开关三电平半桥LLC变换器的变换效率,建立变换器损耗模型,并采用布谷鸟搜索算法对变换器的谐振参数进行智能寻优,得到了最优参数。最后,研制了一台500 W的原理样机,验证了所提出控制策略和参数优化方法的正确性和有效性。

引用本文：陈杰, 刘昌咏, 邓文明, 高宇, 阮新波. 四开关三电平半桥LLC变换器的控制策略与效率优化[J]. 电工技术学报, 2024, 39(24): 7833-7845. Chen Jie, Liu Changyong, Deng Wenming, Gao Yu, Ruan Xinbo. Control Improvement and Efficiency Optimization of Four Switch Three-Level Half-Bridge LLC Converter. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(24): 7833-7845.

作者：高家元，黄帅，姜飞，涂春鸣，肖凡

摘要：针对弱电网下并网逆变器（GCI）与电网阻抗交互易失稳的问题,以dq域下控制的GCI为例,构建考虑等效电流源稳定性的GCI的单输入单输出（SISO）阻抗模型,该模型将等效电流源中控制器参数变换到GCI的等效输出阻抗模型中,并将锁相环（PLL）引发的阻抗回路折算到电网侧,实现等效电流源与控制器参数解耦,为控制环参数自适应调整控制策略下GCI的稳定性分析奠定了模型基础。在此基础上,提出一种基于比例权重的控制环参数自适应调整控制方法,并基于所构建阻抗模型实现比例权重系数的分析与设计,该自适应控制方法能够保证GCI在弱电网范围内具有30°以上的充足稳定裕度,促使GCI具有良好的稳态与动态性能。最后,通过仿真和实验验证了该文理论分析的正确性以及所提控制策略的有效性。

引用本文：高家元, 黄帅, 姜飞, 涂春鸣, 肖凡. 弱电网下基于比例权重的控制环参数自适应调整并网逆变器稳定性提升方法[J]. 电工技术学报, 2024, 39(24): 7846-7859. Gao Jiayuan, Huang Shuai, Jiang Fei, Tu Chunming, Xiao Fan. Stability Improvement Method of Grid-Connected Inverter Based on Proportional Weight Control Loop Parameters Adaptive Adjustment under Weak Grid. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(24): 7846-7859.

作者：梁军杨，李红，宋国杰，夏候凯顺，陈延明

摘要：直流电压时间尺度与交流电流时间尺度控制耦合可能会导致跟网型变换器阻尼下降,引发相应的同步失稳问题。为此,该文计及多环控制的多时间尺度特性,建立跟网型变换器的小信号同步模型,揭示各时间尺度控制的耦合路径与阻尼分布规律;采用灵敏度分析法,量化控制参数对阻尼特性的影响,筛选出引发系统同步失稳的主导因子;同时,考虑多场景电网工况对控制耦合的影响,从阻尼的角度直观地分析不同工况下系统失稳的机理。针对直流电压时间尺度内部dq耦合及多时间尺度控制耦合对系统阻尼的影响,提出一种基于端电压前馈的阻尼重塑改进控制策略,削弱控制耦合带来的负阻尼效应,增强变换器的同步稳定性。仿真与实验验证了理论分析的正确性和改进控制方案的有效性。

引用本文：梁军杨, 李红, 宋国杰, 夏候凯顺, 陈延明. 多时间尺度控制下跟网型变换器的同步稳定性分析与改进控制[J]. 电工技术学报, 2024, 39(22): 7182-7196. Liang Junyang, Li Hong, Song Guojie, Xiahou Kaishun, Chen Yanming. Synchronization Stability Analysis and Enhanced Control of Grid-Following Converters under Multi-Timescale Control. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(22): 7182-7196.

作者：张新闻，刘文泽，杨树德， 刘百林

摘要：在CLLLC谐振变换器基波等效建模方法中,未虑及变压器二次电流为零及死区时间内MOSFET输出电容对输出侧H桥桥臂中点电压的影响,当开关频率低于谐振频率（欠谐振）时,变换器输出侧H桥桥臂中点电压模型的准确性有待进一步提高。该文通过解析变换器欠谐振区域模型准确度较低的成因,得到变压器二次电流为零及死区时间内MOSFET输出电容电压方程,对基波等效建模方法进行了更为深入的研究,提出了状态变量（输出侧H桥桥臂中点电压、变压器二次电流）与变换器增益的优化计算方法。该方法计算式中包含开关频率、谐振频率、输出电压和MOSFET输出电容的信息,减小了状态变量稳态值求解误差,使等效输出负载与谐振腔参数更加准确,解决了欠谐振时变换器输出侧H桥桥臂中点电压模型精度相对较低的问题。最后,搭建CLLLC谐振变换器电路仿真模型与实验系统对所提方法进行验证,结果验证了该文理论分析的正确性。

引用本文：张新闻, 刘文泽, 杨树德, 刘百林. MOSFET输出电容对CLLLC谐振变换器模型的优化[J]. 电工技术学报, 2024, 39(22): 7228-7238. Zhang Xinwen, Liu Wenze, Yang Shude, Liu Bailin. Optimization of CLLLC Resonant Converter Modeling by MOSFET Output Capacitance. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(22): 7228-7238.

作者：陈超波，代佳伟，孙天誉，张彬彬，高嵩

摘要：在基于解析模型的故障诊断系统中,为了显化残差信号所包含故障信息的能力,提出一种面向残差评价的中点钳位型三电平三相逆变器快速开路故障诊断方法。首先,构建诊断观测器获取三相电流观测值并通过观测矩阵计算电流残差;其次,通过引入基于范数的标准评价函数,计算残差性能指标与阈值,将残差转换为可用的特征信号并与阈值相比较实现高效实时的故障检测;再次,推导不同功率开关器件开路故障状态下的电流残差特性,并依据此特性实现精准的故障隔离;最后,在仿真平台及半实物实验平台上验证了该文所提算法的有效性与可行性。仿真与实验平台结果表明,相较于传统基于信号与知识的诊断方法,残差性能评价的引入使得诊断速度提高80%以上。针对NPC型三电平三相逆变器常见的四种开路故障情况,均可实现快速且精准的故障检测及定位。

引用本文：陈超波, 代佳伟, 孙天誉, 张彬彬, 高嵩. 面向残差评价的中点钳位型逆变器开路故障诊断方法[J]. 电工技术学报, 2024, 39(21): 6877-6895. Chen Chaobo, Dai Jiawei, Sun Tianyu, Zhang Binbin, Gao Song. NPC Type Inverter Open Circuit Fault Diagnosis Method Based on Residual Performance Evaluation. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(21): 6877-6895.

作者：任强，康薇，姜亚鹏，秦祝

摘要：该文针对双有源半桥（DAHB）DC-DC变换器宽电压范围运行下电容电压计算不准确、单移相控制粗放等不足,提出一种基于PWM+移相的三自由度优化控制（TFC）策略。首先,基于DAHB的数学模型,推导桥臂串联电容稳态电压表达式。在此基础上,从最小化回流功率角度得到三自由度控制的最优开关模式,推导了电流、功率等关键电气量的解析表达式,并获得以电流应力最小化为目标的包含等式和不等式约束的局部最优解方程组。其次,针对最优方程组难以解析求解的问题,采用模型简化+线性近似的方法求取其局部最优解,得到DAHB全工况PWM+移相的三自由度优化控制策略。然后,分析所提出的三自由度优化控制下DAHB变换器的软开关特性。最后,通过仿真及实验验证了桥臂串联电容稳态电压表达式的正确性和三自由度优化控制策略的有效性。

引用本文：任强, 康薇, 姜亚鹏, 秦祝. 基于PWM+移相的双有源半桥DC-DC变换器分析及其控制[J]. 电工技术学报, 2024, 39(15): 4830-4842. Ren Qiang, Kang Wei, Jiang Yapeng, Qin Zhu. Analysis and Control of Dual-Active Half-Bridge DC-DC Converter with PWM Plus Phase Shift. Transactions of China Electrotechnical Society, 2024, 39(15): 4830-4842.

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