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光伏供电的高性能共地开关电容逆变器，具有超宽输入电压范围和恒定有效值输出电压及电平数
Photovoltaic-Powered High-Performance Common-Ground Switched-Capacitor Inverter With Ultra-Wide Input Voltage Range and Constant RMS Output Voltage and Level Count
Zihao Luo · Jia Yao · Yiyan Sang · Adrian Ioinovici · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2025年2月
本文满足了可再生能源应用中开关电容多电平逆变器（SCMLI）的一项关键需求：无论光伏电池或其他绿色电池提供的电压有多大变化，都能提供相同的正弦输出波形。所提出的逆变器的创新之处在于其具备五种运行模式，增益范围为 4 至 12，且能保持输出波形的电平数恒定。它能够有效处理 30 至 90 V 的输入电压变化，同时产生稳定的 220 V<sub>rms</sub>输出。本文提出了一种新颖的结构以及一种新的控制方法，该方法可使逆变器在输入电压连续变化时，从一种运行模式平稳过渡到另一种运行模式。这是一种...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项开关电容多电平逆变器技术具有显著的应用价值，特别是在分布式光伏和户用储能系统领域。 该技术的核心创新在于实现了超宽输入电压范围（30-90V）下的恒定220V有效值输出，这直接解决了光伏系统面临的关键痛点。在实际应用中，光伏组件输出会因光照强度、温度变化和部分遮挡而大...
具有反步预测的双三相四桥臂多电平逆变器用于不平衡低压电网
Dual Three-Phase Four-Leg Multilevel Inverter With Backstepping Prediction for Unbalanced Low-Voltage Grids
Joaquim Monteiro · V. Fernão Pires · Armando Cordeiro · José Fernando Silva 等5人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年2月
风能和太阳能等可再生能源在降低电力系统碳排放方面发挥了重要作用。然而，当这些能源接入低压电网时，由于大量单相负载的存在，可能会出现一些问题。这种情况常常导致负载不平衡，进而可能增加损耗，甚至导致某一相出现欠压或过压现象。在孤立微电网的背景下，这一问题尤为关键。因此，本文提出了一种基于双三相四桥臂多电平逆变器的新型光伏并网发电储能控制系统。这种功率变换器拓扑结构由两个四桥臂两电平三相逆变器组成，它将两个光伏阵列连接到一个四线三相变压器，该变压器再接入电网。这种配置旨在将光伏产生的电力注入低压（LV...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，该论文提出的双三相四桥臂多电平逆变器技术及其反步预测控制方法，为解决低压配电网不平衡负载问题提供了创新路径，与公司在分布式光伏和储能系统领域的战略布局高度契合。 该技术的核心价值在于通过四线制拓扑结构实现对单相不平衡负载的有效支撑，这在农村电网、海岛微网等应用场景中具有显...
混合多电平与多脉冲功率变换器在高性能感应电机驱动中的实现与运行
Implementation and Operation of Hybrid Multilevel and Multi-Pulse Power Converters for High-Performance of Induction Motor Drives
Rohit Kumar · Bhim Singh · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年6月
在应用于中压场景的感应电动机驱动配置中，最重要的研究课题之一是电能质量分析、电路复杂性和效率特性。本研究工作介绍了一种基于中性点钳位变流器和级联两电平电压源逆变器的混合六电平变流器，该结构适用于工业中压应用。所展示的高功率混合变流器可确保驱动系统电动机端具有较高的电能质量。此外，构建并实施了一个30脉冲多脉冲交 - 直流变流器，以提高驱动系统输入端的电能质量性能，并为混合逆变器的直流母线端提供电能。多绕组变压器的二次绕组采用相位移技术进行设计；因此，一个整流器注入电网的谐波分量会被另一个整流器的...
解读: 该混合多电平与多脉冲变换器技术对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在新能源汽车驱动领域，该拓扑可直接应用于电机控制器，通过降低谐波畸变和开关损耗提升驱动效率；在ST系列储能变流器中，多电平技术可优化中压并网性能，减少滤波器体积并改善电能质量；对于大功率充电桩产品，该方案能降低EMC设计难度，提升系...
基于混合逆变器的开绕组永磁同步电机驱动高精度调制策略
High-Precision Modulation Strategy for Hybrid-Inverters-Based OW-PMSM Drives
Donghui Ma · Xueqing Wang · Dianxun Xiao · Xinyu Yan 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
本文研究了由两个具有不等直流母线电压的独立直流电源供电的开绕组永磁同步电机（OW-PMSM）驱动系统的高精度调制技术。为兼顾性能与成本，高压侧逆变器（INV1）采用IGBT作为开关器件，低压侧逆变器（INV2）则采用低成本MOSFET。针对2:1和3:1电压比，提出了一种双逆变器矢量平面二次划分并依据特定子扇区分配参考电压矢量的高精度调制策略。INV1采用钳位调制，INV2采用高频调制，充分利用IGBT的高耐压特性与MOSFET的高开关频率优势，实现多电平与高精度输出。实验验证了所提驱动系统及调...
解读: 该混合逆变器高精度调制策略对阳光电源新能源汽车和储能产品线具有重要参考价值。文中IGBT与MOSFET混合使用的方案,可优化应用于车载OBC充电机和ST系列储能变流器,通过高低压侧器件合理搭配实现性能与成本的平衡。特别是其2:1和3:1电压比下的矢量分配方法,可用于优化PowerTitan储能系统的...
基于容错分析的减少开关数单相多电平逆变器拓扑性能评估
Fault-Tolerant Analysis-Based Performance Assessment of Single-Phase Multilevel Inverter Topologies With Reduced Switch Count
Marif Daula Siddique · Prasanth Sundararajan · Mrutyunjaya Sahani · Sanjib Kumar Panda · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年10月
研究多电平逆变器(MLI)因元件和子组件数量多而易受多种故障影响的问题,容错(FT)能力对系统可靠运行至关重要。提供不同类型MLI的FT能力研究,分析中考虑开关和电源故障(SF)的不同故障类别,分析单开关、双开关组合和SF。提供不同故障指标对比,指导FT MLI领域未来研究方向。对两种常用拓扑进行实验验证,展示FT分析对各类故障的实用性并提供测试结果。
解读: 该多电平逆变器容错分析技术对阳光电源多电平拓扑产品设计有重要参考价值。容错能力评估方法可应用于ST储能变流器的三电平/五电平拓扑设计,提高系统在开关故障和电源故障下的可靠性。该研究对SG光伏逆变器多电平拓扑的冗余设计和故障处理策略有指导意义。容错指标对比对PowerTitan储能系统模块化设计的可靠...
基于幅频特性的级联变压器参数估计方法
Amplitude-Frequency Characteristics-Based Parameter Estimation of Cascaded Transformers for High-Frequency Multilevel Inverters
Hengyang Liu · Zirui Liu · Wubin Kong · Junyao Tu 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年8月
准确的变压器参数对高频级联变压器多电平逆变器（CTMI）性能预测至关重要。传统基于均方根的方法在正弦激励下有效，但在方波驱动下因未考虑谐波引起的频变电抗而失效。本文提出一种基于CTMI幅频特性的新型参数估计方法，建立了包含励磁与绕组参数的解耦模型，解析推导了考虑死区效应和开关压降的输出电压与参数关系。通过暂态开路实验波形估计励磁参数，结合不同频率下实测输出电压基波分量，采用粒子群优化算法辨识绕组参数。所提方法无需额外信号设备或断开变压器，仿真与17电平CTMI（5–30 kHz）实验验证了其高精...
解读: 该参数估计方法对阳光电源的高频变压器类产品具有重要应用价值。特别适用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器中的高频隔离变压器设计优化。通过精确识别变压器参数,可以提高产品的建模精度和控制性能。该方法无需额外测试设备,可直接应用于产线测试和现场运维,有助于提升产品一致性和可靠性。对于PowerTit...
一种具有最少开关器件的高效多电平逆变器拓扑结构，用于提升电能质量并降低损耗
High-efficiency multilevel inverter topology with minimal switching devices for enhanced power quality and reduced losses
Ramesh Jayaraman · Sandirasegarane Thamizharasan · Jeevarathinam Baskaran · Veerpratap Meena 等6人 · IET Power Electronics · 2025年1月 · Vol.18
本文提出了一种新型对称与非对称结构的多电平逆变器（MLI）拓扑，相较于传统拓扑，可在输出更多阶梯电压的同时显著减少功率器件数量。该拓扑在导通状态下使用的开关器件最少，有效降低了功率损耗和电压降。设计优化了功率器件、直流电源及辅助门极驱动电路的数量，以实现负载电压的最大阶梯数。通过SIMULINK仿真验证了该拓扑性能，并搭建了实验样机，其响应与仿真结果一致，证明其适用于实际应用。
解读: 该最少开关器件多电平逆变器拓扑对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在ST系列储能变流器中，可通过减少功率器件数量降低系统成本和导通损耗，提升储能系统效率和可靠性。在SG系列光伏逆变器中，更多电压阶梯数可优化输出波形THD，减少滤波器体积，特别适合1500V高压系统。在电动汽车OBC和电机驱动领域，...
一种具有高可靠性的可配置SC型双源逆变器拓扑
A New Configurable SC-based Dual Source Inverter Topology with Improved Reliability
Mohammad Anas Anees · Saad Mekhilef · Marif Daula Siddique · Marizan Mubin 等6人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年6月
本文提出了一种可配置的十五电平双电源中性点钳位逆变器拓扑结构，该拓扑对电源故障和开关故障具有可靠的应对能力。该拓扑有两个直流电源、四个电容，总共包含六个单向开关和四个双向开关。采用电平移相脉宽调制（PWM）来生成所需数量的电平。所提出的拓扑即使在出现电源故障和开关故障时，也能够令人满意地生成多电平输出波形。在PLECS中进行了功率损耗分析，以证明所提出的多电平逆变器（MLI）具有较高的效率。通过获取开关故障率，表明该MLI的可靠性得到了提高。此外，针对不同的故障情况进行了开关故障分析，以展示系统...
解读: 该可配置双源逆变器拓扑对阳光电源储能与充电产品线具有重要应用价值。其开关电容多电平技术可应用于ST系列储能变流器，通过冗余路径设计提升系统容错能力，在功率模块故障时维持降额运行，契合PowerTitan大型储能系统的高可靠性需求。双源架构适配光储融合场景，可优化ESS集成方案中的直流母线管理。十五电...
基于数字孪生的五电平ANPC多电平变换器开路故障诊断
Digital Twin Enabled Open-Circuit Fault Diagnosis for Five-Level ANPC Multilevel Converters
Majid T. Fard · Benjamin J. Luckett · JiangBiao He · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
本文提出一种面向五电平有源中点钳位（5L-ANPC）功率变换器的创新性数字孪生（DT）健康监测策略，针对其在高功率、安全关键应用中因半导体器件数量多而导致可靠性下降的问题。该方法构建实时DT副本，利用直流母线电容与飞跨电容电压、负载电流及开关模式等现有信号，在无需额外传感器的前提下实现开关开路故障的快速在线诊断，检测时间小于一个输出基波周期。实验结果验证了该DT健康监测方法在多种工况下的鲁棒性与有效性，显著提升系统可靠性并降低维护成本。
解读: 该数字孪生故障诊断技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有重要应用价值。五电平ANPC拓扑与阳光电源储能产品采用的多电平技术架构高度契合，其无需额外传感器、仅利用现有电压电流信号实现快速故障诊断的方案，可直接集成至iSolarCloud智能运维平台，增强预测性维护能力。...
9电平多单元型主动中点钳位式逆变器的有源电压均衡控制
Active Voltage Balancing Control of 9‐Level Multicell‐Based A‐NPC Inverters
Kasra Amirsoleymani · Vahid Dargahi · IET Power Electronics · 2026年2月 · Vol.19
本文提出一种免优化的PWM控制方法，用于单相9电平飞跨电容型多单元主动中点钳位（A-NPC）逆变器。该方法通过实时检测输出电流和飞跨电容电压，经逻辑运算直接生成开关信号，在无代价函数或迭代优化前提下实现电容电压均衡与多电平波形合成。
解读: 该文提出的免优化逻辑PWM策略可提升多电平逆变器（如阳光电源SG系列组串式逆变器、ST系列PCS）在复杂工况下的动态响应与电容电压稳定性，尤其适用于高功率密度、宽调制范围的光储系统。建议在PowerTitan储能变流器升级中验证其对飞跨电容拓扑的兼容性，并探索与iSolarCloud平台协同实现轻量...
用于宽负载应用的单输入多输出双向谐振变换器的物理信息神经网络建模
Physics-Informed Neural Network Model Description for an SIMO Bidirectional Resonant Converter for Wide-Load Applications
Diego Bernal Cobaleda · Fanghao Tian · Wilmar Martinez · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
本文提出一种面向高自由度电力变换器的物理信息神经网络（PINN）建模方法。该方法综合考虑占空比、相移及功率关系，突破传统调制策略对谐波近似或时域分析的依赖，有助于识别更高效的运行工作点。以一种原边五电平T型逆变器、副边级联双单元多电平逆变器的谐振多输出变换器为案例，实现高低压侧隔离并降低变压器匝数比，提升功率密度潜力。结合粒子群优化（PSO）算法对PINN预测结果进行优化，进一步挖掘性能潜力。通过低功率样机验证，轻载效率显著提升。结果表明人工智能驱动建模在拓展变换器全负载效率方面具有前景，并探讨...
解读: 该PINN建模方法对阳光电源多端口变换器产品具有重要价值。在ST储能系统中，可优化多电池簇并联的SIMO拓扑建模，突破传统谐波分析局限，实现宽SOC范围高效运行；结合PSO算法可动态寻优调制策略，提升轻载效率。在车载OBC及充电桩产品中，五电平T型逆变器与级联多电平拓扑的结合可降低变压器匝数比、提升...
一种用于无变压器光伏接口的紧凑型广义开关电容多电平逆变器及改进单载波PWM方案
A Compact Generalized Switched-Capacitor MLI with a Modified Single-Carrier PWM Scheme for Transformerless PV Interfacing
Sudipto Mondal · Shuvra Prokash Biswas · Md. Rabiul Islam · Rakibuzzaman Shah 等5人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年9月
在用于并网光伏系统的各类无变压器多电平逆变器（MLI）中，基于单相开关电容（SC）的多电平逆变器在近几十年受到了广泛关注，因为它们仅需一个电源，电容器具有固有的自电压平衡能力，且电磁干扰（EMI）较低。然而，这些变换器面临一些挑战，例如需使用多个开关电容才能实现仅五电平的输出电压、半导体元件数量众多以及总谐波失真（THD）较高。本文提出了一种适用于单相应用的更高效多电平无变压器逆变器（MLTI）设计，该设计采用单个开关电容、六个开关和一个二极管，可输出五电平电压。所提出的多电平无变压器逆变器具有...
解读: 该紧凑型开关电容多电平逆变器技术对阳光电源SG系列光伏逆变器和ST储能变流器具有重要应用价值。其电容自均衡特性可简化现有多电平拓扑的控制复杂度，改进的单载波PWM方案可直接集成到阳光电源现有DSP控制平台。共模漏电流抑制特性契合无变压器光伏并网的安全需求，可优化SG110CX等组串式逆变器设计。高电...
一种用于中压电力牵引驱动的100 kHz内并联Si+SiC混合多电平变换器的设计与验证
Design and Validation of a 100 kHz Inner-Paralleled Si+SiC Hybrid Multilevel Converter for Medium-Voltage Electric Traction Drives
Feng Guo · Fei Diao · Zhuxuan Ma · Pengyu Lai 等6人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年8月
本文针对 3 kV 直流母线的电力牵引驱动系统，设计并开发了一种新型的带有内部并联（IP）半桥（HB）的中压（MV）混合式多电平逆变器。在该提出的混合式拓扑结构中，每相由一个有源中性点钳位（ANPC）三电平（3 - L）单元和一个 IP 单元组成，其中 ANPC 三电平单元采用工作在基频的 3.3 kV 硅（Si）绝缘栅双极型晶体管（IGBT），而 IP 单元采用定制的 3.3 kV H 桥碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET），工作频率为 50 kHz。通过线...
解读: 该100kHz Si+SiC混合多电平技术对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在新能源汽车业务中，可直接应用于电机驱动系统，高频运行特性能显著提升功率密度，降低车载系统体积重量。对于ST系列储能变流器和SG光伏逆变器，内并联混合拓扑可优化现有三电平方案，通过Si/SiC器件协同工作实现开关损耗与成...
基于可变载波的改进型不连续调制策略
Modified Discontinuous Modulation Strategy Based on Variable Carriers
Lingyun Chen · Wenxi Yao · Wuhua Li · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
在中高压大功率变换器中，由于开关损耗限制，常工作于低载波比条件下。此时，传统SPWM和SVPWM难以满足并网电流谐波要求。尽管多电平与不连续脉宽调制（DPWM）可降低损耗并提升载波比，但固定载波调制在低载波比下易产生显著低频谐波，增加滤波器设计难度。虽然特定谐波消除PWM（SHEPWM）可抑制低频谐波，但动态响应差。本文提出一种基于可变三角载波的改进型DPWM策略（VC-DPWMA），应用于三电平逆变器，在低载波比下实现接近SHEPWM的谐波性能，同时具备快速动态响应。通过低功率实验平台验证了该...
解读: 该VC-DPWMA技术对阳光电源中高压大功率产品线具有重要应用价值。在ST系列储能变流器和1500V光伏逆变器中，受开关损耗限制常工作于低载波比，该技术可在保持快速动态响应的同时显著抑制低频谐波，优于传统SHEPWM方案。对PowerTitan大型储能系统，可降低滤波器设计难度，提升系统功率密度。结...
低开关频率下电机驱动的预测电流控制
Predictive Current Control in Motor Drives Operating at Steady Low Switching Frequency
Xin Qi · Jiashi Ren · Yi Deng · Joachim Holtz 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年12月
尽管多电平逆变器和宽带隙开关取得了进展，但让高功率逆变器在低开关频率下运行以降低开关损耗仍然非常有益，开关损耗对于提高系统效率和延长系统寿命至关重要。关于在低开关频率下控制电力驱动的问题已经开展了大量研究，尤其是预测方法提供了非常好的解决方案。本文探讨了一种经典的预测电流控制方法，即边界圆预测方案，并提出了改进措施，使开关频率接近预定水平。这通过控制边界电路的半径来实现。在从边界圆与开关频率之间的非线性相互作用中推导出线性关系后，所提出的方案动态调整边界圆，使逆变器运行接近预设的低频，从而在最大...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项预测电流控制技术对我们在大功率光伏逆变器和储能变流器领域具有重要的应用价值。当前我们的MW级集中式逆变器和储能PCS系统面临着功率密度提升与开关损耗控制的矛盾，该技术通过边界圆预测控制方案在低开关频率下实现精确电流控制，为解决这一核心问题提供了新思路。 技术价值方面，...
面向单开关故障的级联H桥多电平逆变器容错策略——实现零基波共模电压
A Fault-Tolerant Strategy for Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter Under Single-Switch Fault With Zero Fundamental Common-Mode Voltage
Mahdi Abdolhamidy · Ahmad Salemnia · Yousef Neyshabouri · Hossein Iman-Eini · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年11月 · Vol.14
本文提出一种增强型共模电压（CMV）注入方法，可在单开关故障下使级联H桥（CHB）逆变器的基波CMV为零，避免低功率因数时直流母线反向能量回馈及过压跳闸，同时降低电机端电压应力和轴承电流，提升全功率因数范围下的容错安全性。
解读: 该技术对阳光电源ST系列储能变流器（PCS）及PowerTitan大型储能系统中采用的多电平拓扑具有重要参考价值，尤其适用于高可靠性要求的工商业及电网侧储能场景。其零基波CMV容错策略可直接提升CHB型PCS在IGBT单管故障下的持续运行能力，降低停机风险；建议在下一代ST5000/6300系列PC...
基于CGAN视觉Transformer的F型逆变器少样本开路故障诊断
A Few-Shot Open-Circuit Fault Diagnosis of F-Type Inverters Using CGAN-Based Vision Transformer
Mahmoud S. Mahmoud · Ahmed Salem · Van Khang Huynh · Kjell G. Robbersmyr · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年10月
多电平逆变器因结构特点广泛应用于各工业领域，但其元件增多导致故障率升高。深度学习模型虽可自动提取特征并实现精确故障诊断，但依赖大量训练样本，而实际工程中故障数据获取困难。为此，本文提出一种融合条件生成对抗网络（CGAN）与视觉Transformer（ViT）的少样本开路故障诊断方法。首先将测量信号转化为时频图像，利用CGAN生成具有相似分布的二维样本图像，再通过改进ViT结合原始与生成样本，采用多头自注意力机制提取局部与全局特征并完成故障分类。在F型逆变器实验平台上验证表明，每类仅用6个样本时，...
解读: 该少样本故障诊断技术对阳光电源多电平逆变器产品线具有重要应用价值。针对ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器普遍采用的三电平及多电平拓扑，功率器件数量增多导致开路故障概率上升，而实际运行中故障样本稀缺。该方法通过CGAN数据增强结合ViT特征提取，仅需6个样本即可达98.46%诊断准确率，可直接集成...
数字孪生驱动的高可靠性电力电子系统特刊主编寄语
Guest Editorial Special Issue on Digital Twin Driven High-Reliability Power Electronic Systems
Jiangbiao He · Paolo Mattavelli · Fernando Briz · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年7月
为满足全球零排放可持续能源发展需求，交通和公用电力等行业正经历快速变革，电力电子在电动汽车、电动船舶、飞机、太阳能/风能发电和储能等众多功率转换系统中发挥支柱作用。然而电力电子可靠性尚未受到足够重视，特别是在安全关键应用中可靠性应是首要设计优先级。工业4.0和5.0着重互联性、自动化、智能和实时状态监测，数字在线预防性维护和优化至关重要。数字孪生是物理系统的数字复制品，可准确预测和反映物理系统的实时健康状况，通过物理组件与数字孪生模型间的实时双向数据流实现。该特刊发表10篇文章涵盖数字孪生参数估...
解读: 该数字孪生特刊与阳光电源智能运维战略高度契合。特刊涵盖的Buck/Boost变换器数字孪生参数估计、五电平ANPC逆变器故障诊断和SiC MOSFET模块电-热-机械建模与阳光iSolarCloud平台的智能诊断和预测性维护功能发展方向一致。数字孪生技术在直流电容、电感、开关管寄生电阻实时估计方面的...
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