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一种新型五电平中点钳位
NPC）单相逆变器
Naser Vosoughi Kurdkandi · Zhi Cao · Chunting Chris Mi · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
本文提出了一种基于中点钳位（NPC）与开关电容技术的新型五电平逆变器。该逆变器由六个单向开关、两个双向开关和三个电容构成，具备1.5倍电压增益的升压能力，并可调控无功功率，即使在极低功率因数下仍能有效控制。开关电容在开关频率下充放电，有助于抑制电流尖峰。文中给出了无源元件的设计方法，并通过对比分析评估了其优缺点。最后，通过2 kW高效率实验系统验证了该逆变器的性能。
解读: 该五电平NPC逆变器技术对阳光电源多条产品线具有应用价值。其1.5倍升压能力可优化ST储能变流器在低压电池系统中的应用，减少DC/DC级联需求；开关电容技术抑制电流尖峰的特性可提升SG光伏逆变器的电能质量和EMI性能；极低功率因数下的无功调控能力契合构网型GFM控制需求，增强储能系统的电网支撑能力。...
双向H4桥变换器的统一控制
Unified Control of Bidirectional H4 Bridge Converter
鞠禹堰 · 方宇 · 汤伟 · 王笑飞 等5人 · 电源学报 · 2025年1月 · Vol.23
针对单相储能逆变器中双向H4桥变换器在换流瞬间存在的时延振荡问题，提出一种统一控制方法。该方法通过电压调节器调控功率流向，结合功率平衡理论推导出适用于双向运行的控制参数；为实现交流电流对电网电压的无静差跟踪并提升系统稳定性，电流内环采用准比例谐振控制器，并基于二阶广义积分器设计锁相环。PSIM仿真与实验结果表明，该方法可实现整流与有源逆变状态间的无缝切换，在启动和工况切换过程中具有良好的动态响应，有效保障单相光伏储能系统中AC-DC双向变换的稳定运行。
解读: 该双向H4桥统一控制技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan储能系统具有直接应用价值。针对单相储能PCS中AC-DC双向变换的换流振荡问题，所提出的统一控制策略结合准PR控制器和SOGI锁相环，可显著提升阳光电源单相储能变流器在整流/逆变模式切换时的无缝过渡能力。该方法对优化ST系列产...
基于模型预测控制的二次谐波注入：单相逆变器直流链路脉动的抑制
Second Harmonic Injection With Model Predictive Control: Attenuation of DC-Link Pulsations in Single-Phase Inverters
Liwei Zhou · Noah Silverman · Matthias Preindl · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年1月
本文提出了一种基于模型预测控制的二次谐波注入（MPC - SHI）方法，用于抑制单相逆变器直流侧的二次脉动。将直接计算得到的二次谐波注入（SHI）分量设置为跟踪参考，并通过模型预测控制（MPC）进行调节，以改善动态性能。MPC与SHI相结合，可减少响应时间和振荡，增强瞬态性能。与传统方法相比，在控制过程中无需额外的陷波滤波器或带通滤波器来处理二次谐波。控制带宽得以增加，调谐灵活性更高，动态性能更优。无需额外的无源或有源元件来抑制直流侧二次脉动，从而大幅节省了成本。实验结果验证了所提方法的有效性。
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于模型预测控制的二次谐波注入技术具有重要的应用价值。该技术针对单相逆变器直流侧二次脉动问题提出了创新性解决方案，这与我司在户用光伏、小型储能系统等单相应用场景高度契合。 技术价值方面，该方法的核心优势在于无需额外的无源或有源器件即可抑制直流侧脉动，这意味着可以显著降...
考虑扰动边带谐波效应下多采样单相电压源型变流器的多频率建模与稳定性分析
Multifrequency Modeling and Stability Analysis of Multisampled Single-Phase Voltage-Source Converters Considering Perturbation Sideband Harmonic Effects
王庭康姚文熙杨欢李武华赵荣祥 · 中国电机工程学报 · 2025年1月 · Vol.45
多采样技术可提升低开关频率下变流器的控制性能，但传统多采样脉宽调制（PWM）模型在高频段建模精度不足，难以准确预测扰动边带引发的高频谐振。本文推导了基波调制下注入扰动时多采样PWM的描述函数，建立了多频率PWM模型，并进一步提出计及边带谐波效应的多频率导纳模型，精确表征高频导纳特性，扫频结果验证了模型的准确性。基于该模型可准确预测传统方法遗漏的高频失稳现象，并提出了边带谐波谐振抑制策略以增强系统稳定性。实验结果证实了理论分析的正确性。
解读: 该研究对阳光电源的单相产品线具有重要参考价值。多采样PWM建模方法可优化SG系列家用光伏逆变器(3-20kW)和ST系列储能变流器的高频稳定性,特别适用于采用高开关频率SiC器件的新一代产品。通过边带谐波抑制策略,可提升产品在弱电网下的并网性能,减少LC滤波器谐振风险。该技术也可应用于V2G双向充电...
基于图论的共地无变压器单相逆变器拓扑推导方法
Topology Derivation Method of Common-Ground Transformerless Single-Phase Inverters Based on Graph Theory
Zhilei Yao · Qin Xu · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年11月
共地型无变压器单相逆变器由于不存在共模漏电流，在光伏发电系统中得到了广泛应用，但目前尚无关于其拓扑推导的系统理论。因此，本文提出了一种基于图论的双接地单相逆变器通用拓扑推导方法。通过确定共地拓扑的特性，并分别在无向图中插入开关、电感和电容，可推导出共地拓扑。以具有四个节点、四个开关、三个电感和三个电容的拓扑为例，说明了该推导方法。以推导得到的其中一种拓扑为例，阐述了该逆变器的工作原理，该逆变器具有较高的电压增益。该系统为单级系统，因此可以提高系统效率。对参考电压表达式进行简化，以减少数字信号处理...
解读: 从阳光电源光伏逆变器业务角度分析，该论文提出的基于图论的共地型无变压器单相逆变器拓扑推导方法具有重要的技术价值和应用前景。 在产品价值层面，共地型拓扑能够从根本上消除光伏系统中的共模漏电流问题，这对于阳光电源的户用和小型商用逆变器产品线尤为关键。当前市场对系统安全性和可靠性要求日益严格，共模漏电流...
基于直流分压电容的纹波功率解耦电路统一建模与控制方法
Unified Modeling and Control Methods for Ripple Power Decoupling Circuit Based on DC-Split Capacitor
Ziyin Wang · Zhenchao Li · Yan Zhang · Jia Shu 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
单相逆变器系统本质上会出现二次谐波纹波功率，必须对其进行抑制，以最大程度减少其对系统的不利影响。一种有效的纹波功率解耦技术是向直流分裂电容注入互补纹波电压。通过利用分裂电容之间的能量差，纹波功率得到有效补偿，同时互补的电容电压可维持稳定的直流母线电压。本文提出了一个统一模型，阐明了基于直流分裂电容的功率解耦方法的内部物理机制。基于该模型推导出了四种不同的方法，揭示了双向功率流的必要性，并解释了为何之前的某些方法仅能实现部分纹波功率解耦。此外，综合考虑电容需求、半导体应力和系统体积等因素对这些方法...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于直流分裂电容的纹波功率解耦技术对我们的单相光伏逆变器和储能系统产品线具有重要应用价值。单相系统固有的二次谐波纹波功率一直是影响系统可靠性和效率的关键问题，特别是在户用光伏和小型储能领域，这个问题尤为突出。 该研究提出的统一建模方法揭示了四种不同解耦方案的物理机制，...
一族单相背靠背式三电平PFC电路研究
A Family of Single-Phase Back-to-Back Three-Level PFC Converters
马辉 · 刘惠群 · 向昆 · 范李平 等7人 · 中国电机工程学报 · 2025年16月 · Vol.45
通过融合背靠背式两电平无桥功率因数校正电路与双向开关管，构建了一类开关器件少的背靠背式三电平功率因数校正变换器（BT-PFC）。其直流侧采用级联或嵌入结构，在工频周期内可输出五种电压电平，有效降低谐波含量与等效开关频率。本文详细分析了BT-PFC的电路结构、工作原理、拓扑特性、解耦闭环控制及调制策略。实验搭建1 kW/400 V样机（输入220 V/50 Hz），验证了所提单相三电平BT-PFC方案的可行性与理论分析的正确性。
解读: 该背靠背式三电平PFC技术对阳光电源车载充电及储能产品具有重要应用价值。其少开关器件、五电平输出特性可直接应用于：1）新能源汽车OBC充电机，降低输入电流THD，提升功率密度，符合车规级小型化需求；2）ST储能变流器AC-DC整流级，减少滤波器体积，提高电网侧电能质量；3）充电桩功率模块，优化谐波性...
基于跨相式-背靠背混合结构的铁路牵引用光伏储能系统及其优化控制策略
A Hybrid Cross-Phase and Back-to-Back Structured Photovoltaic Energy Storage System for Railway Traction and Its Optimal Control Strategy
廉静如戴朝华姚志刚陈维荣 · 中国电机工程学报 · 2025年9月 · Vol.45
针对传统背靠背结构铁路能量路由器因需两套逆变器而导致容量大、成本高的问题，提出一种跨相式单相逆变器与背靠背结构相结合的混合拓扑。通过分析其工作原理与模式，揭示两种结构间的功率互补机制，并针对不同工况设计了有功/无功功率优化分配的控制策略。基于实测数据与典型场景仿真验证，结果表明：在等效实现再生制动能量回收与光伏消纳功能下，新拓扑使逆变器与变压器容量降低21.2%，三相负序电压不平衡度由2.46%降至1.82%，平均功率因数从0.5838提升至0.924，显著改善电能质量，具备重要理论意义与工程应...
解读: 该混合拓扑结构对阳光电源铁路牵引供电及储能系统产品线具有重要应用价值。其跨相式与背靠背混合架构可直接应用于ST系列储能变流器的铁路场景定制化方案，通过功率互补机制实现21.2%的容量优化，显著降低系统成本。有功/无功优化分配策略可融入阳光电源GFM构网型控制技术，将负序电压不平衡度从2.46%降至1...
含单相面对面型MMC-DC/DC变换器的高压直流输电系统阻抗建模及稳定性分析
Impedance Modeling and Stability Analysis of HVDC Systems with Single-Phase Front-to-Front MMC-DC/DC Converters
刘熠王跃武鸿刘永慧李润田李风漠 · 高电压技术 · 2025年1月 · Vol.51
在海上风电直流汇集系统中，单相模块化多电平换流器面对面型（MMC-FTF）DC/DC变换器是连接中压汇集线与高压直流输电线路的关键设备。目前针对其阻抗建模及系统小信号稳定性研究较少。本文提出共差模提取矩阵，统一了单相与三相MMC的多谐波线性化阻抗模型，并建立了MMC-FTF直流侧阻抗模型。基于阻抗稳定性判据，揭示了其与岸上MMC换流站互联时的振荡风险。通过相角灵敏度分析，量化控制器参数对稳定性的影响，提出参数整定准则。最后通过仿真与硬件在环实验验证了所提模型与方法的有效性。
解读: 该研究对阳光电源的储能与光伏产品线具有重要参考价值。MMC-FTF DC/DC变换器的阻抗建模方法可直接应用于ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统的高压直流侧设计，有助于提升系统稳定性。所提出的共差模提取矩阵技术可优化SG系列1500V光伏逆变器的多电平拓扑控制。该研究的小信号稳定性...
基于跨相式单相逆变器的牵引供电光伏储能系统多层解耦控制策略
A Multi-layer Decoupling Control Strategy for Traction Power Supply Photovoltaic and Energy Storage System Based on Inter-phase Single-phase Inverter
廉静如戴朝华姚志刚陈维荣 · 中国电机工程学报 · 2025年4月 · Vol.45
针对现有铁路能量路由器成本高、集成度低的问题，提出一种基于跨相式单相逆变器的新型结构，实现制动能量回收、新能源接入与电能质量治理。通过建立数学模型，分析三端口有功/无功耦合特性，提出硬件解耦与多层协调控制策略。仿真结果表明，系统显著提升功率因数与再生制动回收率，降低电压不平衡度与设备容量，成本减少37.23%，兼具理论与工程应用价值。
解读: 该跨相式单相逆变器技术对阳光电源ST储能系统和新能源汽车产品线具有重要应用价值。其多层解耦控制策略可直接应用于：1）ST系列储能变流器的三相不平衡治理，提升电网适应性；2）充电桩产品的功率因数优化与谐波抑制；3）车载OBC充电机的双向能量管理。该研究提出的硬件解耦与有功/无功协调控制方法，可优化阳光...
基于Zeta拓扑的单级单相交流链路通用逆变器
A Single-Stage Single-Phase AC-Link Universal Inverter Based on Zeta Topology
Karen Abbaskhanian · Mojtaba Salehi · Mahshid Amirabadi · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年4月
单相逆变器广泛应用于住宅光伏系统等场合，通常采用两级直流-直流-交流转换结构。在低压直流输入、高压交流输出的应用中，需额外升压环节，且依赖寿命短、可靠性差的大容量电解电容作为直流链路，影响系统寿命与功率密度。本文提出一种基于传统Zeta拓扑衍生的新型单级单相交流链路通用逆变器，通过高频交流链路实现升降压电压调节与变频输出。该拓扑采用小体积薄膜电容和电感作为交流链路元件，省去大容量电解电容，提升可靠性与功率密度，并可集成高频变压器实现电气隔离。仿真与实验验证了该拓扑及其控制策略的有效性。
解读: 该单级交流链路逆变器技术对阳光电源户用光伏产品线具有重要应用价值。其核心创新在于用薄膜电容替代电解电容，直接契合SG系列户用逆变器的长寿命需求。技术可应用于：1）SG-RS系列户用储能一体机，通过单级拓扑简化DC-DC-AC双级结构，提升功率密度；2）低压电池储能系统（如48V电池组），利用其升压能...
扩展软开关范围的新型双半桥单级单相逆变器
Novel Dual-Half-Bridge Single-Stage Inverter with Extended Soft-Switching
Rongguang Li · Shaojun Xie · Haichun Liu · Xin Feng 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年9月
相比其他单级单相逆变器拓扑,基于双有源桥(DAB)的逆变器开关数量更少且软开关实现更容易。采用扩展移相加变频调制策略,重载下所有变换器开关可实现零电压软开关(ZVS),但负载降低时直流侧滞后开关失去ZVS运行。本文提出新型基于双半有源桥的单级逆变器,用双半桥替代传统全桥拓扑,滞后开关软开关范围有效扩展。所提逆变器中所有开关在宽负载范围整个工频周期实现ZVS。给出所提变换器理论分析,48Vdc/220Vac/500W逆变器样机实验验证所提逆变器有效性及分析设计正确性。
解读: 该双半桥扩展软开关技术对阳光电源单级逆变器产品有重要优化价值。该拓扑可应用于户用光伏和储能系统的单相逆变器设计,在宽负载范围实现全软开关降低损耗并提高效率。扩展软开关范围对ST储能系统单相模块的轻载效率提升有参考意义。该技术对阳光电源48V储能系统和低压直流应用的单级AC变换器设计有借鉴价值,可简化...
具有低压储能的单相光伏发电机的不连续PWM运行
Discontinuous PWM Operation of a Single-Phase PV Generator With Low-Voltage Energy Storage
Ezequiel Rodriguez Ramos · Ramon Leyva · Qingxiang Liu · Sergio Vazquez 等6人 · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2024年8月
在并网光伏（PV）发电机中使用储能（ES）是一种有效的解决方案，可在太阳辐照度波动的情况下向电网输送稳定的电力。本文分析了一种带储能的单相并网光伏发电机，其中储能装置为低电压，即储能电池串联数量不多。该光伏发电机由通过一个公共直流母线电容连接的三个子系统组成：光伏单元、储能单元和逆变器。此外，在所提出的解决方案中，逆变器在电网周期的大部分时间内不进行开关动作，从而降低了开关损耗。单相逆变器的不连续运行意味着储能单元的升压直流 - 直流转换器需要采用合适的控制策略。所提出的控制方法采用了一个考虑谐...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项针对单相光伏发电系统中低压储能与不连续PWM控制的研究具有重要的技术参考价值。该方案通过逆变器在电网周期内的部分时段停止开关动作，有效降低了开关损耗，这与我司在提升逆变器效率方面的技术路线高度契合。 该技术的核心创新在于采用低压储能单元配合特殊的boost变换器控制策...
重复控制器与多谐振控制器在单相逆变器中应用的等效关系分析与设计
Equivalence Relation Analysis and Design of Repetitive Controllers and Multiple Quasi-Resonant Controllers for Single-Phase Inverters
Qiangsong Zhao · Hongwei Zhang · Yuanqing Xia · Qiang Chen 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年1月
基于内模原理的重复控制器（RC）和多准谐振控制器（MQ-RSC）因对正弦参考信号具有高跟踪精度及优异的谐波抑制能力，广泛应用于单相逆变器的交流电压/电流控制。然而，二者在参数设计复杂度、收敛速度或稳定裕度方面各有优劣。本文系统建立了多种RC与MQ-RSC之间的数学等效关系，揭示了RC内模系数与MQ-RSC等效谐振带宽之间的内在联系。基于该等效关系，提出一种增强频率鲁棒性的新型RC设计方法，并给出简化的MQ-RSC设计策略。1.5 kW单相并网逆变器实验结果验证了等效关系的准确性及其在控制器设计中...
解读: 该研究揭示的RC与MQ-RSC等效关系对阳光电源单相产品线具有重要应用价值。在ST系列单相储能变流器中，可基于等效关系简化谐波抑制控制器设计，提升电网电压畸变工况下的并网电流质量；在SG系列单相光伏逆变器（如SG3-10KTL户用机型）中，新型频率鲁棒RC设计方法可增强电网频率波动适应性，降低THD...
降低直流母线电容的两级单相逆变器系统中DAB优化控制
Optimized Control of DAB in Two-Stage Single Phase Inverter System with Reduced DC-Bus Capacitance
Fei Xiong · Qiangfu Feng · Shanfeng Chen · Dong Yan · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年8月
为在两级单相逆变器系统中降低中间直流母线电容同时保持高效率，提出了高直流母线电压纹波和降低直流母线电容条件下双有源桥DAB的优化二倍频功率控制方法。首先基于直流母线电压与电网电压位置关系分析推导出直流母线电压纹波最大允许值的通用近似解析计算方法。然后优化DAB中的二倍频功率和直流母线电压基准以降低整个二倍频周期内DAB的有效值电流。推导出解析表达式形式的最优控制组合。考虑最大电压纹波限制和DAB电流优化，提出优化协调控制方法，在确保逆变器系统稳态和瞬态过程稳定运行的同时最小化DAB有效值电流。
解读: 该DAB优化控制研究对阳光电源储能变流器设计有重要参考价值。降低直流母线电容同时保持高效率的技术目标与阳光ST系列储能变流器的小型化和高功率密度发展方向一致。二倍频功率优化控制方法可应用于阳光单相储能逆变器和户用光伏逆变器的直流母线管理，减小薄膜电容使用量降低成本。解析化的最优控制组合推导为阳光iS...
基于阻抗模型的双环控制策略以减少二次谐波电流并提升两级逆变器动态性能
Impedance Model-Based Dual-Loop Control Strategy for a Two-Stage Inverter With Second Harmonic Current Reduction and Dynamic Performance Improvement
Dong Zhang · Yiming Zhang · Xuhong Wang · IEEE Transactions on Industrial Electronics · 2025年5月
两级单相逆变器的瞬时输出功率在两倍输出电压频率（2fo）处脉动，导致前端直流变换器中产生大量二次谐波电流（SHC）。本文提出一种基于前端直流变换器并联输出阻抗模型的新型双环控制策略，以抑制SHC并提升动态响应。电流环采用比例-积分-谐振控制器（PIRC），在有限带宽下进一步抑制SHC；电压环在主动扰动抑制控制器（ADRC）前向通道中引入陷波滤波器，使截止频率高于2fo，显著改善负载瞬态响应。同时提出逐步闭环参数设计方法，兼顾SHC抑制、相位裕度与动态性能。实验基于1.8 kW样机验证，结果表明所...
解读: 该双环控制策略对阳光电源ST系列储能变流器和车载OBC充电机具有重要应用价值。针对两级单相拓扑中二次谐波电流（2fo）导致的前级DC-DC变换器纹波问题，所提PIRC电流环+ADRC电压环方案可直接应用于储能PCS的DC-AC级联架构，有效降低直流母线电容需求，提升系统功率密度。基于阻抗模型的逐步闭...
一种采用分数频率半周期调制策略的新型五电平混合NPC-ANPC H桥单相逆变器
A Novel Five-Level Hybrid NPC-ANPC H-Bridge Single-Phase Inverter With Fractional Frequency Half-Cycle Modulation Strategy
Xinyuan Zhang · Zhijian Feng · Shuzhe Zhao · Zixiang Sun 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年1月
本文提出了一种新型五电平混合中点钳位（NPC）-有源NPC（ANPC）H桥单相逆变器，通过结合使用硅（Si）器件的NPC臂与碳化硅（SiC）器件的ANPC臂，有效控制SiC器件成本。提出分数频率半周期（FFHC）空间矢量脉宽调制（SVPWM）策略，使NPC臂开关器件工作于基频，ANPC臂器件仅在半个周期内高频开关，从而提升效率、功率密度与热稳定性。详细阐述了逆变器的工作原理，并建立损耗与热模型以分析器件损耗分布、温度分布及最大结温。实验样机验证了该拓扑在效率、功率密度和热性能方面的优势。
解读: 该混合NPC-ANPC五电平拓扑及FFHC调制策略对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在车载OBC充电机领域，通过Si/SiC混合方案可有效控制成本，同时ANPC臂半周期高频开关策略显著降低开关损耗，提升功率密度，契合车载轻量化需求。在ST储能变流器单相模块设计中，该拓扑的基频开关特性可降低NPC...
基于H∞鲁棒二阶广义积分器的单相逆变器锁相环电网同步方法
H_{\infty} Robust Second-Order Generalized Integrator Phase-Locked Loop for Grid Synchronization of Single-Phase Inverters
Abdullahi Bamigbade · Ahmed Amr Saafan · Adeola Balogun · Abdullateef Bamigbade 等6人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年4月
本文提出了一种基于 $H_{\infty}$ 控制理论的新型设计框架，用于综合锁相环（PLL）的环路滤波器（LF）。以固定频率和频率自适应的二阶广义积分器（SOGI）锁相环为典型案例，在考虑 SOGI 模块对锁相环动态特性影响的情况下，从锁相环的压控振荡器角度对控制问题进行了建模。通过在 $H_{\infty}$ 控制问题中将加权函数指定为锁相环 settling 时间的函数，获得了最优的环路滤波器，以实现锁相环跟踪性能的鲁棒性。此外，借助 Hankel 奇异值近似，在不损失性能的前提下，降低了...
解读: 从阳光电源单相逆变器及储能系统的并网控制需求来看，这篇论文提出的H∞鲁棒二阶广义积分锁相环技术具有重要的应用价值。 **技术价值分析：** 锁相环是逆变器并网同步的核心技术，直接影响系统的电能质量和稳定性。该论文基于H∞控制理论优化环路滤波器设计，相比传统PI控制的锁相环，能在电网电压畸变、频率波...