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芯片参数分散性对多芯片并联SiC MOSFET热安全工作区的影响
Impact of Chip Parameter Mismatch on Thermal Safe Operating Area of Parallel-Connected SiC MOSFETs
蒋馨玉 · 孙鹏 · 唐新灵 · 金锐 等5人 · 电工技术学报 · 2025年1月 · Vol.40
为评估多芯片并联SiC MOSFET在最高结温限制下的热安全工作区（TSOA），提出一种基于芯片-模块-系统级联合电热仿真与输出电流预测模型的评估方法，有效减少仿真次数并经实验验证。采用蒙特卡罗模拟分析芯片参数分散性对TSOA的影响，发现高开关频率下主导因素为阈值电压与栅源电压极差，低频下则为导通电阻与跨导均值。进一步通过TSOA灵敏度进行多目标优化分组，实现TSOA延拓。
解读: 该研究对阳光电源的高功率密度产品设计具有重要指导意义。SiC MOSFET多芯片并联是SG350HX等大功率光伏逆变器和PowerTitan储能系统的关键技术,研究成果可直接指导功率模块选型与分组优化。通过TSOA评估方法可提升产品可靠性设计水平,尤其适用于高开关频率、大电流的应用场景。对于储能双向...
高保真降阶建模方法在中压驱动器及人工智能可兼容系统中的应用
High-Fidelity Reduced Order Modeling Approach for Medium-Voltage Drives and Artificial Intelligence Capable Systems
Bogdan C. Ionescu · Liviu Mihalache · Saeed Asgari · Satyajeet Padhi 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年9月
中压驱动器的热管理设计依赖计算量大且耗时的仿真。本文提出一种基于计算流体动力学（CFD）与降阶模型（ROM）技术相结合的创新方法。引入一种物理信息感知的非侵入式ROM，利用系统的线性时不变（LTI）特性，预测冷却介质流量变化下中压驱动组件的热行为，构建线性参数变化（LPV）ROM。该ROM方法在中压驱动功率变换器上验证，并与实测数据对比，结果表明其在保持精度的同时显著降低计算资源与时耗。该技术为驱动控制器实时嵌入精确热模型提供了可能，推动人工智能系统的发展。
解读: 该高保真降阶建模技术对阳光电源中压产品线具有重要应用价值。在ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统中，SiC功率模块的热管理直接影响系统可靠性和功率密度。该ROM方法可将CFD热仿真从数小时压缩至秒级，使实时热模型嵌入控制器成为可能，实现动态功率解耦和预测性过载保护。对于1500V光伏...
基于LADRC的减小直流电压波动的三相PWM整流器改进型无差拍预测直接功率控制
Improved Deadbeat Predictive Direct Power Control for Three-Phase PWM Rectifier With Reduced DC Voltage Fluctuation Based on LADRC
He Ma · Xuliang Yao · Jingfang Wang · Xinghong Luo 等5人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年12月
针对三相电压源PWM整流器在传统无差拍预测直接功率控制下动态响应慢、稳态有功功率误差等问题，提出一种基于线性自抗扰控制（LADRC）并结合自适应虚拟电容与反馈校正的方法。通过外环引入虚拟有功分量，显著提升负载扰动下的动态响应速度，并消除稳态有功功率误差。详细阐述了所提LADRC-AVCFD策略的参数设计、抗扰能力及稳定性分析。实验结果表明，在1.5 kW样机平台上，稳态有功误差完全消除，直流电压波动降低75%，负载扰动下调节时间缩短81%。
解读: 该LADRC-AVCFD控制策略对阳光电源储能变流器和车载充电机产品具有直接应用价值。在ST系列储能变流器中，75%的直流母线电压波动抑制能力可显著提升电池侧电压稳定性，延长电池寿命；81%的负载扰动响应速度提升对PowerTitan系统的功率快速调节至关重要。在OBC充电机领域，消除稳态功率误差可...
基于物理信息神经网络的参数化热仿真方法用于快速功率模块热设计
A Parameterized Thermal Simulation Method Based on Physics-Informed Neural Networks for Fast Power Module Thermal Design
Yayong Yang · Zhiqiang Wang · Yu Liao · Wubin Kong 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年3月
本文提出一种基于物理信息神经网络（PINNs）的参数化三维热仿真方法，以实现功率模块热设计的快速设计空间探索。利用PINNs能够快速逼近描述功率模块热行为的参数化偏微分方程解的能力，开发了用于碳化硅（SiC）三相半桥功率模块的热场仿真框架，以进行参数化仿真。经过一次无监督训练后，基于PINNs的模型可以快速预测不同输入参数组合下功率模块的热场分布结果。对比结果表明，在不同组合情况下，PINNs的预测结果与COMSOL数值模拟和实验测量结果大致相符。此外，在用于参数优化的大规模设计空间探索任务中，...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项基于物理信息神经网络（PINNs）的参数化热仿真技术具有重要的工程应用价值。作为全球领先的光伏逆变器和储能系统供应商，我们在功率模块热设计方面面临着日益严峻的挑战：一方面，碳化硅（SiC）等新型功率器件的广泛应用使得热管理复杂度显著提升；另一方面，市场对产品快速迭代和定...
基于物理信息生成式深度学习的风力机分层动态尾流建模
Hierarchical dynamic wake modeling of wind turbine based on physics-informed generative deep learning
Qiulei Wang · Zilong Ti · Shanghui Yang · Kun Yang 等6人 · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.378
摘要 随着电力需求的不断增长，风电场的规模远超以往。功率与载荷预测是风电场布局优化中最关键的两个课题。传统的尾流建模方法，如解析模型和计算流体动力学（CFD）模拟，在准确性和效率方面均难以有效应对如此大规模的问题。本研究提出了一种新颖的基于生成式深度学习的风力机分层动态尾流建模方法——PHOENIX（PHysics-infOrmed gEnerative deep learniNg for hIerarchical dynamic wake modeling eXploration），用于捕捉风...
解读: 该深度学习风电尾流建模技术对阳光电源风电变流器及储能系统具有重要价值。通过精准预测风机功率输出的时空特性,可优化ST系列储能PCS的充放电策略,提升风储协同效率。该物理信息神经网络方法可借鉴应用于iSolarCloud平台的预测性维护算法,结合GFM控制技术实现风电场群级功率平滑输出。动态尾流模型的...
航空航天应用中1-MVA三电平ANPC逆变器的实用热解决方案
Practical Thermal Solution for 1-MVA Three-Level ANPC Inverter in Aerospace Applications
Linke Zhou · Mohamed Hefny · Samuel Hemming · Di Wang 等6人 · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年6月
在航空航天应用中，高性能冷却系统对确保电力逆变器在极端工况下的可靠性至关重要。本文提出了一种适用于1-MVA碳化硅三电平有源中点钳位逆变器的实用针翅液冷系统设计。通过有限元分析与计算流体动力学仿真，评估了系统的热-流体性能，在70°C冷却液温度下满足航空环境的散热需求。采用交错针翅结构提升换热效率，兼顾可制造性与成本。对比了串并联冷板配置的流体分布均匀性与经济性，并优化密封设计以防止泄漏。实验验证表明，该系统可有效管理超过7.2 kW的功率损耗，结温低于150°C，压降低，具备高鲁棒性与成本效益...
解读: 该1-MVA三电平ANPC逆变器的针翅液冷方案对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统具有直接应用价值。研究中的交错针翅结构设计和串并联冷板配置优化可提升SiC功率模块在高功率密度场景下的热管理能力，使结温控制在150°C以下，压降更低。该方案的有限元与CFD联合仿真方法可应用...
大型并网电力变压器的地磁感应电流现场试验：分析、建模与仿真
Geomagnetically Induced Current Field Test on Large Grid-Connected Power Transformers: Analysis, Model Development, and Simulations
Adedasola A. Ademola · Roland B. Brandis · Andreas F. Schuetzinger · Bart Simons 等6人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2024年11月
地磁感应电流（GIC）在电力系统中的流动可能导致变压器过热、谐波增加和无功功率需求上升等问题。尽管已有多种仿真模型用于研究其影响，但针对现代变压器设计的实地验证仍较少。本文报道了美国首次对采用压板和拉杆结构的高压并网变压器开展的长时间GIC现场试验。通过实测数据评估GIC效应，并用于建立和验证变压器的热学与电磁暂态（EMT）模型。试验中观察到显著的电流电压畸变及较大的无功损耗。测量分析表明热点位于内绕组，且k因子接近出厂测试值和软件默认值。热仿真显示即使相电流峰值达200 A，变压器仍不超热限。...
解读: 该研究对阳光电源的大型储能和光伏并网产品具有重要参考价值。GIC效应引起的变压器热点、谐波和无功问题，与储能变流器ST系列和光伏逆变器SG系列在大规模并网时面临的挑战高度相关。研究发现的负载调节可降低无功需求的特性，可用于优化PowerTitan储能系统的无功控制策略。同时，文中的EMT建模方法可应...
基于完整冷却回路CFD仿真与实验的自然冷却变压器绕组入口液体温度与流速研究
Investigation of Liquid Temperatures and Velocities at Winding Inlet in Natural Cooled Transformers Through Complete-Cooling-Loop Based CFD Simulations and Experiments
S. C. Zhao · X. Zhang · Q. Liu · Z. D. Wang 等6人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2024年11月
液体温度与流速对估算变压器绕组热点温度至关重要。对于油浸自然冷却变压器（ON/KN），需通过建模完整冷却回路（CCL）来获取该参数。本文建立了基于CCL的计算流体动力学（CFD）模型，并在不同负载、热头及绝缘液体条件下开展实验验证。结果表明，上部油温随功率损耗呈指数增长，底部油温呈线性增长，液相流速近似与功率损耗和热头乘积的平方根成正比。动态黏度是影响ON/KN变压器液体热性能的关键物性参数，不同液体间动态黏度越接近，其温度与流速分布匹配性越好。
解读: 该研究对阳光电源的变流器散热系统设计具有重要参考价值。研究揭示的液体温度分布规律和流速特性可直接应用于ST系列储能变流器、SG系列光伏逆变器的液冷系统优化，特别是大功率产品的散热设计。通过完整冷却回路CFD建模方法，可以更准确预测功率器件及变压器的热点温度，提升产品可靠性。研究发现的动态黏度影响规律...
面向可嵌入数字孪生的功率变换器温度监测体素法
Toward Embeddable Digital Twins - A Voxel-Based Approach for Power Converter Temperature Monitoring
Xianghao Mo · Daniel Ríos Linares · Regina Ramos · Miroslav Vasić · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年2月
提出采用时域有限差分(FDTD)方法的新型体素法用于功率变换器实时三维温度映射。该方法通过数字孪生(DT)提供功率变换器瞬态热行为,为功率变换器健康管理提供先进温度监测解决方案。核心特征是从物理设计到热仿真对功率变换器及其元件进行数字化。采用自适应网格技术应对FDTD计算需求,显著减少功率变换器热仿真所需资源。为确保实时监测在嵌入式系统上实现DT,分析DSP与FPGA适用性,结论是FPGA因热求解器并行化和SoC平台数据管理协同而理想。实验验证所提方法精度误差不高于5%。
解读: 该可嵌入数字孪生温度监测技术对阳光电源功率变换器健康管理有重要创新价值。体素FDTD方法可应用于ST储能变流器和SG光伏逆变器的实时热监测,实现精准温度预测和故障预警。FPGA实现的自适应网格DT对PowerTitan大型储能系统的在线热管理有借鉴意义,可优化散热设计并延长器件寿命。该技术对阳光电源...
通过耦合CFD与降阶热阻网络模型对热管理与阻隔一体化结构的建模与优化
Modelling and optimization of a thermal management and barrier integration structure by coupling CFD and reduced-order thermal resistance network
Yongxi Wu · Anthony Chun Yin Yuen · Chongmao Mo · Xinyan Huang · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.343
摘要 锂离子电池系统的热管理性能及热失控传播（TRP）特性是评估电池安全性的关键因素。本研究提出一种新型热管理与阻隔一体化结构（TMBIS），该结构集成相变材料（PCM）与阻燃（FR）隔热材料，旨在同时实现有效的热管理并抑制锂离子电池模组内的热失控传播。通过将降阶集总参数热阻网络（TRN）模型与计算流体动力学（CFD）模型相耦合，采用多尺度仿真方法，研究了热失控传播的动力学过程，阐明了该结构的保护机制并对其参数进行了优化。结果表明，在PCM与FR层的厚度比和导热系数比分别为0.8和0.5时，相较...
解读: 该热管理与热障一体化结构(TMBIS)技术对阳光电源ST系列储能系统及PowerTitan产品具有重要应用价值。通过相变材料与阻燃材料的集成设计,可显著提升电池模组热失控防护能力,将热蔓延时间延长5-6倍。其CFD与热阻网络耦合的多尺度仿真方法,可直接应用于阳光电源储能PCS的电池热管理系统优化设计...
耦合计算流体动力学与深度强化学习的点吸收式波浪能转换装置在不规则波浪环境中的锁定控制
Latching control of a point absorber wave energy converter in irregular wave environments coupling computational fluid dynamics and deep reinforcement learning
Hao Qin · Haowen Sua · Zhixuan Wen · Hongjian Liangb · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.396
摘要 本文提出了一种新颖的锁定控制模型，该模型耦合计算流体动力学（CFD）与深度强化学习（DRL），以提升点吸收式波浪能转换装置（WEC）的波浪能量捕获性能。首先，构建了一个数值波浪水槽（NWF）以生成不可预测的不规则波浪，并基于CFD模拟WEC与波浪之间的双向耦合作用，从而为DRL输入构建非线性的环境状态空间。同时，设计了一种基于软演员-评论家（Soft Actor-Critic, SAC）算法的训练方法，无需显式参数调节，实现非预测性的锁定控制智能体。其次，利用CFD-DRL耦合模型，在并行...
解读: 该CFD-DRL耦合控制技术对阳光电源储能系统具有重要借鉴价值。论文中SAC算法实现的非预测性控制策略,可应用于ST系列PCS的能量管理优化,通过深度强化学习应对电网波动的非线性特性,类似波浪能转换器应对不规则波浪。多物理场耦合仿真方法可增强PowerTitan储能系统的热管理与功率控制协同优化。该...
一种基于电磁感应的新型固态电热储能系统：概念设计与理论分析
A novel solids-based electro-thermal energy storage system utilizing electromagnetic induction: Conceptual design and theoretical analysis
Weiqin Lua · Xueyu Tanga · Yang Zhanga · Weiliang Wangd 等8人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.340
摘要 电热储能（ETES）技术在高效消纳可再生能源、提升电网灵活性方面展现出巨大潜力。本文提出了一种创新的ETES系统，该系统将电磁感应储热（EIHS）与移动床放热（MBHR）相结合。基于CFD-DEM方法建立了数值模拟模型，用于评估系统的性能和技术可行性。在一个研究案例中，电磁感应加热单元实现了均匀的径向温度分布、可调节的升温速率以及高颗粒体储热密度；而管式移动床换热（MBHE）单元表现出较高的传热强度（678.2–784.6 W/m²/K）。该系统的电能到电能转换效率约为30.78%，未计入...
解读: 该电磁感应固态储热技术为阳光电源储能系统提供了新型长时储能方案参考。其电-热-电转换模式可与ST系列PCS协同,利用谷电或弃光弃风实现削峰填谷。CFD-DEM仿真方法对PowerTitan热管理优化具有借鉴意义,特别是温升速率可调和高传热强度(678-784 W/m²/K)的设计思路。虽然30.78...
基于耦合CFD致动盘与叶素理论的导流罩风力机性能分析
Performance analysis of diffuser-augmented wind turbines through a CFD-based actuator disk method coupled with a Blade-Element approach
R.Bontemp · M.Mann · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.342
摘要 由于导流罩增强型风力机具有提高功率输出的潜力，甚至可能超过贝茨-儒科夫斯基极限，因此正受到越来越多的关注，尤其适用于小规模应用。然而，目前仍缺乏针对此类装置的快速且可靠的分析方法，这在一定程度上阻碍了其广泛应用。本文首次将一种嵌入计算流体力学（CFD）代码中的耦合致动盘/叶素理论模型应用于导流罩增强型风力机的分析，并对所提出的方法进行了全面验证。流场通过雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）求解器获得，而风力机的影响则通过体积分力进行建模，这些力借助叶素方法迭代计算得到。本研究另一个创新之处在...
解读: 该扩散器增强风机的CFD-执行器盘耦合叶片元理论分析方法,对阳光电源风电变流器产品具有重要参考价值。其RANS流场求解与叶片元迭代体力模型的耦合思路,可借鉴至SG系列风电变流器的热仿真优化中:通过CFD模拟变流器内部散热器与风道的流场耦合,结合功率器件发热模型迭代计算温度场分布。特别是其针对叶尖-导...
基于CFD的氢系统中冷器在不同工况与流动对齐条件下的传能强化热液性能分析
CFD-based thermo-hydraulic performance analysis of energy transfer capacity enhancement in intercoolers for hydrogen systems considering operating conditions and flow alignment
Gulenay Alevay Kilic · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.343
摘要 氢燃料电池系统中的热管理对于系统的效率和耐久性至关重要，而中冷器的优化直接影响这些系统的性能。本研究采用三维计算流体动力学（CFD）方法，在多种翅片几何形状、布置方式和运行条件下，对用于氢燃料电池系统中的叉流式水冷中冷器的热液性能进行了全面研究。针对三角形和I形翅片结构，在垂直和水平布置方式下，分别在空气入口温度为353 K和373 K、空气流速从1至12 m/s（涵盖层流到过渡流态）的条件下开展了参数化分析。数值模型通过文献中已有的实验数据进行了验证，平均绝对百分比误差为10.4%。结果...
解读: 该CFD热仿真技术对阳光电源氢能及热管理系统具有重要价值。研究中I型翅片垂直布置在过渡流态下热传递性能提升35%的发现,可直接应用于ST系列储能变流器和充电桩产品的散热优化设计。特别是j/f比优化方法能指导功率器件(SiC/IGBT模块)冷却系统设计,在保证传热效率同时降低泵功耗。建议将该仿真方法集...
一种面向模块化储热系统设计的高效机器学习方法
Computationally effective machine learning approach for modular thermal energy storage design
Davinder Singh · Tanguy Rugamb · Harsh Katar · Kuljeet Singh Grewal · Applied Energy · 2025年1月 · Vol.377
摘要 本研究提出了一种创新性方法，将计算流体动力学（CFD）与机器学习（ML）相结合，用于热能储存（TES）系统的设计与优化。基于使用CFD开展的放热过程参数化分析结果，训练了多种机器学习模型，包括线性回归、K近邻回归（KNN回归）、梯度提升回归（GBR）、XGBoost、LightGBM以及神经网络（NN）。结果表明，神经网络（NN）在预测混凝土和传热流体（HTF）温度随时间变化方面表现最优，是最适合的模型。训练后的机器学习模型为传统的CFD模拟提供了高效的替代方案，能够在不同入口条件、流速和...
解读: 该CFD与机器学习融合技术对阳光电源储能系统具有重要价值。可应用于PowerTitan液冷储能热管理优化,通过神经网络模型替代传统CFD仿真,计算效率提升99%以上。适用于ST系列PCS多模块级联散热设计,快速预测电池簇温度分布。该方法可集成至iSolarCloud平台,实现储能电站热失控预测性维护...
一种基于计算流体力学模拟光伏板在农光互补条件下对微气候影响的创新方法
An innovative method based on CFD to simulate the influence of photovoltaic panels on the microclimate in agrivoltaic conditions
Vernier Joseph · Berlioux Baptiste · Amiot Baptiste · Edouard Sylvain 等10人 · Solar Energy · 2025年1月 · Vol.297
摘要 评估光伏板对太阳辐射和红外辐射、风速以及湍流的影响，对于理解这些光伏板在农光互补（APV）系统中对作物或牲畜的影响，以及在漂浮式光伏（FPV）装置中对水体水库的影响至关重要。然而，目前先进的数值模拟方法通常需要巨大的计算资源，并且很少能同时考虑多种物理现象。本研究提出在计算流体力学（CFD）求解器code_saturne中，于非定常雷诺平均纳维-斯托克斯方程（U-RANS）和离散坐标辐射模型（DOM）内引入源项与汇项的方法，从而实现存在障碍物情况下太阳辐射与红外辐射、风速及湍流的高效时间模...
解读: 该CFD微气候仿真技术对阳光电源农光互补和漂浮光伏系统具有重要价值。可应用于SG系列逆变器在APV场景的热管理优化,通过精确模拟光伏板对风速、辐射和湍流的影响,优化PowerTitan储能系统在复杂微气候下的散热设计。该方法可集成至iSolarCloud平台,实现基于环境参数的预测性维护,提升ST系...
基于热电转换与热催化氧化的新型动力空气净化头盔设计与性能分析
Design and performance analysis of a novel power-air-purification helmet based on thermoelectric conversion and thermal catalytic oxidation
Wei Weia · Chengwen Yanga · Guoyu Zhang · Jie Jib 等5人 · Energy Conversion and Management · 2025年1月 · Vol.346
摘要 随着城市空气污染日益加剧，骑行者暴露于挥发性有机化合物（VOCs）和氮氧化物（NOx）等有害物质中，影响其呼吸系统健康。同时，城市交通环境存在诸多安全隐患，对骑行者构成重大安全风险。为解决上述问题，本文提出一种基于热电转换与热催化氧化的新型动力空气净化头盔。首先，采用计算流体动力学（CFD）模拟方法，分析了进气口曲率对头盔内部流速及出风口风速的影响。当进气口曲率从15°变化至60°，在进气风速为60 km/h条件下，对应的平均出口气流速度分别为59.4 km/h、57.2 km/h、60....
解读: 该热电转换与热催化氧化技术对阳光电源储能及电动车充电业务具有启发价值。其热电转换效率优化思路可应用于ST系列PCS的热管理系统,通过回收功率器件废热提升系统能效。热催化氧化的温度场控制技术可借鉴至GaN/SiC器件的热仿真优化,改善功率密度与转换效率。此外,该自供能净化方案为充电桩站点的环境监测模块...
通过集成太阳能热水器提高光伏板热效率的数值研究
A numerical investigation on improving the thermal efficiency of PV panels through integration with solar water collectors
Moataz M.Abdel-Aziz · Abd Elnaby Kabeel · Abdelkrim Kheli · Mohammed El Hadi Atti 等5人 · Solar Energy · 2025年1月 · Vol.287
摘要 本研究提出一种通过将光伏（PV）板与太阳能热水器集成以提升其热效率的独特方法。研究采用商业计算流体动力学（CFD）分析手段评估系统性能，并对比了两种不同的光伏/热（PV/T）配置方案。配置1为参考组，采用标准PV单元，宽度0.54 m，长度1.20 m。配置2则在保持相同PV面板尺寸的基础上进行了改进，集成了同尺寸的太阳能热水器。该太阳能热水器设计用于实现高效传热，水在泵驱动下以0.01 kg/s的受控质量流量在系统中循环流动。分析结果表明，与参考配置1相比，配置2的热效率显著提高了56....
解读: 该PV/T热管理技术对阳光电源SG系列逆变器及工商业光伏系统具有重要价值。研究显示通过水冷集热器可降低组件温度1.08%,提升电效率2.13%,这与我们MPPT优化策略高度契合。可将热仿真方法应用于1500V高压系统散热设计,结合iSolarCloud平台实现温度预测性维护。同时,回收的热能可为Po...