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电力电子系统的高速有限控制集模型预测控制
High-Speed Finite Control Set Model Predictive Control for Power Electronics
Bartolomeo Stellato · Tobias Geyer · Paul J. Goulart · IEEE Transactions on Power Electronics · 2017年5月
针对电力电子电流参考跟踪的直接模型预测控制（MPC）在长预测时域内面临计算复杂度高的挑战，本文提出了一种基于近似动态规划的高效替代方法。该方法显著降低了计算负担，并实现了更短的采样时间，提升了控制系统的动态响应性能。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线（如组串式/集中式光伏逆变器、PowerTitan/PowerStack储能变流器）具有重要意义。随着电网环境日益复杂，对逆变器控制响应速度和动态性能的要求不断提高，传统的MPC受限于计算资源难以在长时域下应用。该文提出的近似动态规划方法能有效平衡计算性能与控制精度，有助...
最小化电流畸变的模型预测转矩与磁链控制
Model Predictive Torque and Flux Control Minimizing Current Distortions
Petros Karamanakos · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2019年3月
本文提出了一种新型模型预测转矩与磁链控制器，通过控制电磁转矩和转子磁链幅值，推导了加权因子的解析表达式，确保其闭环性能与预测电流控制相当，有效降低了电流和转矩畸变。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线具有显著的优化价值。在组串式光伏逆变器和风电变流器中，通过引入该模型预测控制（MPC）算法，可以有效降低输出电流谐波，提升电能质量，特别是在弱电网环境下能增强系统的鲁棒性。此外，该算法在储能变流器（PCS）的电机驱动或并网控制中，能显著改善动态响应速度和转矩控制精度。建议...
面向中压中点钳位变流器的热约束优化脉冲模式
Thermally Constrained Optimized Pulse Patterns for Medium-Voltage Neutral-Point-Clamped Converters
Tinus Dorfling · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
本文提出了一种在半导体结温上限约束下计算优化脉冲模式的方法。通过推导具有连续一阶导数的优化友好型热模型，将结温建模为脉冲模式开关角的函数，并给出了平均结温、纹波结温及瞬时结温的表达式，从而实现对功率器件热应力的精确控制。
解读: 该技术对阳光电源的中压集中式光伏逆变器及大型储能系统（如PowerTitan系列）具有重要价值。中点钳位（NPC）拓扑是高压大功率变流器的核心，通过将结温约束引入脉冲模式优化，可在保证器件可靠性的前提下，进一步提升逆变器的功率密度和转换效率。建议研发团队将其应用于iSolarCloud运维平台的寿命...
具有受限半导体损耗的优化脉冲模式
Optimized Pulse Patterns With Bounded Semiconductor Losses
Tobias Geyer · Petros Karamanakos · Isavella Koukoula · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年3月
本文提出了一种三电平优化脉冲模式（OPP）计算方法，旨在实现低谐波负载电流畸变（负载友好）与低半导体损耗（变换器友好）的双重目标。通过将导通损耗和开关损耗建模为OPP开关角、变换器电流幅值及相位的函数，实现了损耗的精确优化。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线（如集中式逆变器和大型组串式逆变器）具有极高的应用价值。在光伏逆变器中，三电平拓扑是提升效率和功率密度的关键，通过优化脉冲模式（OPP）在保证电能质量的同时降低开关损耗，可直接提升逆变器的整机效率，降低散热压力，从而延长功率模块寿命。建议研发团队将该算法集成至iSolar...
具有结温约束和松弛特性的三电平优化脉冲模式
Three-Level Optimized Pulse Patterns With Bounded Junction Temperature and Relaxed Properties
Isavella Koukoula · Petros Karamanakos · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年4月
本文提出了一种三电平优化脉冲模式（OPP）计算方法，旨在确保半导体器件的安全运行，从而充分发挥变换器的性能。该方法将半导体器件的结温直接纳入OPP优化问题的约束条件中，并探讨了OPP的对称性特性。
解读: 该研究直接服务于阳光电源的核心产品线，特别是大功率组串式逆变器和PowerTitan/PowerStack储能变流器（PCS）。通过在PWM控制层面直接引入结温约束，可以在不牺牲功率密度的情况下，显著提升三电平拓扑在极端工况下的可靠性，延长器件寿命。建议研发团队将此算法集成至iSolarCloud智...
电力电子多步有限控制集模型预测控制性能研究
Performance of Multistep Finite Control Set Model Predictive Control for Power Electronics
Tobias Geyer · Daniel E. Quevedo · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年3月
本文评估了具有参考跟踪和长预测时域的直接模型预测控制（MPC）性能。以电压源逆变器驱动系统为例，利用改进的球形解码算法高效解决了长时域MPC的优化问题，旨在提升电力电子系统的动态响应与控制精度。
解读: 模型预测控制（MPC）是提升阳光电源组串式逆变器及PowerTitan储能变流器（PCS）动态性能的核心技术之一。长预测时域MPC能显著改善逆变器在弱电网下的电流跟踪精度和抗扰能力。建议研发团队关注文中提到的改进型球形解码算法，以降低高采样频率下的计算负担，从而在现有DSP/FPGA平台上实现更复杂...
有限控制集模型预测控制器设计指南
Guidelines for the Design of Finite Control Set Model Predictive Controllers
Petros Karamanakos · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年7月
本文探讨了有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）在电力电子系统中的应用。尽管该技术因其灵活性受到学术界高度关注，但设计过程中的简化假设常导致性能偏差。本文旨在为FCS-MPC的设计提供系统性指导，以提升其在电力电子变换器中的实际应用效果。
解读: FCS-MPC作为一种先进的控制策略，在阳光电源的组串式光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能变流器（PCS）中具有极高的应用潜力。相比传统PWM控制，FCS-MPC能显著提升变换器在复杂工况下的动态响应速度和稳态精度。建议研发团队利用本文的设计指南，优化PCS在弱电网环境下的电...
具有更低谐波畸变的广义三电平最优脉冲模式
Generalized Three-Level Optimal Pulse Patterns With Lower Harmonic Distortion
Annika Birth · Tobias Geyer · Hendrik du Toit Mouton · Martinus Dorfling · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年6月
最优脉冲模式（OPP）旨在最小化感性负载的谐波畸变。传统分析通常施加四分之一和半波对称性，并限制三电平变换器在基波正半周的开关位置为非负。本文研究了这些限制对谐波性能的影响，并提出了广义最优脉冲模式，以进一步降低三电平变换器的谐波畸变。
解读: 该研究直接优化了三电平逆变器的调制策略，对阳光电源的核心产品线（如组串式逆变器SG系列、集中式逆变器及大型储能PCS）具有极高的应用价值。通过引入广义最优脉冲模式，可以在不增加开关频率的前提下显著降低输出电流谐波，从而减小输出滤波器的体积与成本，提升整机效率。建议研发团队在下一代高功率密度组串式逆变...
中压驱动器的基于梯度的预测脉冲模式控制—第一部分：控制、概念与分析
Gradient-Based Predictive Pulse Pattern Control of Medium-Voltage Drives—Part I: Control, Concept, and Analysis
Mirza Abdul Waris Begh · Petros Karamanakos · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年12月
本文提出了一种针对中压驱动器的控制与调制策略，实现了优异的稳态与动态性能。通过结合优化脉冲模式（OPP）与直接模型预测控制（MPC），充分发挥了两者在最小化定子电流总需求畸变（TDD）及实现快速瞬态响应方面的优势。
解读: 该技术对阳光电源的中压集中式光伏逆变器及大型储能变流器（如PowerTitan系列）具有重要参考价值。在兆瓦级大功率应用中，降低谐波畸变（TDD）与提升动态响应速度是核心竞争力。通过引入基于梯度的预测脉冲模式控制，可进一步优化大功率变流器的开关损耗与输出电能质量，提升系统在复杂电网环境下的稳定性。建...
用于补偿电网电压畸变的实时优化脉冲模式
Real-Time Optimized Pulse Patterns to Compensate for Distorted Grid Voltages
Ellis Tsekouras · Ricardo P Aguilera · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2026年3月
针对高功率变换器，优化脉冲模式（OPPs）在低开关频率下具有优异的谐波性能。传统OPPs设计基于理想电网假设，但在实际应用中，电网电压畸变会影响其性能。本文提出了一种实时优化脉冲模式的方法，以补偿电网电压畸变，提升变换器在复杂电网环境下的电能质量。
解读: 该技术对阳光电源的集中式光伏逆变器及大型储能变流器（如PowerTitan系列）具有重要意义。在高压大功率应用场景下，降低开关频率以减少损耗是提升效率的关键，而OPP技术能有效平衡效率与谐波性能。针对弱电网或畸变电网环境，该实时优化算法能显著提升阳光电源产品的并网电能质量，增强系统在复杂电网下的稳定...
模块化多电平变换器的模型预测直流控制：建模、分析与实验评估
Model Predictive Direct Current Control of Modular Multilevel Converters: Modeling, Analysis, and Experimental Evaluation
Baljit S. Riar · Tobias Geyer · Udaya K. Madawala · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年1月
本文提出了一种针对模块化多电平变换器（M2LC）的单控制器方案，基于具有长预测时域的模型预测直接电流控制（MPDCC）。该方法简化了传统分层控制架构，通过单一控制回路同时实现负载电流与环流的有效控制，并进行了建模分析与实验验证。
解读: 模块化多电平变换器（M2LC）技术在阳光电源的大型地面光伏电站集中式逆变器及高压储能系统（如PowerTitan系列）中具有潜在应用价值。该论文提出的MPDCC控制策略能够有效简化多电平拓扑的复杂控制逻辑，提升环流抑制能力，从而优化系统动态响应和功率密度。建议研发团队关注该长预测时域算法在降低计算复...
计算高效的固定开关频率直接模型预测控制
Computationally Efficient Fixed Switching Frequency Direct Model Predictive Control
Qifan Yang · Petros Karamanakos · Wei Tian · Xiaonan Gao 等7人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年3月
本文提出了一种用于驱动系统的直接模型预测控制（MPC）方法。该算法在保持直接控制器快速动态响应特性的同时，实现了优于传统线性控制器加调制器的稳态性能，并有效确保了开关频率的固定，解决了传统MPC开关频率不固定带来的谐波频谱分布不均问题。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线具有极高的应用价值。在光伏逆变器（组串式/集中式）及储能变流器（PCS）领域，传统MPC虽动态响应快，但开关频率波动导致输出谐波难以滤波。该研究提出的固定开关频率MPC方案，能够显著优化逆变器输出电能质量，降低滤波器设计难度，提升系统效率。建议研发团队将其引入iSolar...
基于小信号建模的广义模型预测脉冲模式控制—第2部分：实现与分析
Generalized Model Predictive Pulse Pattern Control Based on Small-Signal Modeling—Part 2: Implementation and Analysis
Tinus Dorfling · Hendrik du Toit Mouton · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年9月
本文提出了一种适用于高阶变换器系统的模型预测脉冲模式控制器，并在低成本FPGA上进行了实现。研究展示了如何通过简化控制算法中二次规划问题的计算，实现资源高效的部署。该算法通过硬件在环测试进行了验证。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线（如组串式逆变器、集中式逆变器及PowerTitan储能变流器）具有重要参考价值。模型预测脉冲模式控制（MP3C）能有效优化高阶变换器的动态响应与谐波性能，特别是在高功率密度设计中，通过FPGA实现资源优化，有助于降低硬件成本并提升控制精度。建议研发团队关注该算法在复杂电...
基于小信号建模的广义模型预测脉冲模式控制—第1部分：算法
Generalized Model Predictive Pulse Pattern Control Based on Small-Signal Modeling—Part 1: Algorithm
Tinus Dorfling · Hendrik du Toit Mouton · Tobias Geyer · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年9月
本文提出了一种适用于高阶线性系统（如带LC滤波器的变换器）的优化脉冲模式模型预测控制器。该控制器通过小信号线性化方法，将优化脉冲模式的开关时间修改近似为脉冲强度，从而实现对变换器输出的精确控制。
解读: 该算法对于阳光电源的核心业务——光伏逆变器和储能变流器（PCS）具有极高的应用价值。在PowerTitan等大功率储能系统及大型组串式逆变器中，LC滤波器被广泛使用，该控制策略能有效提升系统在弱电网下的动态响应速度和电能质量。建议研发团队将其应用于iSolarCloud智能运维平台下的高频控制算法优...
关于有限控制集模型预测控制中范数选择的研究
On the Choice of Norm in Finite Control Set Model Predictive Control
Petros Karamanakos · Tobias Geyer · Ralph Kennel · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年8月
本文探讨了电力电子领域有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）中目标函数范数的选择问题。虽然ℓ1范数因计算简单常被采用，但可能导致性能下降及闭环不稳定性。文章深入分析了其根本原因，并对比了ℓ2范数在参考跟踪性能与系统稳定性方面的优势。
解读: FCS-MPC是阳光电源组串式逆变器及PowerTitan系列储能变流器（PCS）实现高性能动态响应的核心算法之一。该研究指出的范数选择对稳定性的影响，对优化我司产品的控制算法至关重要。在弱电网环境下，通过合理选择目标函数范数，可有效提升逆变器在复杂工况下的鲁棒性，减少谐波畸变。建议研发团队在iSo...
基于FPGA的非递归球形解码长时域有限控制集模型预测控制
Long-Horizon Finite-Control-Set Model Predictive Control With Nonrecursive Sphere Decoding on an FPGA
Tinus Dorfling · Hendrik du Toit Mouton · Tobias Geyer · Petros Karamanakos · IEEE Transactions on Power Electronics · 2020年7月
本文提出了一种在FPGA上实现长时域有限控制集模型预测控制（FCS-MPC）的方法。通过开发一种非递归球形解码算法来求解底层的最小二乘整数规划问题，该算法利用问题结构减少了乘法器需求，能在极短时钟周期内计算出最优解，实现了资源高效的控制方案。
解读: 该技术对阳光电源的核心产品线（组串式/集中式光伏逆变器、PowerTitan/PowerStack储能变流器）具有极高的应用价值。FCS-MPC在提升逆变器动态响应速度和电能质量方面表现优异，但计算负担重。本文提出的非递归球形解码算法有效解决了FPGA资源占用与计算延迟的矛盾，使得长时域预测控制在商...
模块化多电平变换器连续降阶模型的局限性与精度分析
Limitations and Accuracy of a Continuous Reduced-Order Model for Modular Multilevel Converters
Andres M. Lopez · Daniel E. Quevedo · Ricardo P. Aguilera · Tobias Geyer 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2018年7月
本文分析了模块化多电平变换器（MMC）降阶模型的局限性，阐明了其模型精度与运行频率及变换器参数之间的关系。虽然降阶模型简化了MMC的分析并提供了行为洞察，但其精度受多种因素制约。
解读: MMC拓扑在大型光伏电站及高压直流输电（HVDC）领域具有重要应用潜力。阳光电源在大型集中式逆变器及储能系统（如PowerTitan系列）中，对变换器的动态响应和控制精度要求极高。本文提出的降阶模型精度分析方法，有助于研发团队在进行大规模并网系统仿真时，在计算效率与控制精度之间取得平衡。建议在开发高...
中压驱动器基于梯度的预测脉冲模式控制—第二部分：性能评估
Gradient-Based Predictive Pulse Pattern Control of Medium-Voltage Drives—Part II: Performance Assessment
Mirza Abdul Waris Begh · Petros Karamanakos · Tobias Geyer · Qifan Yang · IEEE Transactions on Power Electronics · 2022年12月
本文评估了基于梯度的预测脉冲模式控制（GP3C）在中压变速驱动系统中的性能，该系统由三电平中点钳位（NPC）逆变器和中压感应电机组成。通过硬件在环（HIL）测试和广泛的仿真研究，验证了该控制策略在提升系统动态响应与稳态性能方面的有效性。
解读: 该技术主要针对三电平NPC拓扑及中压驱动应用，与阳光电源的集中式光伏逆变器及大型储能变流器（如PowerTitan系列）所采用的功率拓扑高度契合。GP3C控制策略在优化开关频率、降低谐波畸变及提升系统动态响应方面具有显著优势。建议研发团队关注该算法在大型光伏电站及储能系统并网控制中的应用潜力，特别是...
一种针对LCL滤波中压并网变流器的预测参考模型预测直接电流控制策略
A Model Predictive Direct Current Control Strategy With Predictive References for MV Grid-Connected Converters With LCL-Filters
James Scoltock · Tobias Geyer · Udaya K. Madawala · IEEE Transactions on Power Electronics · 2015年10月
本文提出了一种针对中压中点钳位（NPC）变流器的新型模型预测直接电流控制（MPDCC）策略。该策略通过引入虚拟电阻（VR）概念，有效解决了LCL滤波器的谐振阻尼和电流谐波衰减问题。该方法在保证系统快速动态响应的同时，显著提升了中压并网系统的稳定性和电能质量。
解读: 该研究对于阳光电源的中压集中式光伏逆变器及大型储能变流器（如PowerTitan系列）具有极高的参考价值。中压并网场景下，LCL滤波器的谐振抑制是提升系统可靠性的关键。MPDCC-VR策略通过算法层面实现阻尼优化，可减少硬件损耗并提升控制带宽，有助于阳光电源在弱电网环境下进一步优化逆变器性能。建议研...
电力变换器长预测时域有限控制集模型预测控制问题的计算分析
Computational Analysis of the Long Horizon FCS-MPC Problem for Power Converters
Eduardo Zafra · Sergio Vazquez · Tobias Geyer · Ricardo P. Aguilera 等6人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2024年10月
针对电力变换器的长预测时域有限控制集模型预测控制（LPH-FCS-MPC）问题，本文提出将其重构为盒约束整数最小二乘（ILS）问题。通过球形译码方法求解，无需穷举搜索，从而有效降低了计算复杂度，为高性能电力电子控制提供了新思路。
解读: 该研究直接优化了FCS-MPC算法的计算效率，对阳光电源的核心产品线具有显著价值。在组串式光伏逆变器和PowerTitan/PowerStack储能变流器（PCS）中，采用长预测时域MPC可显著提升动态响应性能和电能质量。通过引入球形译码等高效算法，可以在不增加硬件算力成本的前提下，实现更复杂的控制...
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