PID passivity-based droop control of power converters: Large-signal stability, robustness and performance
我们提出了一个完整的审查PID无源性为基础的控制器（PBC）应用于电力电子变换器，讨论的局限性，前所未有的优点和潜在的改进方面的大信号稳定性，鲁棒性和性能。我们提供四个主要贡献。标称的情况下，首先被认为是它示出，在完美的系统参数的知识的假设下，PID-PBC是能够保证全局指数稳定的任何正增益的期望的操作点。其次，我们分析了鲁棒性的控制器的参数不确定性的一类特定的功率变换器，通过建立精确的稳定裕度。第三，我们提出了一个修改的控制器，通过引入泄漏，以克服一些固有的性能和鲁棒性的限制。有趣的是，这种控制器可以在稳态下被解释为输入和被动输出之间的下垂，类似于传统的主控制器。第四，我们通过适当的单调变换的控制器的控制输入的饱和鲁棒设计。所得到的结果进行了深入的讨论和验证的模拟两个相关的电源应用：DC/DC升压转换器和HVDC并网电压源转换器。
2021-09-22 cs.SY eess.SY
Dynamic Passivity Multipliers for Plug-and-Play Stability Certificates of Converter-Dominated Grids
The University of Sydney（悉尼大学）；Imperial College London（帝国理工学院）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
本文提出动态被动乘数方法，通过电导信息实现逆变器主导电网的即插即用稳定性认证，无需修改控制器设计，扩大了稳定性认证区域。
2026-02-09 cs.SY eess.SY
Output Series-Parallel Connection of Passivity-Based Controlled DC-DC Converters: Generalization of Asymptotic Stability
直流-直流转换器的串并联技术被用于电气工程的各个领域，以改善功率转换。以往的研究已经提出并分类了串联变流器的控制方案。然而，它们有一些限制，缺乏多样性。本文的目的是提出基于无源性控制（PBC）的DC-DC变换器的不同输出串并联连接。证明了PBC控制的输出串联变流器是渐近稳定的。输出串联换流器的数值模拟，以确认渐近稳定。PBC被证明是保持稳定的输出串联换流器与不同的电路拓扑结构，参数和稳态。本文的结果在理论上支持了前人研究中的数值和实验考虑，并证明了串并联连接的进一步推广。
2021-01-28 cs.SY eess.SY math.DS
Passivity-Based Decentralized Criteria for Small-Signal Stability of Power Systems with Converter-Interfaced Generation
随着转换器接口分布式发电系统的日益普及，为这些设备指定本地符合性标准以确保互连系统的小信号稳定性将是有利的。设备导纳的无源性，这是一个本地标准的例子，以前已经使用，以避免这些设备之间的谐振和轻微阻尼的振荡模式的网络。典型的有功和无功功率控制策略，如下垂控制和虚拟同步发电机控制，本质上违反了在低频导纳的无源性约束，虽然这并不一定意味着互联系统将是不稳定的。因此，导纳的无源性不适合作为由其宽带模型表示的器件的稳定性判据。为了克服这个问题，本文提出了使用的标准的基础上，在较高的频率和一个替代的传递函数在较低的频率导纳。替代表示法使用有功功率和无功功率以及电压的极性分量的导数作为接口变量。为了允许在低频率和高频率下的单独分析，装置动态应表现出慢-快分离;这被提议作为附加约束。遵守所提出的标准并不繁重，并且很容易通过频率响应分析进行验证。
2022-07-20 cs.SY eess.SY
Krasovskii Passivity for Sampled-data Stabilization and Output Consensus
本文提出采样离散时间非线性系统的Krasovskii无源性概念，基于该方法设计镇定和带未知恒定扰动的输出一致性采样数据控制器，经两类直流微网仿真验证有效。
2023-06-16 cs.SY eess.SY
Voltage regulation in buck--boost coniverters feeding an unknown constant power load: an adaptive passivity-based control
配电系统和可再生能源的快速发展拓宽了直流-直流降压-升压变换器在直流电压调节中的应用。应用包括车辆电力系统、在低电压下发电的可再生能源以及直流微电网。应注意的是，在这些应用中的转换器的级联连接可能会导致不稳定性，这是由于充当负载的转换器具有恒定功率负载（CPL）行为的事实。在本文中，一个降压-升压转换器的输出电压调节问题的CPL供电解决。反馈控制器的构造是基于互联和阻尼分配控制技术。此外，提出了一种浸入和不变性参数估计器在线计算提取的负载功率，这是在实际应用中难以测量。通过设计确保期望的操作点是（局部）渐近稳定的，具有保证的吸引域。该方法通过计算机仿真和实验原型验证。
2019-09-10 cs.SY eess.SY
Reduced Switching-Frequency Modulation Design for Model Predictive Control Based Modular Multilevel Converters
本文提出了一种新的开关算法的模块化多电平变换器（MMC），显着降低开关频率，同时满足其正常运行所需的所有控制目标。与传统的电容器电压平衡策略不同，除了子模块（SM）电容器电压，该算法在排序过程中考虑以前的开关状态。该算法被应用到一个七电平背靠背MMC-HVDC系统，并在各种运行条件下进行了测试。观察到开关频率的显着降低，对子模块电容器电压的影响微不足道。
2019-12-18 cs.SY eess.SY
A Novel Optimal Modulation Strategy for Modular Multilevel Converter Based HVDC Systems
与传统转换器不同，模块化多电平转换器（MMC）具有更高的开关频率-这对转换器损耗和可靠性等重要参数有直接影响-主要是由于开关元件数量的增加。然而，传统的开关技术，其中子模块排序只是基于电容器电压平衡，不能够实现开关频率降低的目标。提出了一种新的模块化多电平变换器（MMC）调制算法，通过定义一个约束多目标优化模型来降低MMC操作的开关频率。优化的开关算法结合了MMC的正常运行所需的所有控制目标，并增加了新的约束条件，以限制在每个时间步长的子模块开关事件的数量。变化的严重性的约束导致在MMC开关算法的可控性，以权衡电容器电压调节和开关频率降低之间的期望水平。最后，针对一个七电平背靠背MMC-HVDC系统在各种运行条件下，所提出的算法的性能进行了验证。
2019-12-18 cs.SY eess.SY
Passivity-based design and analysis of phase-locked loops
我们考虑一个并网的电压源型变换器（VSC）和解决的问题，估计电网的角度和频率，信息是必不可少的适当的操作的转换器。我们设计的锁相环（PLL）算法，保证稳定性的假设下，电网的特点是相对较高的短路比（SCR）和惯性。特别是，我们使用无源性参数推导出传统同步参考系（SRF）和反正切（ATAN）PLL的一般化，它们是功率应用中的标准解决方案。该分析进一步扩展到VSC连接到低惯性电网的情况下，确保在频率变化的情况下算法的鲁棒性。在包括电网、VSC和相关控制器的基准测试中验证了结果。
2022-07-18 cs.SY eess.SY
A DC-Autotransformer based Multilevel Inverter for Automotive Applications
本文提出了一种新型的多电平逆变器的汽车应用。该拓扑由一个模块化DC-DC变换器和一个抽头选择器组成，其中DC-DC变换器提供多个DC输出电平，抽头选择器通过选择来自DC-DC变换器的不同DC输出信号来产生AC信号。为了产生DC电平，DC-DC转换器由模块化结构组成，其中模块串联连接。新颖之处在于，模块连接，磁在AC域和电在DC域。由于在模块中使用低功率开关，所提出的结构提供了高效率。此外，DC-DC转换器能够自平衡其模块，因此不需要产生高功率密度的大电容器。所提出的转换器的原型建立和仿真，以及实验结果，被用来验证的结果。
2020-11-24 cs.SY eess.SY
Variable Slope Trapezoidal Circulating Current Injection to Attenuate Capacitor Voltage Ripple in Modular Multilevel Converter Based Variable Speed Motor Drives Application
使用基于模块化多电平变换器的恒转矩变速电机驱动器的主要挑战是在低基频操作时子模块电容器电压纹波（SM-CVR）增加，这是由于SM-CVR与操作频率之间的反比关系。为了解决这个问题，一个可变斜率梯形环流（CC）与方波共模电压（CMV）一起注入。与正弦CC和正弦CMV注入相比，所提出的注入技术可以在0%至50%的范围内降低CC的峰值，从而减小器件应力并提高效率。给出了该技术的仿真结果，并与现有的喷射技术进行了比较，以显示其优越性
2022-02-03 cs.SY eess.SY
Inverse Optimal Control and Passivity-Based Design for Converter-Based Microgrids
本文利用逆最优控制理论，为基于逆变器的微电网提出一组充分局部条件，确保分散控制策略既是网络最优解又满足无源性，并通过线性矩阵不等式实现，直流微电网案例验证了其可行性。
2023-05-15 cs.SY eess.SY math.OC
Voltage Control of the Boost Converter: PI vs. Nonlinear Passivity-based Control
本文分析了Boost变换器PI控制的复杂不稳定动态，提出三种基于无源性原理的非线性电压反馈控制器，通过简单增益调谐确保渐近稳定和平滑瞬态。
2025-05-29 cs.SY eess.SY
High-Bandwidth, Low-Computational Approach: Estimator-Based Control for Hybrid Flying Capacitor Multilevel Converters Using Multi-Cost Gradient Descent and State Feedforward
本文提出一种基于估计器的混合飞跨电容多电平变换器控制框架，结合闭环与开环动力学的混合估计、多代价梯度下降和状态前馈，实现高带宽、低计算量的飞跨电容电压估计与主动均衡控制。
2024-11-22 cs.SY eess.SY
Selective Harmonic Elimination in a Cascaded H-Bridge Multilevel Inverter fed by High-Frequency Isolated DC-DC Converter
近年来，多电平逆变器由于其诸多优点而得到广泛应用。由于多电平逆变器在需要宽电压范围的工业和应用中的普及，实现高质量电压存在许多挑战。为了解决多电平逆变器中的谐波问题，人们进行了大量的研究。在这项研究中，脉冲宽度调制（PWM）已被提出作为一种开关方法。利用选择性谐波消除技术，逆变器的开关可以在低频下进行，并且，这种方法可以显著地减少讨厌的谐波。然而，在较低的调制指数，消除这样的谐波是具有挑战性的，导致输出电压失真的相当大的增加。这项研究提出了一种解决问题的方法。在本研究中，提出了一种具有可变直流环节的多电平逆变器中的选择性谐波消除方法。本研究中的直流环节变量法是使用高频隔离式DC-DC转换器。在一个5电平级联H桥逆变器上，采用粒子群优化算法求解SHE-PWM方法，验证了该方法的有效性。
2021-04-24 cs.SY eess.SY
Exponential Weighting Model Predictive Control with Observer for Modular Multilevel Converters
TU Delft（代尔夫特理工大学）；IIT (BHU)（印度理工学院（贝拿勒斯印度教大学））；University of Illinois（伊利诺伊大学）
提出一种带指数代价函数的模型预测控制方案与观测器，增强模块化多电平换流器动态性能，解决大预测步长导致的数值病态问题，并保证闭环稳定性。
2026-06-16 cs.SY eess.SY
Harmonic State Space Modeling of a Three-Phase Modular Multilevel Converter
Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）；Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）
本文提出了一种用于三相模块化多电平变换器的谐波状态空间建模方法，以准确捕捉内部谐波动态和频率耦合。
2017-06-29 cs.SY eess.SY
Krasovskii's Passivity
University of Groningen（格罗宁根大学）；Hiroshima University（广岛大学）
本文提出了一种新的被动性概念，称为Krasovskii的被动性，并为系统具有这种被动性提供了充分条件。基于此条件，研究了具有Krasovskii被动性的端口哈密顿系统和梯度系统类别。此外，提供了一种基于Krasovskii被动性的新型互连控制技术，该技术即使在无法构造标准被动性控制器的情况下也能使用，通过Boost转换器和并联RLC电路的例子进行了演示。
2019-06-22 cs.SY eess.SY
A non-invasive fault location method for modular multilevel converters under light load conditions
提出了一种考虑轻载条件的模块化多电平变流器（MMC）无创故障定位方法。MMC的现有技术故障定位方法通常在满负荷条件下开发和验证。而在轻载时，子模块开关发生开路故障时，故障臂电流将被抑制为单极电流。这导致健康和故障子模块的电容电压以相同的变化上升或下降，增加了故障定位的难度。所提出的注入二阶环流的方法将重建MMC的双极臂电流，并扩大健康和故障SM之间的电容器电压偏差。结果，故障定位时间显著缩短。仿真结果表明，该方法的故障定位时间比无二阶环流注入时缩短了1/6。
2022-08-16 cs.SY eess.SY
Active Damping of a DC Network with a Constant Power Load: An Adaptive Passivity-based Control Approach
Laboratoire des Signaux et Systèmes, CNRS-Supélec（信号与系统实验室，CNRS-苏佩莱克）；Institute of Industrial and Control Engineering (IOC), Universitat Politècnica de Catalunya（加泰罗尼亚理工大学工业与控制工程研究所）；Key Laboratory of Measurements and Control of Complex Systems of Engineering, Ministry of Education, School of Automation, Southeast University（东南大学自动化学院复杂工程系统测量与控制教育部重点实验室）
本文提出非线性自适应控制器以提高含未知恒定功率负载的小型直流网络稳定性。通过在馈电端与恒定功率负载之间加入可控DC-DC功率转换器，利用被动控制与沉浸不变理论设计控制律，通过仿真验证性能。
2018-09-13 cs.SY eess.SY
Impedance Analysis of Modular Multilevel Converter Based on Harmonic State-Space Modeling Method
Shanghai Jiao Tong University（上海交通大学）；Norwegian University of Science and Technology（挪威科技大学）
本文提出基于谐波状态空间建模方法的模块化多电平变换器阻抗分析方法，用于研究其谐波耦合行为及小信号阻抗特性，通过仿真和实验验证了模型的准确性。
2017-05-02 cs.SY eess.SY
Safety Filter for Limiting the Current of Grid-Forming Matrix Modular Multilevel Converters
本文提出基于控制屏障函数的安全滤波器，以二次规划实时限制构网型矩阵模块化多电平换流器故障电流，并通过平方和优化离线提供安全证明，在保持构网行为的同时实现平滑恢复。
2025-03-13 cs.SY eess.SY
General Impedance Modeling for Modular Multilevel Converter with Grid-forming and Grid-following Control
针对现有MMC阻抗模型缺乏显式表达式和通用流程的问题，提出基于LTP理论、适用于构网/跟网型控制的通用显式阻抗建模方法，明确子模块电容对阻抗差异的影响，并通过仿真验证其有效性与通用性。
2024-08-19 cs.SY eess.SY
AI-Driven Phase-Shifted Carrier Optimization for Cascaded Bridge Converters, Modular Multilevel Converters, and Reconfigurable Batteries
本文提出一种AI驱动的神经网络方法，以极低计算负担实时优化PSC-PWM中各载波移相角，并设计可复用扩展策略，在级联桥式变换器、模块化多电平变换器和可重构电池中显著降低纹波与谐波畸变，且比传统优化器快10万至50万倍。
2025-11-06 cs.SY eess.SY
Exploiting Monotonicity to Design an Adaptive PI Passivity-Based Controller for a Fuel-Cell System
本文利用燃料电池极化曲线的单调性，为燃料电池升压变换器系统设计了基于无源性的PI控制器，并通过结合梯度下降与浸入与不变性算法的混合估计器实现自适应参数辨识，实验验证了其在负载脉动和参考电压变化下的有效性。
2024-08-30 cs.SY eess.SY
An Enhanced Submodule for Modular Multilevel Converters With DC Fault-Clearing Capability
Shenzhen Technology University（深圳理工大学）；University of Waterloo（滑铁卢大学）
针对二极管箝位子模块电容减半的缺点，提出一种增强子模块，在相同储能容量下总电容减少75%，且少用一个二极管，实验验证了其直流故障电流抑制与恢复正常运行的能力。
2026-11-09 cs.SY eess.SY
Improved Decoupled Control of Modular Multilevel Converter under Constaint of Nearest Level Modulation via Disturbance Observer Design
Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul National University（首尔大学电气与计算机工程系）
针对少量子模块下NLM量化误差导致MMC间接解耦控制失效的问题，本文提出基于DOB的控制策略，主动补偿NLM桥臂电压合成误差，无需改动原有结构，仿真与实验验证了其有效性。
2025-11-18 cs.SY eess.SY
Modular Multilevel Converter with Sensorless Diode-Clamped Balancing through Level-Adjusted Phase-Shifted Modulation
级联H桥和模块化多电平变换器（MMC）在可再生能源发电、储能和电动机驱动中的新兴应用正在兴起。然而，它们众所周知的优势是以复杂的平衡，高带宽隔离监控和众多传感器为代价的，这些传感器可能会阻止MMC扩展到高度成本驱动的市场。因此，研究的一个明显趋势是开发较少依赖于测量并从简单控制中受益的控制和拓扑结构。二极管箝位拓扑被认为是更适用的解决方案之一。二极管箝位拓扑的主要问题是它只能在一个方向上平衡串的模块电压;因此，它不能提供完全平衡的操作。本文提出了一种有效的平衡技术，二极管钳位拓扑。提出的解决方案利用直流分量的臂电流通过引入一个对称的电平调整相移调制方案，并确保平衡电流始终在正确的方向流动。这种方法的主要优点是无传感器操作，没有额外的计算和控制工作，和低的总成本。分析和详细的模拟提供洞察系统的操作以及新的平衡技术和实验结果证实了所提供的讨论。
2020-09-23 cs.SY eess.SY
Decoupled Internal Energy Regulation and Inertial Response Provision for Grid-Forming Multilevel-Converter-Based E-STATCOMs
Kyungpook National University（庆北国立大学）；Seoul National University（首尔国立大学）
本文提出了一种解耦内部能量调节与惯性响应的控制策略，用于多级换流器基E-STATCOMs，以提高电网稳定性并减少储能循环。
2026-02-19 cs.SY eess.SY
Model-Based Adaptive Control of Modular Multilevel Converters
本文提出了模块化多电平变换器（MMCs）的面向功率模型与谐波分析，并设计了一种新的基于模型的自适应控制方案，可实时确定最优平均电容电压参考值，在最小化负载电流谐波含量的同时实现所需负载电流的精确跟踪。
2024-05-10 cs.SY eess.SY math.DS
Whale Optimization Algorithm-based Fractional Order Fuzzy Type-II PI Control for Modular Multilevel Converters
本文提出一种基于鲸鱼优化算法优化的无模型分数阶模糊二型PI控制策略，通过自适应调整增益和引入分数阶数学，有效提升了并网模块化多电平换流器在电压扰动等复杂工况下的功率跟踪精度与稳定性。
2024-04-29 cs.SY eess.SY
A Comparative Evaluation of Power Converter Circuits to Increase the Power Transfer Capability of High Voltage Transmission Lines
由于电压降和暂态稳定性的限制，长度大于80 km的交流输电线路不能使用其最大容量。如果降低能量传输的电频率，就可以克服在传输线中使用导体的这种低效方式。这就是为什么这项工作的重点是比较模块化多电平矩阵转换器（MMMC）和背靠背模块化多电平转换器（BTB-MMC），拓扑结构已显示出质量的频率转换器。为了进行比较，每个拓扑结构的分析模型用于将设计考虑因素与其操作变量相关联。要比较的方面包括半导体的要求、所需的电抗元件、工作损耗和容错能力。详细的设计方程，EMTP模拟，和比较表。
2021-02-08 cs.SY eess.SY
Multivariable control of modular multilevel converters with convergence and safety guarantees
本文针对模块化多电平换流器电流控制提出基于物理信息变换与线性矩阵不等式的多变量静态反馈增益设计方法，保证跟踪误差、稳定性与约束满足，并通过仿真和AC/AC MMC原型验证其在电动汽车超快速充电中的有效性。
2024-03-27 cs.SY eess.SY
Correct-by-design Control Synthesis for Multilevel Converters using State Space Decomposition
SATIE, ENS Cachan & CNRS（巴黎高等师范学校卡尚分校 SATIE 实验室与法国国家科学研究中心）；LSV, ENS de Cachan & CNRS（巴黎高等师范学校卡尚分校 LSV 实验室与法国国家科学研究中心）
本文提出利用状态空间分解方法，设计多级转换器的正确性控制，通过形式化方法确保转换器在预设安全范围内运行，验证了5级和7级飞 capacitor 结构转换器的可行性。
2014-07-15 cs.SE cs.SY eess.SY
Differentiation and Passivity for Control of Brayton-Moser Systems
University of Notre Dame（圣母大学）；University of Groningen（格罗宁根大学）；Indian Institute of Technology-Madras（马德拉斯印度理工学院）
本文研究了基于布拉顿-摩瑟框架建模的电阻-电感-电容（RLC）电路及开关RLC（s-RLC）电路，提出了一种新的被动性性质，利用Krasovskii型李雅普诺夫函数作为存储函数，并通过输出整形和输入整形方法设计电压控制器以调节RLC和s-RLC电路的电压，理论证明了这两种方法的全局渐近收敛性和对负载不确定性鲁棒性。
2020-03-02 cs.SY eess.SY
Generalized Voltage-based State-Space Modelling of Modular Multilevel Converters with Constant Equilibrium in Steady-State
Norwegian University of Science and Technology (NTNU)（挪威科技大学）；Université Lille, Centrale Lille, Arts et Métiers, HEI（里尔大学、中央里尔学院、国立工艺学院、高等工程学院）；SINTEF Energy Research（辛特夫能源研究）
本文提出一种基于上臂和下臂电压之和与差的广义状态空间模型，用于描述在稳态下具有恒定平衡点的模块多电平变换器，通过分离多重频率分量以避免稳态中包含多重频率的变量，利用三种不同频率的Park变换实现状态变量在稳态下恒定，适用于控制设计和特征分析。
2017-06-15 cs.SY eess.SY
Decentralized Parametric Stability Certificates for Grid-Forming Converter Control
ETH Zurich（苏黎世联邦理工学院）；Tsinghua University（清华大学）；Zhejiang University（浙江大学）；Caltech（加州理工学院）
本文提出去中心化框架以保证未来电网中电网形成转换器的小信号稳定性，通过动态环移技术补偿网络动态的被动性缺陷，建立去中心化参数稳定性证书，结合本地设备级控制和网络效应，实现无需集中协调的即插即用操作。
2026-06-09 cs.SY eess.SY
Output Voltage Regulation of a Fuel Cell/Boost Converter System: A PI-PBC Approach
在本文中，我们考虑的问题，质子交换膜燃料电池连接到一个不确定的负载，通过升压转换器的电压调节。我们表明，尽管在燃料电池的电流-电压行为的固有的非线性，燃料电池/升压转换器系统的电压可以被调节与一个简单的比例积分（PI）的行动，设计以下的{基于无源性的控制（PBC）的方法。所考虑的系统包括一个DC-DC转换器接口的燃料电池与电阻性负载。我们表明，转换器的输出电压收敛到其所需的恒定值的所有系统的初始条件-收敛确保所有的PI增益的正值。后一个特性有助于完成PI增益的调谐任务，而这一任务通常很困难。之后提出了一种浸入和不变性参数估计器，该估计器允许PI-PBC在负载未知时操作，将输出电压保持在期望的水平。证明了整个系统的稳定运行，并考虑到现实生活中的场景，在那里获得了一个强大的行为，尽管负载变化的广泛的数值模拟验证的方法。
2023-02-17 cs.SY eess.SY
Control of AC-AC interlinking converters for multi-grids
本文针对多电网中AC-AC互连变换器，提出结合电网跟随与电网形成的部分电网形成控制器，并通过无源性框架稳定网络，仿真与理论验证其有效性。
2024-02-07 cs.SY eess.SY math.OC
Data-Driven Decision Making for Enhancing Small-Signal Stability in Hybrid AC/DC Grids Through Converter Control Role Assignment
本文针对高可再生能源渗透下日前控制角色调度易受预测偏差影响的问题，提出一种基于数据驱动多准则决策的在线重计算算法，动态调整IPC控制角色以提升混合交直流电网小信号稳定性。
2025-03-07 cs.SY eess.SY
Four-Transistor Bipolar Series-Parallel Module Structure for Cascaded Bridge and Modular Multilevel Circuits
针对级联桥和模块化多电平变换器现有模块拓扑开关数量多或功能受限问题，提出方向选择性并联（DiSeP）模块拓扑，仅用4个晶体管实现双向均衡等特性，实验验证其性能优于H桥且节省一半晶体管。
2025-09-23 cs.SY eess.SY
A Generalized Switched-Capacitor Modular Multilevel Inverter Topology for Multiphase Electrical Machines with Capacitor-Voltage Self-Balancing Capability
多电平逆变器的最新研究显示了令人兴奋的特性，包括产生多个输出电压和集成电压提升的潜力。然而，大多数逆变器拓扑结构具有有限数量的输出电压电平和有限的输出电压升压比。此外，多电平变换器中电容器电压的平衡是非常重要的，应该在拓扑或控制方法中考虑。本文介绍了一种通用的开关电容电路拓扑结构的多电平直流到交流逆变器，可以开发所需的输出电压水平。此外，根据设计要求，最大交流输出电压可以从比直流输入电压低得多的值变化到比直流输入电压高几倍的值。高压直流输入和交流输出可以使用低压电容器处理，这大大降低了整体成本和体积。所提出的拓扑结构还允许通过用于多个负载相的可堆叠电路来容易地扩展。它具有平衡电容器电压的固有能力。为了验证这一概念的可行性和实用性，我们提供了电路描述，控制策略，设计建议，并建议逆变器拓扑结构的相关仿真结果。
2022-04-14 cs.SY eess.SY
On the input admittance of a universal power synchronization controller with droop controllers
本文推导了集成功率同步控制与下垂控制的通用框架的输入导纳，并通过无源指数分析证明$QV$和$PV$比例分量的优势，且以构网型变换器与发电机并联案例验证。
2025-06-20 cs.SY eess.SY
Cell-based VSC Analysis Methodology: From Graph Laplacian to Converter Degrees of Freedom
本文面向含 MMC 的单元式 VSC 拓扑，提出利用图拉普拉斯谱分析确定对应二部图与多部图变流器布置的变量变换矩阵，并给出基于自由度的瞬时功率模式。
2025-07-25 cs.SY eess.SY
Consensus of hierarchical multi-agent systems with a time-varying set of active agents
时变层次多智能体系统在许多应用中是常见的。控制这些系统的一个众所周知的解决方案是使用依赖于邻接矩阵的状态反馈控制器来达成共识。这种解决方案已被应用到目前为止，多智能体系统与固定或随时间变化的通信拓扑结构。在本文中，我们考虑单积分器的多智能体系统中，只有一个子集的代理是活跃的，在任何给定的时间和一组活跃的代理是随时间变化的。这种类型的多智能体系统是相关的应用程序，如模块化多电平转换器和水泵系统。我们开发了一个切换算法，定期选择一组活跃的代理人通过一组图，连接的追随者代理与领导者代理。我们进一步证明，开发的切换算法结合一个经典的共识协议产生收敛到一个共识状态定义的领导者，尽管随时间变化的一组活跃的代理人。开关算法的有效性说明在两个基准的例子：一个模块化的多电平转换器和抽水系统。
2022-12-01 cs.SY eess.SY
Non-Blocking Fault Current Limiting Control of Half-Bridge MMCs for MTDC Transmission
National Laboratory of the Rockies (NLR)（落基山国家实验室）
针对采用半桥模块化多电平换流器的多端高压直流输电系统，提出主动故障电流限制控制策略及设计方法，可避免换流器闭锁、降低直流断路器分断能力，经PSCAD验证有效。
2026-09-02 cs.SY eess.SY
Constructive Port-Hamiltonian Energy Shaping Design of Dispatchable Virtual Oscillators in Grid-Forming Converters
本文针对网侧变流器中传统可调度虚拟振荡器控制的能量耦合问题，提出构造性端口哈密顿能量整形方法，统一幅值调节等功能，经仿真验证可保证稳定性并消除不良潮流解。
2026-09-02 cs.SY eess.SY
Resilient Energy-Based Control for DC Data Centers under Grid and Load Disturbances
Siemens Foundational Technology（西门子基础技术）；Department of Electrical Engineering, State University of New York, Maritime College（纽约州立大学海事学院电气工程系）
本文提出了一种基于被动性的控制框架，用于供应非被动信息科技机架负载的AC-DC转换器，通过端口哈密顿公式利用系统总能量平衡推导出方法，在与非被动负载或电网扰动接口时，通过形状存储能量和注入虚拟阻尼，使转换器行为如同被动系统，从而保证闭环系统的渐近电压调节和严格能量耗散，无需假设电网电压或频率恒定。
2026-05-20 cs.SY eess.SY
Improved current reference calculation for MMCs interal energy balancing control
本文提出了一种改进的内部电流参考计算，用于控制模块化多电平变换器在平衡或不平衡条件下运行。建议的参考计算是基于施加到转换器的上下臂的AC和DC附加和差分电压分量而导出的。此外，在推导交流附加电流基准表达式的过程中，不仅考虑了交流网络阻抗的影响，还考虑了MMC臂阻抗的影响。本文讨论的另一个问题是，奇异电压条件，其中正序分量等于负序分量，不仅可能发生在交流网络中，而且可能发生在内部（在转换器的施加电压内）。比较了几种不同的内电流基准计算方法，分析了它们在前一种故障情况下的适用性。本文提出了一个详细的制定的内部电流参考计算，并将其应用到不同的不平衡交流电网故障，它表明，所提出的方法可以潜在地用于保持转换器的内部能量平衡在正常和故障条件下。
2021-05-05 cs.SY eess.SY
Grid-friendly Matching Control of Synchronous Machines by DC/AC Converters in Bulk Power Networks
基于孤岛逆变器的微电网是异构DC能量资源的集合，例如，光伏阵列、燃料电池和能量存储设备，与AC配电网连接，并独立于大容量电力系统运行。能量转换通常由电压源逆变器中的电力电子设备管理。借鉴大容量电力系统中同步机的控制，最近采用了不同的控制方案以实现稳定的网络运行。绝大多数学术和工业界的努力在实时操作期间选择这些策略。从一个动态平均DC/AC转换器模型开始，我们通过分析和仿真来回顾不同的控制器。接下来，我们探索了一种新的替代控制DC/AC转换器在大容量电力系统中，通过匹配传统的同步机，重点是直流电路可以发挥的作用，在控制架构，通常被忽视的传统策略。与标准仿真方法相比，我们的控制器仅依赖于现成的直流侧测量，并考虑了自然的直流和交流存储元件。因此，我们的控制器通常更快，更不容易受到延迟和测量不准确的影响。我们还提供了有见地的解释建议的控制，各种即插即用的闭环性能，如稳态功率流分析，相对于直流和交流端口的无源性，稳定性证明以及高层次的控制架构，有助于提高控制器的性能和实现进一步的控制目标，我们说明在分析和仿真。
2022-01-26 cs.SY eess.SY math.OC
MMC-Based Distributed Maximum Power Point Tracking for Photovoltaic Systems
提出了一种基于模块化多电平变换器（MMC）的新型光伏并网系统拓扑结构。在这种拓扑结构中，光伏阵列通过具有最大功率点跟踪（MPPT）控制的DC-DC升压转换器连接到MMC每个子模块（SM）的电容器。这种拓扑结构将最大限度地提高系统的效率，在部分遮光条件的情况下，因为它可以调节SM电容器电压彼此独立，以实现分布式MPPT。一个模型预测控制是用来跟踪交流输出电流，平衡SM的电容器电压，并减轻环流。通过MATLAB/Simulink仿真工具箱在正常运行、部分遮挡和光伏阵列故障情况下的仿真，验证了所提出的7级MMC系统光伏发电拓扑结构的有效性。
2020-04-27 cs.SY eess.SY
Dual-port grid-forming control of MMCs and its applications to grids of grids
本工作的重点是电网形成（GFM）控制的互联电力转换器（IPC），用于互连多个HVAC和HVDC子电网，形成一个电网的网格。我们介绍了双端口GFM控制的概念，利用模块化多电平转换器（MMC）的能力，同时形成其AC和DC端电压，并提出了两个双端口GFM MMC控制。我们提供了分析结果和高保真仿真，证明（i）双端口GFM控制对突发事件更具弹性（即，线路和发电机断电），以及（ii）与单端口GFM控制不同，双端口GFM控制不需要将电网形成和电网跟随（GFL）角色分配给电网中的IPC终端。最后，我们提供了一个深入的讨论和比较单端口GFM控制和建议的双端口GFM控制。
2022-03-03 cs.SY eess.SY
Optimal Pulse Patterns through a Hybrid Optimal Control Perspective
University of Stuttgart（斯图加特大学）；Tampere University（坦佩雷大学）
本文通过混合最优控制视角，提出了一种基于凸松弛方法的优化框架，用于求解多电平转换器的最优脉冲模式，以减少谐波失真。
2025-12-08 cs.SY eess.SY
Virtual Prototyping and Distributed Control for Solar Array with Distributed Multilevel Inverter
University of Texas at Arlington（阿灵顿得克萨斯大学）
本文提出一种基于分布式多级逆变器的太阳能阵列虚拟原型，通过分布式算法实现电网并网，利用分布式识别算法实现对光伏板数量的跟踪，以调节DC电压并确定H桥开关时间，通过Simulink/Stateflow仿真验证了系统的故障容忍性。
2014-04-08 cs.DC cs.SY eess.SY
