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储能系统技术 储能系统 工商业光伏 ★ 5.0

电力电子数字孪生技术综述:研究现状与未来趋势

An Overview of Digital Twin Technology for Power Electronics: State-of-the-Art and Future Trends

作者 Chenhao Wu · Zhexin Cui · Qian Xia · Jiguang Yue · Feng Lyu
期刊 IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期 2025年5月
技术分类 储能系统技术
技术标签 储能系统 工商业光伏
相关度评分 ★★★★★ 5.0 / 5.0
关键词 电力电子系统 数字孪生 建模方法 生命周期 应用趋势
语言:

中文摘要

电力电子系统(PESs)在发电、输电及各类工业应用中起着关键作用。随着数字化转型的不断推进,数字孪生(DT)技术应运而生,成为推动电力电子系统信息化和智能化发展的变革性力量。本文全面概述了数字孪生技术在电力电子系统中的应用,着重介绍了实时同步、精确映射、无缝数据交互和高保真建模等核心特性。文章回顾了四种常见的数字孪生建模方法,并详细探讨了它们在电力电子系统应用中的优势与挑战。此外,本文还分析了数字孪生在设计、控制和维护这三个关键生命周期阶段所发挥的作用,阐述了数字孪生如何在每个阶段实现优化并推动创新。通过对170多篇文献的综述,本研究明确了关键趋势、实施挑战和研究空白,为了解数字孪生技术在电力电子系统中的发展现状和未来方向提供了宝贵见解。本文旨在为研究人员和从业者提供基础参考,促进他们深入理解数字孪生技术的潜力,并全面掌握其在学术界和工业界的应用情况。

English Abstract

Power electronic systems (PESs) are pivotal in power generation, transmission, and diverse industrial applications. With the increasing shift toward digitalization, digital twin (DT) technology has emerged as a transformative enabler, enhancing the informatization and intelligence of PESs. This article offers a comprehensive overview of DT applications for PESs, highlighting core features of real-time synchronization, accurate mapping, seamless data interaction, and high-fidelity modeling. Four prevalent DT modeling approaches are reviewed, with a detailed discussion of their respective strengths and challenges in the context of PESs. This article further examines the role of DT across three critical lifecycle phases—design, control, and maintenance—illustrating how DT optimizes and drives innovation at each phase. By reviewing more than 170 publications, this study identifies key trends, implementation challenges, and research gaps, offering valuable insights into the state-of-the-art and future directions for DT in PESs. This work aims to serve as a foundational reference for researchers and practitioners, fostering a deep understanding of the potential of DT and providing a comprehensive grasp of the application in academics and the industry.
S

SunView 深度解读

数字孪生技术作为电力电子系统智能化转型的关键使能技术,与阳光电源核心业务高度契合。该技术通过实时同步、精确映射和高保真建模等特性,能够在光伏逆变器、储能变流器等产品全生命周期中发挥重要作用。

从产品设计角度,数字孪生可显著缩短研发周期。阳光电源可在虚拟环境中完成拓扑优化、热管理仿真和多工况测试,降低物理样机成本。特别是在大功率集中式逆变器和储能系统集成设计中,数字孪生能够预测复杂工况下的系统行为,提升产品可靠性和效率。

在控制策略层面,该技术为实时优化提供了新路径。通过构建光储系统的动态孪生模型,可实现自适应控制算法的在线验证和参数整定,这对提升储能系统在电网侧的调频调峰性能尤为关键。同时,数字孪生支持的预测性维护能够显著降低运维成本,延长设备寿命,这对阳光电源全球化的售后服务体系具有战略价值。

然而,技术落地仍面临挑战。论文综述的170余篇文献表明,高保真建模与实时计算的平衡、海量数据的安全传输与处理、以及跨域系统的互操作性仍是行业难题。对阳光电源而言,需要在边缘计算能力、数据标准化和AI算法集成方面持续投入。

建议将数字孪生技术优先应用于高价值产品线,如1500V大型地面电站逆变器和工商业储能系统,逐步建立从单机设备到电站级的多层次孪生体系,抢占智能化新能源装备的技术高地。