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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
Chenhao Wu · Zhexin Cui · Qian Xia · Jiguang Yue 等5人 · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年5月
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...
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...
基于数字孪生与自演化补偿器的电力电子系统在线健康监测及改进参数辨识能力
Digital Twin-Based Online Health Monitoring of Power Electronics Systems With Self-Evolving Compensators and Improved Parameter Identification Capability
Yi-Hua Liu · Zong-Zhen Yang · Min-Chen Liu · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2024年11月
电力电子系统（PES）在航空航天、可再生能源和电动汽车等领域至关重要。本文比较了粒子群优化（PSO）、灰狼优化和蜻蜓算法三种元启发式方法的参数估计性能，并提出一种结合物理行为的两阶段元启发式方法，显著提升了寄生电阻估计精度与参数识别速度。相较于传统PSO，MOSFET和电感寄生电阻估计误差分别由31%和45%降至1.5%和2.3%，计算时间减少逾60%。该方法在外部扰动下仍具高鲁棒性，平均使MOSFET和电感寄生电阻识别误差分别降低11.8%和16.7%。此外，引入自演化补偿器可在线自动调节控制...
解读: 该数字孪生健康监测技术对阳光电源ST储能变流器和SG光伏逆变器产品线具有重要应用价值。两阶段元启发式方法可精准辨识SiC MOSFET和电感寄生参数（误差降至1.5%/2.3%），直接提升PowerTitan储能系统功率模块的状态监测精度。自演化补偿器能在线自适应调节控制参数，可集成至iSolarC...
统一且灵活的电力电子型电力系统频域稳定性评估框架
Unified and Flexible Frequency-Domain Stability Assessment Framework for Power-Electronic-Based Power Systems
Feifan Chen · Sei Zhen Khong · Xiongfei Wang · Lennart Harnefors · IEEE Transactions on Power Electronics · 2025年6月
本文提出了一种频域稳定性分析理论，该理论为基于电力电子的电力系统的分散稳定性评估提供了一个统一且高度灵活的框架的理论基础。通过引入频率相关乘数，所提出的方法能够无缝整合电力电子系统中现有的分散稳定性条件，包括经典和加权小增益、无源性以及频率分割方法。此外，它还能灵活组合和应用那些无法通过任何现有单一方法获得的、保守性更低的新型稳定性判据。在稳定和不稳定系统上进行的实验验证表明，该框架具备准确进行稳定性验证和检测局部不稳定风险的能力。
解读: 从阳光电源的业务角度来看，这项统一频域稳定性评估框架对我们在高比例新能源并网场景下的产品竞争力具有重要战略价值。 当前，我们的光伏逆变器和储能变流器在大规模集群并网时面临着复杂的振荡和稳定性问题。传统的小增益判据、无源性判据等方法各有局限，往往过于保守或无法覆盖所有工况。该论文提出的频域统一框架通...
基于频率相关动态土壤特性设计的安全经济型稳健接地系统
Design and Analysis of Frequency-Dependent Dynamic Soil Properties Based Safe Economical Robust Earthing System
A S L K Gopalamma · Srinu Naik Ramavathu · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年6月
包括驱动器、电力电子系统（PES）和分布式控制系统（DCS）在内的工业设备的安全性、可靠性和恢复能力取决于其保护水平。对于这类敏感设备而言，关键要求包括管理电磁干扰（EMI）和确保电能质量。电位均衡不足可能导致电力电子设备和分布式控制系统内的控制器卡和内部电路板出现故障或失灵。本研究针对行业内的一项重大挑战展开应对，提供了有价值的见解。该研究促成了一种安全、经济且稳固的接地系统（SERES）的开发，该系统采用了与频率相关的动态土壤特性（FDDSP），同时还考虑了诸如间距系数（SF）和影响区域（Z...
解读: 该频率相关动态接地技术对阳光电源大型储能系统（PowerTitan）和工商业光伏电站具有重要应用价值。储能变流器和光伏逆变器在故障切换、PWM开关等工况下会产生高频暂态电流，传统静态接地设计无法准确评估高频下的土壤阻抗特性，导致地电位升（GPR）计算偏差。该研究提出的频率相关土壤模型可优化ST系列储...
模拟控制器中固有时间延迟是不同类型电力电子系统不稳定性的预兆
Inherent Time Delay in Analog Controllers of Different Power Electronic Systems is a Harbinger of Different Types of Instabilities
Aranya Bandyopadhyay · Kuntal Mandal · Sukanya Parui · Sujit K. Biswas · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年6月
固有时间延迟引发的不稳定性可能表现为平滑的倍周期分岔、霍普夫分岔或非平滑型分岔，具体取决于功率电路拓扑结构、控制器类型、脉宽调制方案，甚至还取决于参数空间中的工作区域。有研究表明，时间延迟会在直流 - 交流逆变器中引发霍普夫分岔，在直流 - 直流降压转换器中引发倍周期分岔和非平滑分岔。本文采用一阶帕德近似以累积方式考虑固有时间延迟，并结合菲利波夫方法和弗洛凯理论得到了严格的解析结果。针对非线性开关模型的高阶帕德近似以及线性平均模型的纯时间延迟进行了对比分析。结果显示，分岔点预测误差仅为 0.03...
解读: 该时间延迟稳定性分析技术对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在ST系列储能变流器中，模拟控制器延迟易在高频并网场景引发振荡，研究揭示的分岔机理可指导控制带宽设计与延迟补偿策略优化。对SG系列光伏逆变器，特别是1500V高压系统，延迟诱发的非光滑分岔分析有助于提升MPPT算法鲁棒性。在构网型GFM控...
数字孪生驱动的高可靠性电力电子系统特刊主编寄语
Guest Editorial Special Issue on Digital Twin Driven High-Reliability Power Electronic Systems
Jiangbiao He · Paolo Mattavelli · Fernando Briz · IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics · 2025年7月
为满足全球零排放可持续能源发展需求，交通和公用电力等行业正经历快速变革，电力电子在电动汽车、电动船舶、飞机、太阳能/风能发电和储能等众多功率转换系统中发挥支柱作用。然而电力电子可靠性尚未受到足够重视，特别是在安全关键应用中可靠性应是首要设计优先级。工业4.0和5.0着重互联性、自动化、智能和实时状态监测，数字在线预防性维护和优化至关重要。数字孪生是物理系统的数字复制品，可准确预测和反映物理系统的实时健康状况，通过物理组件与数字孪生模型间的实时双向数据流实现。该特刊发表10篇文章涵盖数字孪生参数估...
解读: 该数字孪生特刊与阳光电源智能运维战略高度契合。特刊涵盖的Buck/Boost变换器数字孪生参数估计、五电平ANPC逆变器故障诊断和SiC MOSFET模块电-热-机械建模与阳光iSolarCloud平台的智能诊断和预测性维护功能发展方向一致。数字孪生技术在直流电容、电感、开关管寄生电阻实时估计方面的...