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基于变流器系统状态空间法的小干扰稳定分析与控制研究
Small-Signal Stability Analysis and Control of Converter-Based Systems Using State-Space Method
龚浩岳郭强郭剑波周勤勇张健张立波高磊 · 中国电机工程学报 · 2025年13月 · Vol.45
随着新能源经变流器大规模并网，传统机电暂态模型难以反映电磁暂态尺度的宽频振荡。本文从渐近稳定性定义出发，结合电力系统特性，定义电磁暂态下状态变量类型及其稳定性，证明Park变换不改变非线性系统稳定性；构建典型电源与电网元件的电磁暂态状态空间模型，形成全系统模型；利用特征值灵敏度与右特征向量分析各模态主导因素及状态变量、机组参与程度；通过多机系统算例验证方法的可行性与正确性。
解读: 该研究对阳光电源的大功率变流器产品具有重要指导意义。状态空间建模方法可直接应用于SG系列光伏逆变器和ST系列储能变流器的电磁暂态稳定性分析,特别是在大规模光储并网场景下。通过特征值灵敏度分析可优化GFM/GFL控制器参数设计,提升PowerTitan等MW级储能系统的并网稳定性。该方法也有助于完善i...
重新审视小信号建模以分析主导型电力系统中的快速动态交互
Revisiting Small-Signal Modeling for Analyzing Fast Dynamic Interactions in Converter-Dominated Power Systems
Fadi Kelada · Jérôme Buire · Nouredine HadjSaid · IEEE Transactions on Power Systems · 2025年3月
电磁暂态（EMT）仿真已成为研究高比例逆变器接口资源（IBR）接入下电力系统动态特性的重要工具。然而，多数商用软件在基于奇异摄动理论构建小信号模型时，忽略了同步机定子磁链及电网的快速动态。本文提出一种全面的小信号建模方法，精确保留这些快速动态过程，有效复现EMT仿真中的动态行为。基于标准测试系统，研究揭示了构网型（GFM）变换器内环电流控制与电网快速动态之间的相互作用，可能引发高频次同步振荡，并影响同步机定子磁链稳定性。结果表明，合理设计IBR输出滤波器及线路参数可有效抑制此类由GFM内环动态引...
解读: 该研究对阳光电源构网型储能系统（PowerTitan/ST系列）具有重要应用价值。文章揭示的GFM内环电流控制与电网快速动态交互引发的高频振荡问题，直接关系到阳光电源构网型变流器在弱电网场景下的稳定性。研究提出的保留定子磁链和电网快速动态的全面小信号建模方法，可用于优化ST系列储能变流器的电流内环参...
基于逆变器资源主导电网中单相接地故障行为的解析
Behavior of Single-Line-Ground Faults in Inverter-Based Resource Dominated Grids Explained
Zhixin Miao · Lingling Fan · Normann Fischer · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年6月
保护工程师发现，在高比例逆变器型电源接入的系统中，利用相电流或序电流难以准确识别单相接地（SLG）故障的故障相。电磁暂态（EMT）仿真研究表明，逆变器型电源的初始运行状态显著影响SLG故障期间的相电流响应。本文通过序分量进行定量分析，发现故障前工况决定了电网与逆变器贡献电流的相对相位关系，并进而决定SLG故障下哪一相电流幅值最大。该结论得到了EMT仿真结果的验证。
解读: 该研究揭示的逆变器型电源SLG故障特性对阳光电源ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的保护策略优化具有重要价值。研究指出故障前运行工况决定故障电流相位关系，这为PowerTitan大型储能系统和光伏电站的故障相识别算法改进提供理论依据。建议在构网型GFM和跟网型GFL控制策略中嵌入故障前工况监测模...
一种基于状态变量消去的EMTP型恒定导纳等效建模方法
A State Variables Elimination-Based EMTP-Type Constant Admittance Equivalent Modeling Method for Power Electronic Converters
Mingwang Xu · Wei Gu · Yang Cao · Shuaixian Chen 等6人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年2月
随着大量电力电子设备接入电网，电磁暂态（EMT）仿真技术对电网安全稳定运行至关重要。本文提出一种基于状态变量消去的EMTP型恒定导纳等效建模方法，采用“网络-节点电压-历史电流源”三层架构，通过矩阵分裂和引入输出方程构建低阶等效节点电压方程。该方法具有恒定导纳矩阵、保留内部动态特性、建模流程简洁、计算复杂度低等优点，相较于经典节点消去法更具通用性，适用于模块化电气设备。通过与离线EMT仿真及实验结果对比，验证了该方法在多种工况下均具备高精度与高效率。
解读: 该EMTP型恒定导纳等效建模方法对阳光电源储能与光伏产品线具有重要应用价值。在ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统开发中，该方法可显著提升EMT仿真效率，通过状态变量消去技术降低计算复杂度，加速多机并联系统的暂态特性分析。对于SG系列光伏逆变器，该建模方法可优化1500V系统的电磁兼...
自适应粒度指数积分算法用于电力电子变换器系统的高效仿真
Adaptive-Grained Exponential Integrator Algorithm for Efficient Simulation of Power Converter Systems
Jared Paull · Carl Knickle · Nicole Lofroth · Liwei Wang 等5人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年2月
电磁暂态（EMT）仿真在复杂电力电子变换器系统的设计与验证中日益重要。本文提出一种自适应粒度指数积分（AGEI）算法，通过预计算离散化步长以降低内存开销，并在开关事件间执行序贯中间积分以加速暂态过程仿真。该算法采用变步长高阶积分策略，在仿真速度与计算开销之间取得平衡，并根据误差阈值动态调整激励函数项数。AGEI算法具有L稳定性，可灵活适用于刚性和非刚性电路系统，兼容多种变换器拓扑与参数。实验验证了其精度，仿真案例表明其较Simulink和PLECS分别实现8倍和3倍以上的速度提升，尤其在仅含直流...
解读: 该自适应粒度指数积分算法对阳光电源电力电子系统开发具有重要价值。在**ST储能变流器**和**SG光伏逆变器**的设计验证阶段，AGEI算法可将EMT仿真速度提升3-8倍，显著缩短三电平/多电平拓扑的开发周期。对于**车载OBC**和**电机驱动器**等含刚性电路的产品，该算法的L稳定性和变步长策略...
基于机器学习增强的大规模并行暂态仿真方法用于大规模可再生能源电力系统
Machine-Learning-Reinforced Massively Parallel Transient Simulation for Large-Scale Renewable-Energy-Integrated Power Systems
Tianshi Cheng · Ruogu Chen · Ning Lin · Tian Liang 等5人 · IEEE Transactions on Power Systems · 2024年6月
可再生能源系统（RESs）在向绿色智能电网转型中起关键作用，但其受光照、风速等自然因素影响，具有复杂性与不确定性，给并网带来挑战。电磁暂态（EMT）仿真可有效研究RES并网问题，但现有方法受限于模型非线性和计算复杂度，难以实现大规模精细化仿真。本文提出一种面向数据、结合机器学习的CPU-GPU大规模并行EMT仿真方法，采用人工神经网络构建数据驱动的RES模型，并基于实体-组件-系统架构集成。模型训练依托传统物理EMT模型生成的数据，并通过MATLAB/Simulink验证。将RES元件组建成微网...
解读: 该机器学习增强的大规模并行EMT仿真技术对阳光电源具有重要战略价值。在PowerTitan储能系统和大型光伏电站并网设计中，可快速仿真数百万级SiC逆变器的暂态交互特性，400倍加速性能显著缩短产品开发周期。对ST系列储能变流器的构网型GFM控制策略优化尤为关键，能高效评估微电网场景下多台设备的协同...
基于构网型海底抽水蓄能的先进系统以实现100%可再生能源海上油田供电
Advanced Grid-Forming Undersea Pumped Storage to Enable 100% Renewable Offshore Oilfield Power Systems
Kaiyuan Su · Xi Wang · Xiaorong Xie · IEEE Transactions on Sustainable Energy · 2025年1月
为推进海上油田电力系统（OOPS）的碳减排，构网型海底抽水蓄能系统（GFM-UPSS）成为一种有前景的解决方案。本文提出一种基于GFM-UPSS的100%可再生能源OOPS新框架，涵盖其控制策略、稳态与暂态建模及优化配置方法。控制策略通过网侧变流器、机侧变流器和可逆泵水轮机构成，实现频率与电压调节。建立了包含水头、功率与球壳容积的稳态模型，并推导了变流器参数对暂态性能影响的闭式解。基于稳态模型提出最优容量配置方法，分析了海洋环境下经济性优势。电磁暂态（EMT）仿真验证了GFM-UPSS在频率与电...
解读: 该GFM-UPSS技术对阳光电源ST系列储能变流器和PowerTitan系统具有重要应用价值。研究提出的构网型控制策略与阳光电源GFM技术路线高度契合，其频率/电压双环控制、虚拟阻抗优化和直流下垂系数设计可直接应用于ST储能变流器的控制算法升级。海上油田100%可再生能源供电场景为阳光电源拓展海洋能...