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适用于高频电力电子电路的分数步长电磁暂态仿真方法
A Fractional-Step Electromagnetic Transient Simulation Method for High-Frequency Power Electronic Circuits
吴盼 · 徐晋 · 汪可友 · 李子润 等7人 · 中国电机工程学报 · 2025年12月 · Vol.45
针对高频电力电子电路电磁暂态仿真中精度与效率难以兼顾的问题，提出分数步长仿真方法。该方法基于改进的高并行电磁暂态算法进行离散化建模，通过“小步建模、大步计算”的分数步长策略，有效抑制恒导纳开关模型在高频下的虚拟损耗，提升仿真精度，并实现开关时刻的精确捕捉。算例验证表明，该方法可在保证精度的前提下支持较大步长仿真，显著提高离线与实时仿真效率。
解读: 该分数步长电磁暂态仿真方法对阳光电源高频电力电子产品研发具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器的DAB隔离DC-DC变换器设计中，该方法可精确仿真高频开关暂态过程，有效抑制恒导纳模型虚拟损耗，提升SiC/GaN器件应用的仿真精度。对车载OBC充电机等高频LLC谐振变换器的优化设计，该方法支持...
基于单机模型扩展的直驱风电场通用等值模型构建方法
A Generalized Equivalent Modeling Method for PMSG-Based Wind Farms Based on Single-Turbine Model Extension
李东晟曹仟妮赖启平沈沉 · 电力系统自动化 · 2025年1月 · Vol.49
构建风电场动态等值模型是分析风电并网系统的基础。现有多机等值方法需随运行工况变化重新分群建模，难以满足在线动态安全分析的高效性需求。为此，本文提出一种适用于任意运行场景的直驱风电场通用等值模型构建方法。首先建立单台永磁直驱风机的神经网络通用模型，通过等效处理输入参数将其扩展至风电场整体，形成通用等值建模框架。基于CloudPSS电磁暂态仿真平台验证了模型的准确性与适用性，结果表明该方法可有效提升风电场建模效率与通用性。
解读: 该风电场等值建模方法对阳光电源的储能和光伏产品线具有重要参考价值。首先，其通用等值模型思路可用于优化ST系列储能变流器的群控策略，特别是在大型储能电站中实现多机协调控制。其次，该方法的神经网络建模框架可借鉴应用于SG系列光伏逆变器的集群控制，提升光伏电站的整体并网性能。此外，文中的动态等值技术对完善...
面向故障后风电主导电网恢复的控制设计与电磁暂态仿真
Control Design and EMT Simulation Toward the Restoration of Faulted Wind-Dominant Grids
Hoang P. Dang · Zhenghan Zhang · Hugo N. Villegas Pico · IEEE Transactions on Sustainable Energy · 2025年3月
当前电力工程师面临利用电磁暂态（EMT）仿真研究风电主导电网恢复的挑战。本文提出三项策略：（i）通过直流耦合电池可靠控制构网型风电机组的直流链路电压；（ii）优化控制器参数，确保风电场在电网恢复过程中稳定并网；（iii）在输电故障发生时自主做出恢复决策。上述贡献通过WSCC 9节点和22节点电力系统的风电主导版本的EMT仿真进行验证，对落实北美电力可靠性公司建议具有重要意义。
解读: 该研究对阳光电源ST系列储能变流器和大型储能系统的控制策略优化具有重要参考价值。文中提出的直流耦合电池控制方案可用于提升ST储能系统的电压稳定性；并网控制参数优化策略可应用于储能变流器的GFM控制算法升级；自主恢复决策机制对PowerTitan大型储能系统的故障穿越能力提升具有启发。这些技术创新有助...
部分重构技术在电磁暂态仿真中的应用
Partial Refactorization Techniques for Electromagnetic Transient Simulations
Boris Bruned · Anas Abusalah · Jean Mahseredjian · Sébastien Dennetière 等5人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年5月
本文研究了用于加速电力系统电磁暂态（EMT）仿真的部分重构技术。采用KLU求解器的直接稀疏左看式LU分解法求解网络方程，当系统中存在电力电子开关或非线性元件导致矩阵频繁变化时，重构过程可能成为计算瓶颈。为此提出一种基于路径的部分重构方法，在左看式算法中仅对分解路径上的特定列进行重新分解。此外，结合块三角分解（BTF）并引入部分重构，通过更小且动态变化的子矩阵进一步提升计算效率。在大型电网模型上的测试结果表明，该方法显著提升了仿真性能。
解读: 该部分重构技术对阳光电源电力电子系统的仿真设计具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器的研发中，频繁的开关动作和非线性特性导致系统矩阵持续变化，传统全矩阵重构严重影响EMT仿真效率。该方法通过路径选择性重构和BTF分块技术，可显著加速PowerTitan大型储能系统的并网暂态分析、充电桩多端口...
基于逆变器资源的动态聚合小信号阻抗模型
Dynamically Aggregated Small-Signal Impedance Model of Inverter-Based Resources
Akshita Sharma · Pankaj D. Achlerkar · Bijaya Ketan Panigrahi · IEEE Transactions on Energy Conversion · 2024年7月
大量可再生能源通过拥有众多基于逆变器的资源（IBR）的大型发电厂接入电力系统。为减轻大型网络仿真的负担，需要采用聚合模型来有效模拟电磁时域（EMT）仿真中的大信号行为以及用于分析研究的小信号行为。本文针对考虑 IBR 在硬件、控制参数、控制结构及其不同位置等实际异质性的可再生能源发电厂，开发了一种逐步通用的小信号动态等值方法。与许多现有聚合方法不同，该方法还考虑了无源元件和 IBR 设定点（有源元件）的影响。通过在 MATLAB/Simulink 中对各种运行场景进行 EMT 仿真，验证了所得到...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这项关于逆变器资源动态聚合小信号阻抗模型的研究具有重要的工程应用价值。随着我们在全球范围内交付的大型光伏电站和储能电站规模不断扩大，单个项目往往包含数百甚至上千台逆变器，这给电磁暂态仿真和系统稳定性分析带来了巨大的计算负担。 该论文提出的分步聚合方法论直接契合阳光电源当前...
基于EMT型阻抗扫描技术的逆变器资源小信号稳定性评估研究
Examination of EMT-Type Impedance Scanning Techniques for Small Signal Stability Assessment of Inverter Based Resources
Lei Meng · Ulas Karaagac · Ahda Pavani · Jean Mahseredjian 等5人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年4月
含逆变器资源（IBR）的现代电力系统可能面临持续振荡与失稳风险，威胁系统可靠运行。阻抗型稳定性评估（IBSA）方法可识别不稳定工况，但依赖精确的频变阻抗模型。利用电磁暂态（EMT）类软件进行时域仿真扫描是获取此类模型的有效途径。本文研究并比较了五种EMT型阻抗扫描方法在应用流程、所得阻抗间的解析关系、IBSA精度及计算负担方面的性能，针对不同失稳类型提供了关键的技术提示与方法选用指南，并通过实际测试系统的EMT仿真验证了IBSA结果的准确性。
解读: 该EMT型阻抗扫描技术对阳光电源储能与光伏产品的稳定性设计具有重要价值。针对ST系列储能变流器和PowerTitan大型储能系统，可利用阻抗扫描方法在产品开发阶段识别GFM/GFL控制模式下的潜在振荡风险，优化控制参数设计。对于SG系列光伏逆变器接入弱电网场景，该技术可预测次同步/超同步振荡，指导滤...
提高电磁暂态仿真中插值算法精度：基于帕德逼近与开关定理的方法
Improving Accuracy of Interpolation Algorithm in EMT Simulation: A Padé Approximation and Switching Theorem Based Approach
Yang Cao · Wei Gu · Mingwang Xu · Fei Zhang 等6人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2024年10月
随着可再生能源和电力电子设备在电力系统中日益普及，电力系统的特性如今由电力电子技术所塑造，这给电磁暂态（EMT）仿真中使用的加速算法带来了新的挑战。在此背景下，本文提炼了插值算法的五个关键技术要点，并提出了一种改进的插值算法。具体而言，采用帕德近似并将其与数值积分方法相结合，建立离散模型以提高精度和稳定性。利用开关定理进行重新初始化，这进一步降低了开关误差，并能更真实地反映开关暂态过程。此外，通过李雅普诺夫稳定性分析从理论上证明了该算法的稳定性。使用改进的插值算法，能够在保持高仿真效率和稳定性的...
解读: 该EMT仿真插值算法对阳光电源电力电子产品开发具有重要价值。在ST储能变流器和SG光伏逆变器设计阶段，高精度EMT仿真可准确预测高频开关暂态、谐波特性及并网交互行为，优化SiC/GaN器件开关策略与死区时间设计。对于构网型GFM控制器开发，精确的暂态仿真能验证虚拟惯量响应与故障穿越性能。在电动汽车O...
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...
基于电磁暂态仿真分析含逆变型电源的扰动事件
Analysis of a Disturbance Event With Inverter-Based Resources Using EMT Simulations
Suman Debnath · Phani Marthi · Jongchan Choi · Sayan Samanta 等6人 · IEEE Transactions on Sustainable Energy · 2025年4月
随着逆变型电源（IBR）渗透率的提高，亟需更先进的扰动分析与规划方法。传统的相量域暂态稳定分析难以准确刻画IBR在故障期间的动态特性。本文针对2018年安吉利斯森林扰动事件，采用高精度电磁暂态（EMT）仿真，构建了电网及受影响光伏电站的详细模型。文中阐述了从传统相量域数据和实测数据建立EMT模型的方法，并复现了光伏电站在故障期间的响应行为，开展了敏感性分析。通过改变光伏电站内部元件及电网参数，评估其对故障响应的影响，揭示了关键影响因素，为系统规划者在高比例IBR接入背景下保障电网可靠性提供了分析...
解读: 该EMT仿真分析方法对阳光电源SG系列光伏逆变器和ST储能变流器的故障穿越能力优化具有重要价值。文中揭示的IBR故障响应特性可直接应用于：1）优化SG系列逆变器的LVRT/HVRT控制策略，提升电网扰动下的动态响应性能；2）改进ST储能系统的GFM/GFL控制算法，增强高IBR渗透率场景下的电网支撑...
用于电力电子变换器集成电力系统的电磁暂态仿真分裂状态空间方法
Splitting State-Space Method for Converter-Integrated Power Systems EMT Simulations
Xiaopeng Fu · Wei Wu · Peng Li · Jean Mahseredjian 等6人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2024年12月
随着电力系统中电力电子设备的广泛应用，精确掌握其动态特性对系统设计、控制与保护分析至关重要。为此，常需高保真但耗时的电磁暂态（EMT）仿真。本文提出一种具备数值误差控制的高效分裂状态空间方法，通过通用解耦原理将系统状态方程分解，基于状态矩阵时变部分的分离，结合自动开关分组与开关邻接状态变量识别，定位最小开关状态相关子电路拓扑。采用多阶精度指数分裂公式求解并重构子方程，并利用指数分裂格式加速矩阵指数计算。该方法在含直流负载的配电网、LLC谐振变换器、大规模风电场及MMC电路等多种场景下验证了准确性...
解读: 该分裂状态空间EMT仿真方法对阳光电源的多个产品线具有重要应用价值。首先，LLC谐振变换器仿真可直接应用于ST系列储能变流器和SG系列光伏逆变器的高频隔离DC-DC设计优化。其次，高效的开关状态识别算法有助于PowerTitan等大型储能系统的多模块并联建模与控制策略验证。方法的数值误差控制特性可提...
用于加速EMT型仿真的通用解耦等效电路模型
Universal Decoupled Equivalent Circuit Models of Solid-State Transformer for Accelerated EMT‐Type Simulation
Hengyu Li · Walid Hatahet · Jared J. Paull · Jintao Han 等6人 · IEEE Transactions on Power Delivery · 2025年6月
多电平多模块固态变压器（SST）通过链式AC-DC变换器和双有源桥（DAB）DC-DC变换器实现中压交流与低压交流系统的接口，具有高模块化、双向功率传输、电气隔离和高频变换等优势。为支持快速控制原型开发，亟需高效且精确的电磁暂态（EMT）等效电路模型。本文提出基于开关函数的通用解耦等效电路模型，可统一描述全桥、DAB及三相三电平等变换器在导通与阻断模式下的行为。通过开关函数与直流母线解耦策略，模型实现了恒定G矩阵并显著降低节点数量。同时提出一种适用于大步长仿真的开关插值技术，以准确刻画开关事件。...
解读: 该SST解耦等效电路模型技术对阳光电源多条产品线具有重要应用价值。在ST储能变流器方面，所提出的DAB DC-DC变换器恒定G矩阵建模方法可显著加速储能系统多模块级联拓扑的EMT仿真效率，支持PowerTitan大型储能系统的快速控制原型开发与参数优化。在SG光伏逆变器领域，三相三电平变换器的通用解...
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...
一种用于直接下垂控制的构网型逆变器的两阶段限流控制策略
A Two-Stage Current Limiting Control Strategy for Direct-Droop-Controlled Grid-Forming Inverters
Sheik M. Mohiuddin · Wei Du · Xue Lyu · Jinho Kim 等5人 · IEEE Transactions on Industry Applications · 2025年2月
本文针对直接下垂控制的电网形成（GFM）逆变器提出了一种具备故障穿越能力的两阶段限流控制策略。所提出的两阶段方法包括第一阶段和第二阶段的两个限流控制。在故障期间，第一阶段限流控制借助滞环控制，通过封锁绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的开关脉冲，立即将逆变器输出电流幅值钳位至其最大暂态限值。第二阶段限流控制利用有功和无功限流控制回路调节调制波形的幅值和角频率，从而将逆变器输出电流幅值限制在其稳态限值内。通过分两个阶段实施限流动作，该方法能够在故障发生后的几个脉宽调制（PWM）周期内有效限制过电流，并...
解读: 从阳光电源的业务视角来看，这篇论文提出的两阶段电流限制策略对我们的构网型（GFM）逆变器产品线具有重要的技术参考价值。随着高比例新能源接入电网，构网型逆变器因其主动支撑电网的能力，正成为我们储能系统和光伏并网解决方案的核心技术方向。 该技术的创新点在于双重保护机制的协同设计：第一阶段通过滞环控制在...
直流异步互联系统中的低频功率振荡：来自LUXI背靠背高压直流工程的启示
Low-Frequency Power Oscillations in DC Systems for Asynchronous Interconnection: Insights from the LUXI Back-to-Back HVDC Project
Zhixuan Li · Ying Xue · Qiang Fu · Yiping Chen 等6人 · IEEE Transactions on Power Systems · 2025年6月
基于电压源换流器的高压直流输电（VSC - HVDC）系统被认为是为异步互联系统提供功能支持的有效解决方案。然而，本研究表明，VSC - HVDC系统提供的频率支持可能会因频率控制与交流电网频率动态特性之间的相互作用而导致低频功率振荡（LFPO）。为便于说明，详细报道了中国鲁西背靠背VSC - HVDC工程中观测到的0.25Hz低频功率振荡的实际案例。在该工程中，VSC - HVDC系统设计了一种频率控制（即同频控制），用于在正常运行条件下消除两个异步交流电网之间的频率差异。基于阻尼转矩法的分析...
解读: 该研究对阳光电源的大型储能和光伏产品线具有重要参考价值。研究的低频振荡问题与PowerTitan储能系统和大型SG逆变器在弱电网条件下的并网稳定性直接相关。文中提出的控制参数优化方法可用于改进ST系列储能变流器和SG系列逆变器的GFM/GFL控制策略，提升产品在异步互联场景下的稳定性能。特别是对系统...