Review of Real-time Simulation of Power Electronic Devices and Power Systems Integrated with Power Electronic Devices

Jin XU; Keyou WANG; Guojie LI

doi:10.7500/AEPS20210531007

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Review of Real-time Simulation of Power Electronic Devices and Power Systems Integrated with Power Electronic Devices

Special Topic on Simulation Calculation Technology in Electric Power Field and Development Prospect of Domestic Software | 更新时间：2025-06-16

- Review of Real-time Simulation of Power Electronic Devices and Power Systems Integrated with Power Electronic Devices
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 10, Pages: 3-17(2022)
- 作者机构：
  
  电力传输与功率变换控制教育部重点实验室（上海交通大学），上海市 200240
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52107113)
- DOI：10.7500/AEPS20210531007
  CLC：
- Received：31 May 2021，
  
  Revised：2021-12-06，
  
  Published Online：07 March 2022，
  
  Published：25 May 2022
- 稿件说明：
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徐晋,汪可友,李国杰.电力电子设备及含电力电子设备电力系统实时仿真研究综述[J].电力系统自动化,2022,46(10):3-17.

XU Jin,WANG Keyou,LI Guojie.Review of Real-time Simulation of Power Electronic Devices and Power Systems Integrated with Power Electronic Devices[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(10):3-17.
徐晋,汪可友,李国杰.电力电子设备及含电力电子设备电力系统实时仿真研究综述[J].电力系统自动化,2022,46(10):3-17. DOI： 10.7500/AEPS20210531007.

XU Jin,WANG Keyou,LI Guojie.Review of Real-time Simulation of Power Electronic Devices and Power Systems Integrated with Power Electronic Devices[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(10):3-17. DOI： 10.7500/AEPS20210531007.

摘要

大量电力电子设备接入电力系统给电磁暂态实时仿真技术带来了巨大的挑战。文中从多个角度对电力电子设备和含电力电子设备电力系统实时仿真领域近年来的研究成果进行了综述。在应用场景和利用范式方面，除了硬件在环测试等对仿真实时性具有严格要求的场景，实时仿真还被用于其他单纯对仿真效率有较高要求的场景。在建模与仿真方法方面，无论是基于分立元件的建模仿真，还是基于端口特性或电路等值的电力电子设备建模仿真，都有商业化应用的案例，但如何兼顾高频、复杂设备实时仿真的效率和精度仍是当前研究的热点与难点。在实时仿真硬件平台方面，现场可编程门阵列（FPGA）和图像处理单元（GPU）等具有天然硬件并行性的计算芯片成为除CPU之外的重要选择，特别是FPGA正被越来越多的商业化平台所采用，但所用仿真算法大多基于传统框架，尚未能充分发挥FPGA的硬件架构优势。此外，电力电子设备和含电力电子设备电力系统实时仿真的算法并行性、强刚性与数值稳定性问题仍具有巨大的研究空间。

Abstract

The integration of a large amount of power electronic devices into the power system brings great challenges to the technologies of electromagnetic transient real-time simulation. The recent research achievements in the field of real-time simulation of power electronic devices and power system integrated with power electronic devices are reviewed from multiple perspectives. In terms of application scenarios and utilization paradigms

the real-time simulation has been used in the hardware-in-the-loop test which requires strict synchronization with real-world time

and in other scenarios which simply require high efficiency. In terms of modeling and simulation methods

there are many commercial application cases

no matter the modeling and simulation based on the individual component

or the power electronic device modeling and simulation based on port characteristics or circuit equivalences. However

how to balance the efficiency and accuracy in the real-time simulation of the high-frequency and complex devices is still a hot and difficult point of current research. In terms of the real-time simulation hardware platform

computing chips with natural hardware parallelism

such as field programmable gate array (FPGA) and graphic processing unit (GPU)

have become important choices other than CPUs. In particular

FPGAs are being increasingly used by commercial platforms

but most of the simulation algorithms are based on traditional frameworks

and the advantages in hardware architecture of FPGA have not been fully exploited. In addition

the problems of algorithm parallelism

strong stiffness and numerical stability in the real-time simulation of power electronic devices and power system integrated with power electronic devices still need to be further studied.

关键词

Keywords

references

马宁宁，谢小荣，贺静波，等 . 高比例新能源和电力电子设备电力系统的宽频振荡研究综述［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

MA Ningning ， XIE Xiaorong ， HE Jingbo ， et al . Review of wide-band oscillation in renewable and power electronics highly integrated power systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4720 - 4732 .

訾鹏，李轶群，谭贝斯，等 . 大电网仿真工具现状及其在华北电网推广应用的思考［J］. 电力自动化设备， 2019 ， 39 （ 9 ）： 199 - 205 .

ZI Peng ， LI Yiqun ， TAN Beisi ， et al . Current situation of large-scale power grid simulation tools and their popularization and application in North China Power Grid ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2019 ， 39 （ 9 ）： 199 - 205 .

OMAR FARUQUE M D ， STRASSER T ， LAUSS G ， et al . Real-time simulation technologies for power systems design， testing， and analysis ［J］. IEEE Power and Energy Technology Systems Journal ， 2015 ， 2 （ 2 ）： 63 - 73 .

GUILLAUD X ， FARUQUE M O ， TENINGE A ， et al . Applications of real-time simulation technologies in power and energy systems ［J］. IEEE Power and Energy Technology Systems Journal ， 2015 ， 2 （ 3 ）： 103 - 115 .

段耀强，罗毅飞，肖飞，等 . 大功率IGBT基区物理模型的非准静态建模方法综述［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 7 ）： 2062 - 2073 .

DUAN Yaoqiang ， LUO Yifei ， XIAO Fei ， et al . Review of non-quasi static modeling method in the base region of high power IGBT ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 7 ）： 2062 - 2073 .

马晓军，杨宗民，刘春光，等 . 电力电子器件的实时仿真［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 18 ）： 108 - 112 .

MA Xiaojun ， YANG Zongmin ， LIU Chunguang ， et al . Real-time simulation of power electronic devices ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 18 ）： 108 - 112 .

田芳，黄彦浩，史东宇，等 . 电力系统仿真分析技术的发展趋势［J］. 中国电机工程学报， 2014 ， 34 （ 13 ）： 2151 - 2163 .

TIAN Fang ， HUANG Yanhao ， SHI Dongyu ， et al . Developing trend of power system simulation and analysis technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2014 ， 34 （ 13 ）： 2151 - 2163 .

田芳，李亚楼，周孝信，等 . 电力系统全数字实时仿真装置［J］. 电网技术， 2008 ， 32 （ 22 ）： 17 - 22 .

TIAN Fang ， LI Yalou ， ZHOU Xiaoxin ， et al . Advanced digital power system simulator ［J］. Power System Technology ， 2008 ， 32 （ 22 ）： 17 - 22 .

MYAING A ， DINAVAHI V . FPGA-based real-time emulation of power electronic systems with detailed representation of device characteristics ［C］// 2011 IEEE Power and Energy Society General Meeting ， July 24-28 ， 2011 ， Detroit， USA ： 1 - 11 .

SHEN Z X ， DINAVAHI V . Real-time device-level transient electrothermal model for modular multilevel converter on FPGA ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2016 ， 31 （ 9 ）： 6155 - 6168 .

PARMA G G ， DINAVAHI V . Real-time digital hardware simulation of power electronics and drives ［C］// 2007 IEEE Power Engineering Society General Meeting ， June 24-28 ， 2007 ， Tampa， USA .

BLANCHETTE H F ， OULD-BACHIR T ， DAVID J P . A state-space modeling approach for the FPGA-based real-time simulation of high switching frequency power converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2012 ， 59 （ 12 ）： 4555 - 4567 .

苏杭，徐晋，汪可友，等 . 考虑变换器损耗特性的小步长实时仿真方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1840 - 1851 .

SU Hang ， XU Jin ， WANG Keyou ， et al . Small time-step real-time simulation method considering converter loss characteristics ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 5 ）： 1840 - 1851 .

林畅，纪锋，彭逸轩，等 . 一种面向实时仿真的两电平VSC建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 9 ）： 3056 - 3065 .

LIN Chang ， JI Feng ， PENG Yixuan ， et al . A two-level VSC modeling method for real-time simulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 9 ）： 3056 - 3065 .

MAGUIRE T ， ELIMBAN S ， TARA E ， et al . Predicting switch ON/OFF statuses in real time electromagnetic transients simulations with voltage source converters ［C］// 2018 2nd IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration ， October 20-22 ， 2018 ， Beijing， China ： 1 - 7 .

MAGUIRE T ， GIESBRECHT J ． Small time-step （≤2μSec） VSC model for the real time digital simulator ［C］// IPST International Conference on Power Systems Transients ， June 19-23 ， 2005 ， Montreal， Canada ： 1 - 6 ．

MU Q ， LIANG J ， ZHOU X X ， et al . Improved ADC model of voltage-source converters in DC grids ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2014 ， 29 （ 11 ）： 5738 - 5748 .

OPAL-RT Technologies . Real-time simulation for power electronics on FPGA ［EB/OL］. ［ 2021-02-19 ］. https：//www.opal-rt.com/wp-content/themes/enfold-opal/pdf/L00161_0267.pdf https://www.opal-rt.com/wp-content/themes/enfold-opal/pdf/L00161_0267.pdf .

DUFOUR C ， MAHSEREDJIAN J ， BÉLANGER J ， et al . An advanced real-time electro-magnetic simulator for power systems with a simultaneous state-space nodal solver ［C］// 2010 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition： Latin America （T&D-LA）， November 8-10 ， 2010 ， Sao Paulo， Brazil ： 349 - 358 .

穆清，周孝信，王祥旭，等 . 面向实时仿真的小步长开关误差分析和参数设置［J］. 中国电机工程学报， 2013 ， 33 （ 31 ）： 120 - 129 .

MU Qing ， ZHOU Xiaoxin ， WANG Xiangxu ， et al . Error analysis and parameters of switches in small step simulation for real-time simulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2013 ， 33 （ 31 ）： 120 - 129 .

GUO X Z ， YUAN J Q ， TANG Y G ， et al . Hardware in the loop real-time simulation for the associated discrete circuit modeling optimization method of power converters ［J］. Energies ， 2018 ， 11 （ 11 ）： 3237 .

SONG Y K ， CHEN L J ， CHEN Y ， et al . A general parameter configuration algorithm for associate discrete circuit switch model ［C］// 2014 International Conference on Power System Technology ， October 20-22 ， 2014 ， Chengdu， China ： 956 - 961 .

DUFOUR C . Method and system for reducing power losses and state-overshoots in simulators for switched power electronic circuit ： US9665672 ［P］. 2017-05-30 .

徐晋，汪可友，李国杰，等 . 基于参数化历史电流源的广义小步长开关模型［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1647 - 1654 .

XU Jin ， WANG Keyou ， LI Guojie ， et al . A general small time-step model based on the parameterized history current sources ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 6 ）： 1647 - 1654 .

徐晋，汪可友，李国杰，等 . 基于响应匹配的电力电子换流器恒导纳建模［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 13 ）： 3879 - 3889 .

XU Jin ， WANG Keyou ， LI Guojie ， et al . Fixed-admittance modeling of power electronic converters using response-matching technique ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 13 ）： 3879 - 3889 .

WANG K Y ， XU J ， LI G J ， et al . A generalized associated discrete circuit model of power converters in real-time simulation ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 2220 - 2233 .

范哲意，张明新，周治国，等 . 电压源换流器闭环控制的实时联合仿真［J］. 高电压技术， 2016 ， 42 （ 10 ）： 3328 - 3335 .

FAN Zheyi ， ZHANG Mingxin ， ZHOU Zhiguo ， et al . Real-time co-simulation for voltage source converter closed-loop control ［J］. High Voltage Engineering ， 2016 ， 42 （ 10 ）： 3328 - 3335 .

朱建鑫，胡海兵，陆道荣，等 . 应用于级联STATCOM的高精度低成本全FPGA实时仿真模型研究［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 4 ）： 777 - 785 .

ZHU Jianxin ， HU Haibing ， LU Daorong ， et al . The research on fully FPGA-based real-time simulation with high fidelity and low cost for the cascaded STATCOM ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 777 - 785 .

舒德兀，李琰，张春朋，等 . 基于幅值分布函数的换流器平均化模型及其应用［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 15 ）： 73 - 78 .

SHU Dewu ， LI Yan ， ZHANG Chunpeng ， et al . Converter averaged model based on amplitude distribution function and its applications ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 15 ）： 73 - 78 .

袁义生，毛凯翔，袁世英 . 电力机车PET中直流母线电压的大信号建模及分析［J］. 电力系统保护与控制， 2019 ， 47 （ 4 ）： 83 - 90 .

YUAN Yisheng ， MAO Kaixiang ， YUAN Shiying . Large signal modeling and analysis of DC-bus voltage of power electronic transformer applied in electric locomotive ［J］. Power System Protection and Control ， 2019 ， 47 （ 4 ）： 83 - 90 .

张爱军，邢华栋，任思宇，等 . 互联多端口电力电子变压器的建模与仿真技术［J］. 南方电网技术， 2020 ， 14 （ 8 ）： 66 - 75 .

ZHANG Aijun ， XING Huadong ， REN Siyu ， et al . Modeling and simulation technology of interconnected multi-port power electronic transformer ［J］. Southern Power System Technology ， 2020 ， 14 （ 8 ）： 66 - 75 .

王钢，李志铿，李海锋，等 . 交直流系统的换流器动态相量模型［J］. 中国电机工程学报， 2010 ， 30 （ 1 ）： 59 - 64 .

WANG Gang ， LI Zhikeng ， LI Haifeng ， et al . Dynamic phasor model of the converter of the AC/DC system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2010 ， 30 （ 1 ）： 59 - 64 .

姜宽，王慧芳，林达，等 . 面向逆变器型分布式电源的快速建模与仿真方法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 12 ）： 13 - 19 .

JIANG Kuan ， WANG Huifang ， LIN Da ， et al . Rapid modeling and simulation method for inverter-interfaced distributed generators ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 12 ）： 13 - 19 .

GAO F ， STRUNZ K . Frequency-adaptive power system modeling for multiscale simulation of transients ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2009 ， 24 （ 2 ）： 561 - 571 .

ZHANG P ， MARTI J R ， DOMMEL H W . Shifted-frequency analysis for EMTP simulation of power-system dynamics ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅰ： Regular Papers ， 2010 ， 57 （ 9 ）： 2564 - 2574 .

HUANG Y W ， CHAPARIHA M ， THERRIEN F ， et al . A constant-parameter voltage-behind-reactance synchronous machine model based on shifted-frequency analysis ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 761 - 771 .

姚蜀军，韩民晓，黄闻而达 . 基于时间尺度变换的大步长电磁暂态仿真［J］. 中国电机工程学报， 2019 ， 39 （ 2 ）： 436 - 446 .

YAO Shujun ， HAN Minxiao ， HUANG Wenerda . A large time step electromagnetic transients simulation based on time-scale-frame transformation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2019 ， 39 （ 2 ）： 436 - 446 .

FAN S T ， DING H . Time domain transformation method for accelerating EMTP simulation of power system dynamics ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 4 ）： 1778 - 1787 .

LIU Y ， SONG Y K ， YU Z T ， et al . Modeling and simulation of hybrid AC-DC system on a cloud computing based simulation platform—CloudPSS ［C］// 2018 2nd IEEE Conference on Energy Internet and Energy System Integration ， October 20-22 ， 2018 ， Beijing， China ： 1 - 6 .

王宇，刘崇茹，李庚银 . 基于FPGA的模块化多电平换流器实时仿真建模与硬件在环实验［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 13 ）： 3912 - 3920 .

WANG Yu ， LIU Chongru ， LI Gengyin . FPGA-based real-time modeling of modular multilevel converters and hardware-in-the-loop simulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 13 ）： 3912 - 3920 .

张宏俊，郝正航，陈卓，等 . 适用于模块化多电平换流器实时仿真的建模方法［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 7 ）： 120 - 126 .

ZHANG Hongjun ， HAO Zhenghang ， CHEN Zhuo ， et al . Modeling method for real time simulation of modular multilevel converter ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 7 ）： 120 - 126 .

LI W ， BÉLANGER J . An equivalent circuit method for modelling and simulation of modular multilevel converters in real-time HIL test bench ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2016 ， 31 （ 5 ）： 2401 - 2409 .

LIANG T ， DINAVAHI V . Real-time device-level simulation of MMC-based MVDC traction power system on MPSoC ［J］. IEEE Transactions on Transportation Electrification ， 2018 ， 4 （ 2 ）： 626 - 641 .

丁江萍，高晨祥，许建中，等 . 级联H桥型电力电子变压器的电磁暂态等效建模方法［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 21 ）： 7047 - 7056 .

DING Jiangping ， GAO Chenxiang ， XU Jianzhong ， et al . Electromagnetic transient equivalent modeling method of cascaded H-bridge power electronic transformer ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 21 ）： 7047 - 7056 .

WATSON N ， ARRILLAGA J . Power systems electromagnetic transients simulation ［M］. London， UK ： Institution of Engineering and Technology ， 2018 .

MARTI J R ， LINARES L R ， CALVINO J ， et al . OVNI： an object approach to real-time power system simulators ［C］// 1998 International Conference on Power System Technology ， August 18-21 ， 1998 ， Beijing， China ： 977 - 981 .

MARTI J R ， LINARES L R ， HOLLMAN J A ， et al . OVNI： integrated software/hardware solution for real-time simulation of large power systems ［C］// Proceedings of the 14th Power Systems Computation Conference （PSCC02 ）， June 24-28 ， 2002 ， Sevilla， Spain .

陈来军，陈颖，梅生伟 . 一种隐式同步策略及其在电磁暂态并行计算中的应用［J］. 电工电能新技术， 2010 ， 29 （ 2 ）： 9 - 12 .

CHEN Laijun ， CHEN Ying ， MEI Shengwei . An implicit synchronization approach and its application in parallel computation of electro-magnetic transient ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2010 ， 29 （ 2 ）： 9 - 12 .

岳程燕，周孝信，李若梅 . 电力系统电磁暂态实时仿真中并行算法的研究［J］. 中国电机工程学报， 2004 ， 24 （ 12 ）： 1 - 7 .

YUE Chengyan ， ZHOU Xiaoxin ， LI Ruomei . Study of parallel approaches to power system electromagnetic transient real-time simulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2004 ， 24 （ 12 ）： 1 - 7 .

YUE C Y ， ZHOU X X ， LI R M . Node-splitting approach used for network partition and parallel processing in electromagnetic transient simulation ［C］// 2004 International Conference on Power System Technology ， November 21-24 ， 2004 ， Singapore ： 425 - 430 .

穆清，李亚楼，周孝信，等 . 基于传输线分网的并行多速率电磁暂态仿真算法［J］. 电力系统自动化， 2014 ， 38 （ 7 ）： 47 - 52 .

MU Qing ， LI Yalou ， ZHOU Xiaoxin ， et al . A parallel multi-rate electromagnetic transient simulation algorithm based on network division through transmission line ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2014 ， 38 （ 7 ）： 47 - 52 .

韩佶，董毅峰，苗世洪，等 . 基于MATE的电力系统分网多速率电磁暂态并行仿真方法［J］. 高电压技术， 2019 ， 45 （ 6 ）： 1857 - 1865 .

HAN Ji ， DONG Yifeng ， MIAO Shihong ， et al . Multi-rate electromagnetic transient parallel simulation of power system based on MATE ［J］. High Voltage Engineering ， 2019 ， 45 （ 6 ）： 1857 - 1865 .

张怡，吴文传，张伯明，等 . 电磁-机电暂态混合仿真中机电侧故障的仿真方法［J］. 中国电机工程学报， 2012 ， 32 （ 19 ）： 81 - 88 .

ZHANG Yi ， WU Wenchuan ， ZHANG Boming ， et al . Simulation method of faults on electromechanical side in electromagnetic and electromechanical hybrid simulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2012 ， 32 （ 19 ）： 81 - 88 .

顾卓远，汤涌，刘文焯，等 . 双馈风力发电机组的电磁暂态-机电暂态混合仿真研究［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 3 ）： 615 - 620 .

GU Zhuoyuan ， TANG Yong ， LIU Wenzhuo ， et al . Electromechanical transient-electromagnetic transient hybrid simulation of doubly-fed induction generator ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 3 ）： 615 - 620 .

金梦，李修金，刘一丹，等 . 基于PSModel的江苏电网机电-电磁混合仿真［J］. 电力工程技术， 2017 ， 36 （ 3 ）： 7 - 11 .

JIN Meng ， LI Xiujin ， LIU Yidan ， et al . Electromechanical-electromagnetic hybrid simulation of Jiangsu power grid using PSModel ［J］. Electric Power Engineering Technology ， 2017 ， 36 （ 3 ）： 7 - 11 .

黄胜利 . 时变动态相量理论在电力系统分析中的应用［D］. 北京：中国电力科学研究院， 2002 .

HUANG Shengli . Application of time-varying dynamic phasor theory in analysis of electric power system ［D］. Beijing ： China Electric Power Research Institute ， 2002 .

戚庆茹，焦连伟，陈寿孙，等 . 运用动态相量法对电力电子装置建模与仿真初探［J］. 电力系统自动化， 2003 ， 27 （ 9 ）： 6 - 10 .

QI Qingru ， JIAO Lianwei ， CHEN Shousun ， et al . Application of the dynamic phasors in modeling and simulation of electronic converters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2003 ， 27 （ 9 ）： 6 - 10 .

KONARA H ， ANNAKKAGE U D ， KARAWITA C . Stability criterion for interfacing a transient stability model to a dynamic phasor model ［C］// 2018 IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition （T&D）， April 16-19 ， 2018 ， Denver， USA ： 1 - 5 .

鄂志君，应迪生，陈家荣，等 . 动态相量法在电力系统仿真中的应用［J］. 中国电机工程学报， 2008 ， 28 （ 31 ）： 42 - 47 .

E Zhijun ， YING Disheng ， CHAN Kawing ， et al . Application of dynamic phasor in power system simulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2008 ， 28 （ 31 ）： 42 - 47 .

叶华，安婷，裴玮，等 . 含VSC-HVDC交直流系统多尺度暂态建模与仿真研究［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 7 ）： 1897 - 1909 .

YE Hua ， AN Ting ， PEI Wei ， et al . Multi-scale modeling and simulation of transients for VSC-HVDC and AC systems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 7 ）： 1897 - 1909 .

SCHUTT-AINE J E . Latency insertion method （LIM） for the fast transient simulation of large networks ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅰ： Fundamental Theory and Applications ， 2001 ， 48 （ 1 ）： 81 - 89 .

SEKINE T ， ASAI H . Block-latency insertion method （block-LIM） for fast transient simulation of tightly coupled transmission lines ［J］. IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility ， 2011 ， 53 （ 1 ）： 193 - 201 .

MILTON M ， BENIGNI A . Latency insertion method based real-time simulation of power electronic systems ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 8 ）： 7166 - 7177 .

XU J ， WANG K Y ， WU P ， et al . FPGA-based sub-microsecond-level real-time simulation for microgrids with a network-decoupled algorithm ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2020 ， 35 （ 2 ）： 987 - 998 .

王玭，李亚楼，陈绪江，等 . 基于ADPSS新一代仿真平台的大规模交直流电网数模混合仿真［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 1 ）： 227 - 234 .

WANG Pin ， LI Yalou ， CHEN Xujiang ， et al . Digital-analog hybrid simulation of large-scale AC-DC power grids based on ADPSS next-generation simulation platform ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 1 ）： 227 - 234 .

KUFFEL R ， GIESBRECHT J ， MAGUIRE T ， et al . RTDS-a fully digital power system simulator operating in real time ［C］// Proceedings of IEEE Communications， Power， and Computing Conference ， May 15-16 ， 1995 ， Winnipeg， Canada ： 300 - 305 .

LAROSE C ， GUERETTE S ， GUAY F ， et al . A fully digital real-time power system simulator based on PC-cluster ［J］. Mathematics and Computers in Simulation ， 2003 ， 63 （ 3/4/5 ）： 151 - 159 .

STEVIC M ， VOGEL S ， MONTI A ， et al . Feasibility of geographically distributed real-time simulation of HVDC system interconnected with AC networks ［C］// 2015 IEEE Eindhoven PowerTech ， June 29-July 2 ， 2015 ， Eindhoven， Netherlands ： 1 - 5 .

VOGEL S ， RAJKUMAR V S ， NGUYEN H T ， et al . Improvements to the co-simulation interface for geographically distributed real-time simulation ［C］// 45th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society ， October 14-17 ， 2019 ， Lisbon， Portugal ： 6655 - 6662 .

陈国平，李柏青，李明节，等 . 新一代特高压交直流电网仿真平台设计方案［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 8 ）： 3228 - 3237 .

CHEN Guoping ， LI Baiqing ， LI Mingjie ， et al . New generation UHVAC/DC power grid simulation platform design scheme ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 8 ）： 3228 - 3237 .

姚蜀军，韩民晓，张硕，等 . 基于GPU的电磁暂态并行仿真研究［J］. 电工电能新技术， 2019 ， 38 （ 1 ）： 10 - 16 .

YAO Shujun ， HAN Minxiao ， ZHANG Shuo ， et al . Research on electromagnetic transient parallel simulation based on GPU ［J］. Advanced Technology of Electrical Engineering and Energy ， 2019 ， 38 （ 1 ）： 10 - 16 .

陈颖，宋炎侃，黄少伟，等 . 基于GPU的大规模配电网电磁暂态并行仿真技术［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 19 ）： 82 - 88 .

CHEN Ying ， SONG Yankan ， HUANG Shaowei ， et al . GPU-based techniques of parallel electromagnetic transient simulation for large-scale distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 19 ）： 82 - 88 .

YAN S H ， ZHOU Z Y ， DINAVAHI V . Large-scale nonlinear device-level power electronic circuit simulation on massively parallel graphics processing architectures ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2018 ， 33 （ 6 ）： 4660 - 4678 .

ZHOU Z Y ， DINAVAHI V . Fine-grained network decomposition for massively parallel electromagnetic transient simulation of large power systems ［J］. IEEE Power and Energy Technology Systems Journal ， 2017 ， 4 （ 3 ）： 51 - 64 .

SUN J F ， DEBNATH S ， SAEEDIFARD M ， et al . Real-time electromagnetic transient simulation of multi-terminal HVDC-AC grids based on GPU ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2021 ， 68 （ 8 ）： 7002 - 7011 .

CULLINAN C ， FRATTESI T R ， WYANT C . Computing performance benchmarks among CPU， GPU， and FPGA ［EB/OL］. ［ 2021-03-03 ］. http：//citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download；jsessionid=D2D53F1D1646519013F80677975BF6EC？doi=10.1.1.474.9532&rep=rep1&type=pdf http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download;jsessionid=D2D53F1D1646519013F80677975BF6EC?doi=10.1.1.474.9532&rep=rep1&type=pdf .

BÉLANGER J ， YAMANE A ， YEN A ， et al . Validation of eHS FPGA reconfigurable low-latency electric and power electronic circuit solver ［C］// 39th Annual Conference of the IEEE Industrial Electronics Society ， November 10-13 ， 2013 ， Vienna， Austria ： 5418 - 5423 .

徐梅梅，穆清，古庭赟，等 . 适用于ADPSS双馈风机闭环试验的并行异构仿真方法： CN109190320A ［P］. 2019-01-11 .

XU Meimei ， MU Qing ， GU Tingyun ， et al . Parallel heterogeneous simulation method for ADPSS double-fed fan closed-loop test ： CN109190320A ［P］. 2019-01-11 .

SAAD H ， OULD-BACHIR T ， MAHSEREDJIAN J ， et al . Real-time simulation of MMCs using CPU and FPGA ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2015 ， 30 （ 1 ）： 259 - 267 .

朱建鑫，滕国栋，秦阳，等 . 基于多FPGA的电力电子实时仿真系统［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 137 - 143 .

ZHU Jianxin ， TENG Guodong ， QIN Yang ， et al . Multi-FPGA based real-time simulation system for power electronics ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 137 - 143 .

李鹏，王智颖，王成山，等 . 基于多FPGA的有源配电网实时仿真器并行架构设计［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 8 ）： 174 - 182 .

LI Peng ， WANG Zhiying ， WANG Chengshan ， et al . Design of parallel architecture for multi-FPGA based real-time simulator of active distribution network ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 8 ）： 174 - 182 .

李鹏，曾凡鹏，王智颖，等 . 基于FPGA的有源配电网实时仿真器I/O接口设计［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 12 ）： 3409 - 3417 .

LI Peng ， ZENG Fanpeng ， WANG Zhiying ， et al . I/O interface design for FPGA based real-time simulator of active distribution networks ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 12 ）： 3409 - 3417 .

SHEN Z X ， DUAN T ， DINAVAHI V . Design and implementation of real-time mpsoc-FPGA-based electromagnetic transient emulator of CIGRÉ DC grid for HIL application ［J］. IEEE Power and Energy Technology Systems Journal ， 2018 ， 5 （ 3 ）： 104 - 116 .

MONTANO F ， OULD-BACHIR T ， DAVID J P . An evaluation of a high-level synthesis approach to the FPGA-based submicrosecond real-time simulation of power converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2018 ， 65 （ 1 ）： 636 - 644 .

MILTON M ， BENIGNI A ， BAKOS J . System-level， FPGA-based， real-time simulation of ship power systems ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2017 ， 32 （ 2 ）： 737 - 747 .

MILTON M ， BENIGNI A ， MONTI A . Real-time multi-FPGA simulation of energy conversion systems ［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion ， 2019 ， 34 （ 4 ）： 2198 - 2208 .

XU J ， WANG K Y ， WU P ， et al . FPGA-based submicrosecond-level real-time simulation of solid-state transformer with a switching frequency of 50 kHz ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2021 ， 9 （ 4 ）： 4212 - 4224 .

OULD-BACHIR T ， BLANCHETTE H F ， AL-HADDAD K . A network tearing technique for FPGA-based real-time simulation of power converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2015 ， 62 （ 6 ）： 3409 - 3418 .

HADIZADEH A ， HASHEMI M ， LABBAF M ， et al . A matrix-inversion technique for FPGA-based real-time EMT simulation of power converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2019 ， 66 （ 2 ）： 1224 - 1234 .

MIRZAHOSSEINI R ， IRAVANI R . Small time-step FPGA-based real-time simulation of power systems including multiple converters ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2019 ， 34 （ 6 ）： 2089 - 2099 .

ZHAO Z M ， TAN D ， LI K . Transient behaviors of multiscale megawatt power electronics systems—part Ⅰ： characteristics and analysis ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2019 ， 7 （ 1 ）： 7 - 17 .

ZHAO Z M ， TAN D ， LI K ， et al . Transient behaviors of multiscale megawatt power electronics systems—part Ⅱ： design techniques and practical applications ［J］. IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics ， 2019 ， 7 （ 1 ）： 18 - 29 .

STRUNZ K ， SHINTAKU R ， GAO F . Frequency-adaptive network modeling for integrative simulation of natural and envelope waveforms in power systems and circuits ［J］. IEEE Transactions on Circuits and Systems Ⅰ： Regular Papers ， 2006 ， 53 （ 12 ）： 2788 - 2803 .

LI Z R ， XU J ， WANG K Y ， et al . A discrete small-step synthesis real-time simulation method for power converters ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2022 ， 69 （ 4 ）： 3667 - 3676 .

檀添，赵争鸣，李帛洋，等 . 基于离散状态事件驱动的电力电子瞬态过程仿真方法［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 13 ）： 41 - 50 .

TAN Tian ， ZHAO Zhengming ， LI Boyang ， et al . Discrete state event driven based methods for transient simulation of power electronic converters ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 13 ）： 41 - 50 .

李帛洋，赵争鸣，檀添，等 . 后向离散状态事件驱动电力电子仿真方法［J］. 电工技术学报， 2017 ， 32 （ 12 ）： 42 - 49 .

LI Boyang ， ZHAO Zhengming ， TAN Tian ， et al . A backword discrete state event driven simulation method for power electronics based on finite state machine ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2017 ， 32 （ 12 ）： 42 - 49 .

赵帅，贾宏杰，李建设，等 . 一种考虑多重开关动作的变步长电磁暂态仿真算法［J］. 电工技术学报， 2016 ， 31 （ 12 ）： 177 - 183 .

ZHAO Shuai ， JIA Hongjie ， LI Jianshe ， et al . Variable step integration method on power system transient simulation with multiple switching events ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2016 ， 31 （ 12 ）： 177 - 183 .

黄宇鹏，汪可友，李国杰 . 基于权重数值积分的电力电子开关仿真插值算法［J］. 电网技术， 2015 ， 39 （ 1 ）： 150 - 155 .

HUANG Yupeng ， WANG Keyou ， LI Guojie . A weight-numerical integration based interpolation algorithm for simulation of power electronic circuit ［J］. Power System Technology ， 2015 ， 39 （ 1 ）： 150 - 155 .

姬伟江，汪可友，李国杰，等 . 计及多重开关的电力电子实时仿真算法及其基于PXI平台的实现［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 2 ）： 588 - 596 .

JI Weijiang ， WANG Keyou ， LI Guojie ， et al . A real-time simulation algorithm for power electronics circuit considering multiple switching events and its implementation on PXI platform ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 2 ）： 588 - 596 .

DO V Q ， MCCALLUM D ， GIROUX P ， et al . A backward-forward interpolation technique for a precise modelling of power electronic in HYPERSIM ［C］// Proceedings of the International Conference on Power Systems Transients ， June 24-28 ， 2001 ， Rio de Janeiro， Brazil .

杨明，张永明，张子骞，等 . 电力系统电磁暂态仿真算法研究综述［J/OL］. 电测与仪表： 1 - 11 ［ 2021-09-22 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210415.1530.008.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210415.1530.008.html .

YANG Ming ， ZHANG Yongming ， ZHANG Ziqian ， et al . Review on electromagnetic transient simulation algorithm of power system ［J/OL］. Electrical Measurement & Instrumentation ： 1 - 11 ［ 2021-09-22 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210415.1530.008.html https://kns.cnki.net/kcms/detail/23.1202.TH.20210415.1530.008.html .

MARTI J R ， LIN J . Suppression of numerical oscillations in the EMTP power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1989 ， 4 （ 2 ）： 739 - 747 .

LIN J M ， MARTI J R . Implementation of the CDA procedure in the EMTP ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 1990 ， 5 （ 2 ）： 394 - 402 .

王永，李强，冯书阅，等 . 基于改进临界阻尼调整法的电磁暂态仿真算法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 15 ）： 180 - 185 .

WANG Yong ， LI Qiang ， FENG Shuyue ， et al . Electromagnetic transient simulation algorithm based on improved critical damping adjustment ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 15 ）： 180 - 185 .

NODA T ， TAKENAKA K ， INOUE T . Numerical integration by the 2-stage diagonally implicit Runge-Kutta method for electromagnetic transient simulations ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2009 ， 24 （ 1 ）： 390 - 399 .

杨萌，汪芳宗 . 基于2级3阶单对角隐式Runge-Kutta法的电磁暂态计算方法［J］. 电力系统保护与控制， 2017 ， 45 （ 6 ）： 68 - 73 .

YANG Meng ， WANG Fangzong . 2-stage 3-order diagonally implicit Runge-Kutta method for electromagnetic transient calculation ［J］. Power System Protection and Control ， 2017 ， 45 （ 6 ）： 68 - 73 .

王永，张磊，叶婧，等 . 基于3步4阶隐式泰勒级数法的电磁暂态数值计算方法［J］. 电力系统保护与控制， 2018 ， 46 （ 11 ）： 8 - 13 .

WANG Yong ， ZHANG Lei ， YE Jing ， et al . Electromagnetic transient numerical calculation method based on 3-step 4-order implicit Taylor series method ［J］. Power System Protection and Control ， 2018 ， 46 （ 11 ）： 8 - 13 .

舒德兀，张树卿，姜齐荣 . 基于指数项有理分式拟合的网络差分化算法及其适用性分析［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 10 ）： 103 - 109 .

SHU Dewu ， ZHANG Shuqing ， JIANG Qirong . Network differencing algorithm based on rational approximation of exponential and its applicability analysis ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 10 ）： 103 - 109 .

迟永宁，舒德兀，张春朋，等 . 交流弱电网中用于抑制数值振荡的变参数有理分式拟合算法［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 6 ）： 1792 - 1796 .

CHI Yongning ， SHU Dewu ， ZHANG Chunpeng ， et al . A parameterized rational-fraction fitting algorithm for numerical oscillation suppression in weak AC grid ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 6 ）： 1792 - 1796 .

WATSON N R ， IRWIN G D . Comparison of root-matching techniques for electromagnetic transient simulation ［J］. IEEE Transactions on Power Delivery ， 2000 ， 15 （ 2 ）： 629 - 634 .

皮一晨，孙建军，尹晨旭，等 . 功率硬件在环仿真中功率接口直流电压控制及电容参数设计［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 24 ）： 105 - 110 .

PI Yichen ， SUN Jianjun ， YIN Chenxu ， et al . DC voltage control and capacitor parameter design of power interface in power hardware-in-the-loop simulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 24 ）： 105 - 110 .

DAGBAGI M ， HEMDANI A ， IDKHAJINE L ， et al . ADC-based embedded real-time simulator of a power converter implemented in a low-cost FPGA： application to a fault-tolerant control of a grid-connected voltage-source rectifier ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2016 ， 63 （ 2 ）： 1179 - 1190 .

MILTON M ， DE LA O C ， GINN H L ， et al . Controller-embeddable probabilistic real-time digital twins for power electronic converter diagnostics ［J］. IEEE Transactions on Power Electronics ， 2020 ， 35 （ 9 ）： 9850 - 9864 .

PAQUIN J N ， BELANGER J ， SNIDER L A ， et al . Monte-Carlo study on a large-scale power system model in real-time using eMEGAsim ［C］// 2009 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition ， September 20-24 ， 2009 ， San Jose， USA ： 3194 - 3202 .

冯俊杰，邹常跃，杨双飞，等 . 针对中高频谐振问题的柔性直流输电系统阻抗精确建模与特性分析［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4805 - 4820 .

FENG Junjie ， ZOU Changyue ， YANG Shuangfei ， et al . Accurate impedance modeling and characteristic analysis of VSC-HVDC system for mid- and high-frequency resonance problems ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 15 ）： 4805 - 4820 .

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