A Numerically Efficient and Accurate Model for Real-Time Simulation of Solid-State Transformer Using Implicit-Explicit Integration Methods

doi:10.1109/TPEL.2025.3650144

A Numerically Efficient and Accurate Model for Real-Time Simulation of Solid-State Transformer Using Implicit-Explicit Integration Methods

2026-01-02

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DOI：10.1109/TPEL.2025.3650144

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电磁暂态（EMT）模型对于电力电子变流器的设计、控制和故障分析至关重要。本文提出了一种基于开关函数的详细等效模型（SFB-DEM），采用结合隐式和显式（ImEx）多步Gear积分方法，实现高效且精确的EMT仿真。所提出的SFB-DEM整合了ImEx求解器的优点，在EMT模型中具有变流器电路解耦、节点数量减少以及恒定节点网络电导（G）矩阵的特点。采用ImEx 2阶和3阶Gear方法（即ImEx-G2O和ImEx-G3O）的SFB-DEM实现了固态变压器（SST）仿真。此外，提出了一种开关插值技术，并与ImEx-G2O和ImEx-G3O求解器集成，以考虑时间步内开关事件。与传统的详细模型（DM）和变电导（G）矩阵DEM（VG-DEM）相比，所提出的SST SFB-DEM显著加速了EMT仿真。对于含60个SM的SST，采用ImEx-G3O方法的所提出的SFB-DEM相较于DM和VG-DEM，EMT仿真速度分别提升了171倍和7.5倍。

Keyword:

Constant G-matrix

electromagnetic transient (EMT) program

implicit-explicit backward differentiation formula

solid-state transformer (SST)

switching interpolation technique

switching-function-based detailed equivalent model (SFB-DEM)

A Numerically Efficient and Accurate Model for Real-Time Simulation of Solid-State Transformer Using Implicit-Explicit Integration Methods

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