Quantifying and Improving the Accuracy of Electromagnetic Transient-Transient Stability Hybrid Simulation

📄 arXiv: 2604.14523v1 📥 PDF

作者: Bin Wang, Qiang Zhang, Xiaochuan Luo, Slava Maslennikov, Mingguo Hong, Xinghao Fang, Tongxin Zheng

分类: eess.SY

发布日期: 2026-04-16

备注: 12 pages, 25 figures, accepted by IEEE Transactions on Power Systems

DOI: 10.1109/TPWRS.2026.3683988

💡 一句话要点

提出一种量化和提高电磁暂态-暂态稳定混合仿真精度的方法

🎯 匹配领域: 支柱四：生成式动作 (Generative Motion)

关键词: 电磁暂态仿真 暂态稳定仿真 混合仿真 误差量化 电力系统动态 三序模型 接口误差

📋 核心要点

  1. 传统暂态稳定分析难以准确建模快速动态，而电磁暂态仿真计算量大，限制了其在大规模电网中的应用。
  2. 论文提出一种误差指标来量化EMT-TS混合接口误差，并提出扩展EMT区域和三序混合接口模型来提高仿真精度。
  3. 通过扩展EMT区域和使用三序混合接口模型，可以有效提高EMT-TS混合仿真的精度，从而更准确地分析电力系统动态。

📝 摘要（中文）

随着基于逆变器的资源渗透率不断提高，现代电网面临新的动态挑战，例如次同步和超同步振荡以及其他更快的动态。这些动态通常本质上很快，难以使用标准暂态稳定（TS）方法进行准确建模和分析，因此需要电磁暂态（EMT）分析。然而，由于方程公式和计算限制，EMT仿真对于大型电网来说速度非常慢。为了克服这一挑战，通常使用EMT-TS混合仿真，因为它在精度和速度之间提供了平衡的折衷方案，从而可以对大型系统执行EMT分析。关于EMT-TS混合仿真，一个悬而未决的问题是EMT-TS边界或接口的准确性。本文介绍了一种误差指标来量化EMT-TS混合接口误差，确定了混合仿真方法可能变得不准确的条件，并建议扩展EMT区域以提高仿真精度。此外，提出了一种三序混合接口模型，以减轻由不平衡条件引起的不准确性。

🔬 方法详解

问题定义：论文旨在解决电磁暂态（EMT）-暂态稳定（TS）混合仿真中，EMT-TS边界或接口处精度不足的问题。现有方法在处理大规模电网时，由于计算量限制，无法保证EMT仿真的精度，而EMT-TS混合仿真在接口处存在误差，尤其是在不平衡条件下，会进一步降低仿真结果的可靠性。

核心思路：论文的核心思路是通过量化EMT-TS混合接口的误差，识别导致不准确的条件，并提出相应的改进措施。具体而言，通过引入误差指标来评估接口处的误差大小，并分析误差产生的原因。针对误差来源，提出扩展EMT区域和使用三序混合接口模型两种策略，以提高仿真精度。

技术框架：论文的技术框架主要包括以下几个阶段：1) 建立EMT-TS混合仿真模型；2) 定义并计算EMT-TS接口处的误差指标；3) 分析误差指标与系统参数之间的关系，识别导致误差增大的条件；4) 提出扩展EMT区域和三序混合接口模型两种改进策略；5) 通过仿真实验验证改进策略的有效性。

关键创新：论文的关键创新在于：1) 提出了一个量化EMT-TS混合接口误差的指标，为评估混合仿真精度提供了依据；2) 提出了三序混合接口模型，能够有效处理不平衡条件下的仿真误差，提高了仿真的鲁棒性；3) 明确了在何种条件下混合仿真可能变得不准确，为实际应用提供了指导。

关键设计：论文的关键设计包括：1) 误差指标的定义，需要能够准确反映接口处的电压、电流等物理量的偏差；2) 三序混合接口模型的构建，需要考虑正序、负序和零序分量的相互影响；3) EMT区域扩展的策略，需要权衡计算量和仿真精度之间的关系。具体参数设置和网络结构等细节在论文中未详细描述，属于未知信息。

🖼️ 关键图片

fig_0
fig_1
fig_2

📊 实验亮点

论文提出了量化EMT-TS混合接口误差的指标，并验证了扩展EMT区域和使用三序混合接口模型可以有效提高仿真精度。具体的性能数据和提升幅度在摘要中未明确给出，属于未知信息。但论文强调了在不平衡条件下，三序混合接口模型能够显著降低仿真误差。

🎯 应用场景

该研究成果可应用于电力系统规划、运行和控制等领域。通过提高EMT-TS混合仿真的精度，可以更准确地评估电力系统在各种运行条件下的动态性能，为电力系统的安全稳定运行提供保障。尤其是在新能源高比例接入的背景下，该研究具有重要的实际应用价值和推广前景。

📄 摘要（原文）

The increasing penetration of inverter-based resources introduces new dynamic challenges to modern power grids, such as sub- and super-synchronous oscillations and other faster dynamics. These dynamics are typically fast in nature and are difficult to accurately model and analyze using standard transient stability (TS) methods, necessitating the need for electromagnetic transient (EMT) analysis. However, EMT simulations are notoriously slow for large-scale grids due to both equation formulations and computational limitations. To overcome this challenge, EMT-TS hybrid simulation is often used, since it offers a balanced trade-off between accuracy and speed, making it feasible to perform EMT analysis on large systems. One open question about EMT-TS hybrid simulation is the accuracy of the EMT-TS boundary or interface. This paper introduces an error index to quantify EMT-TS hybrid interface errors, identifies conditions where the hybrid simulation approach may become inaccurate, and suggests EMT region expansions to improve the simulation accuracy. Additionally, a three-sequence hybrid interface model is proposed to mitigate inaccuracies caused by unbalanced conditions.