随着电力电子技术的发展,各类电力电子设备成为现代电力系统中不可或缺的组成部分,它们在可再生能源发电、直流输配电、微电网等应用中扮演着重要角色。实时仿真技术作为电力电子及电力系统研究与测试的重要手段,可以有效提高控制保护系统的设计效率,降低硬件装置的试验成本,减少测试给电网带来的风险。然而,相比于传统电力系统的实时仿真,电力电子实时仿真仍存在诸多问题,严重影响其在科研和工程中的推广应用。首先是电力电子开关模型的精度问题,其次是基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)的电力电子实时仿真的规模问题。本文重点针对以上两个瓶颈问题进行了研究,取得了相应的研究成果,并搭建了通用电力电子实时仿真平台,对常见变流器、固态变压器和微电网等进行了实时仿真测试。具体研究内容如下:1)电力电子开关的实时仿真建模。实时仿真中的电力电子开关普遍采用L/C等效模型,该模型在开关频率大于5k Hz时,会出现功率损耗异常的现象,严重影响电力电子实时仿真的精度。针对这一问题,本文提出了一种电力电子开关的响应匹配建模方法,保留了L/C等效模型无需修改节点导纳矩阵的优点,同时有效地解决了L/C等效模型的功率损耗异常问题,并成功应用于两电平变流器、T型三电平变流器和Buck/Boost电路的实时仿真。2)高频电力电子开关的实时仿真。为了能采用更小的仿真步长,实现更高开关频率下的实时仿真,本文提出一种适用于FPGA的紧凑型节点分析法,将传统节点分析法的中间步骤进行了压缩,缩短了单个仿真步长的执行时间,并成功应用于开关频率高达50k Hz的固态变压器实时仿真。3)考虑电力电子开关建模的微电网实时仿真。基于FPGA的实时仿真规模不仅受限于FPGA的硬件资源总量,而且受限于实时仿真的步长。针对这一问题,本文提出了一种基于延迟插入法和节点分析法的混合仿真算法,利用延迟插入法将多个电力电子设备的实时仿真并行化,使得基于FPGA的实时仿真规模不再受限于实时仿真的步长,并成功应用于含5台分布式电源的交流微电网实时仿真。4)基于动态相量的微电网实时仿真。对于规模优先的微电网实时仿真,可以采用基于动态相量的实时仿真建模方法。为了提高动态相量模型的精度,本文提出了一种基于多重移频变换的动态相量建模仿真方法,并成功应用于含12台分布式电源的交直流混合微电网实时仿真。