电力系统电磁暂态仿真之父Hermann W. Dommel教授学术贡献与EMTP发展历程回顾

《IEEE Power and Energy Magazine》：In Memoriam: Hermann W. Dommel, 1933–2025

本文深切缅怀了电力系统电磁暂态仿真领域的奠基人Hermann W. Dommel教授（1933-2025）。文章回顾了其为解决电力系统快速电磁暂态精确模拟难题，开创性地开展电磁暂态程序（EMTP）研究的历程。其研究构建了EMTP的理论基石，开发了成为行业事实标准的工具，并持续推动了最优潮流（OPF）等方法的发展。这些成果对电力系统设计、运行与安全分析产生了深远影响，其著作至今仍是该领域最权威的参考文献。

　　

在电力系统的设计与运行中，如何精确模拟 lightning strike（雷击）、开关操作等事件引发的快速电压电流变化——即电磁暂态（Electromagnetic Transients, EMT）过程，一直是困扰工程师的核心难题。这些瞬态过程虽然短暂，却可能对昂贵的电力设备造成致命损伤，甚至引发大面积停电。在计算机尚未普及的20世纪60年代，对此类问题的分析手段极为有限，严重制约了电力系统的安全性与可靠性提升。正是在这样的背景下，Hermann W. Dommel教授凭借其深厚的学术功底与工程洞察力，开启了电磁暂态仿真技术划时代的篇章。

为了攻克这一难题，Dommel教授在服务于美国邦纳维尔电力管理局（Bonneville Power Administration, BPA）期间，创造性地将电力网络理论与数值积分方法相结合，编写了电磁暂态程序（Electromagnetic Transients Program, EMTP）的第一个版本。这一开创性工作成功地将电力系统元件（如线路、变压器）的微分方程通过Dommel教授倡导的“伴生电路模型”转化为易于计算机求解的代数方程网络，从而实现了对复杂电力网络暂态过程的高效数字仿真。EMTP迅速成为分析电力系统 fast transients（快速暂态）的事实标准工具，其核心算法思想为后续众多商业EMT-type（电磁暂态型）软件包奠定了坚实基础。

Dommel教授的研究并非止步于此。在加拿大不列颠哥伦比亚大学（University of British Columbia）的学术生涯中，他持续引领着EMTP理论与应用的发展。他与研究生们一道，不断推进着EMT-type模型和求解方法的边界。同时，他在最优潮流（Optimal Power Flow, OPF）方法领域也做出了重大贡献，这些方法已被广泛应用于电力系统运营中心的电网监控与分析中。其撰写的“Theory Book”是该领域最广泛使用的基础知识参考书，滋养了一代又一代的电力工程师和研究者。即便在2003年退休后，他仍坚持教授EMTP课程直至2023年，其学术热情与奉献精神令人敬佩。

Dommel教授的卓越贡献获得了国际学术界的广泛认可，他不仅是IEEE Life Fellow（IEEE终身会士），还曾担任由BC Hydro和加拿大自然科学与工程研究委员会（Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada）赞助的工业研究主席（1995-2000），并先后荣获IEEE电力与能源协会（IEEE Power & Energy Society）的Charles Concordia电力系统工程奖（2011年）以及IEEE电力工程奖章（IEEE Medal in Power Engineering）（2013年）。他的逝世是电力工程界的重大损失，但他所开创的电磁暂态仿真技术将继续为全球电力系统的安全稳定运行保驾护航。

主要技术方法

本研究回顾性总结所涉及的关键技术方法主要基于Dommel教授的历史性工作。核心方法包括：基于数值积分的电磁暂态仿真算法，该方法将电力系统元件动态模型离散化；电力网络节点导纳矩阵的形成与求解技术，用于构建大规模系统的数学模型；以及最优潮流（OPF）的计算方法，用于解决电力系统经济调度与安全约束问题。这些方法的开发与验证依托于其在美国BPA的工程实践及其在大学的理论研究与研究生培养体系。

研究结果

EMTP的开创与发展

通过将电力系统暂态过程建模与计算机数值计算相结合，Dommel教授在BPA期间开发了EMTP。该程序成功实现了对电力系统中 lightning overvoltages（雷电过电压）、switching surges（操作过电压）等快速暂态现象的精确模拟，解决了传统模拟计算机或手工计算难以应对复杂网络的瓶颈问题。

理论体系的建立与完善

通过其著作“Theory Book”及持续的学术研究，Dommel教授系统性地建立了电磁暂态仿真的理论体系。该体系详细阐述了基于梯形积分规则的伴生电路模型原理，为EMTP及其衍生软件提供了坚实的数学物理基础，确保了仿真结果的可靠性与准确性。

模型与算法的持续创新

通过与研究生合作，Dommel教授在其职业生涯中持续推动EMT-type模型和求解方法的进步。研究涵盖了更精确的变压器模型、频率相关线路模型以及更高效的数值算法，不断扩展了EMTP的仿真能力与应用范围。

最优潮流方法的贡献

除了电磁暂态领域，Dommel教授在最优潮流（OPF）这一电力系统稳态分析核心领域也做出了重要贡献。他参与发展的OPF方法被广泛应用于实时电网监控与运行分析中，为电力系统的经济性与安全性优化提供了关键工具。

结论与讨论

Hermann W. Dommel教授的一生，是推动电力系统仿真技术不断前进的一生。他的研究工作，从EMTP的诞生到其理论体系的完善，再到相关领域如OPF的拓展，从根本上改变了电力工程师分析与设计系统的方式。他所开发的核心算法已成为行业标准，其理论著作被视为经典。更为重要的是，他通过数十年的教学与指导，培养了大量专业人才，确保了知识的传承与技术的持续发展。Dommel教授的贡献不仅在于解决了特定时期的工程难题，更在于他构建了一个能够持续演进的技术范式，为现代电力系统的安全、可靠、高效运行提供了不可或缺的技术支撑。他的学术遗产将继续在数字孪生电网、可再生能源接入等新兴挑战中发挥重要作用。