基于Matlab_Simulink的电力电子系统的建模与仿真
基于MATLAB电力电子系统仿真研究毕业设计论文
毕业设计论文基于Matlab的电力电子系统仿真研究【摘要】针对电力电子电路，使用MATLAB/SIMULINK进行了仿真。
包括三相交流桥式整流电路、斩波电路、逆变电路、基于SPWM的交流电机调速控制系统和A C-DC-AC PWM 变换器。
首先介绍各个元器件的使用和它在电路中作用，并了解整个电路的工作原理，在此基础上，通过MATLAB/SIMULINK软件来建立各电路的仿真模型，并且对各个模块和系统内部的参数进行设置，例如仿真算法、电子器件的选择和电源幅值和频率等，最终实现电力电子系统在MATLAB中的仿真。
仿真结果和理论分析结果相一致，验证了仿真建模的有效性和正确性。
【关键词】电力电子，MATLAB，仿真，模型, 调速Simulation of Power Electronics System Based onMATLAB/SIMULINK【Abstract】In the light of power electronics circuit, used MATLAB/SIMULINK to carry on the simulation. Including three-phase Full-Bridge controlled rectifier,chopping circuit, inverter circuit , alternating-current machine speed regulating based on SPWM and AC-DC-AC PWM inverter. First introduced each component the use and it affected in the electric circuit, and understood the whole circuit theory, in this foundation, established various electric circuits through MATLAB/SIMULINK software the simulation model, and set the establishment to each module and the interior parameter of system, for example simulation algorithm, electronic device choice and electrical source peak-to-peak value and frequency and so on, finally realized simulation that the electric power electronics alternating-current circuit in MATLAB. Simulation result and theoretical analysis result consistent, has confirmed the simulation modelling validity and the accuracy.【Key Words】Power Electronics ,MATLAB ,Simulation, Model, Speed Regulating目录第一章绪论 (1)1.1 选题的背景与意义 (1)1.2 国内外电力电子技术的现状 (1)1.2.1 国外电力电子技术发展的状况 (1)1.2.2 国内电力电子技术发展的状况 (2)1.3 计算机仿真技术的发展及应用 (3)1.4 本论文的主要研究内容及目标 (4)第二章电力电子器件 (5)2.1 电力电子器件的概述 (5)2.1.1 电力电子器件的一般概念及作用 (5)2.1.2 电力电子器件的分类 (5)2.2 常用电力电子器件的SIMULINK模型 (6)2.2.1IGBT模块 (6)2.2.2晶闸管模块 (7)2.2.3PWM脉冲发生器模块 (7)第三章基于SIMULINK的常用电力电子电路建模 (9)3.1 三相桥式整流电路 (9)3.2 斩波电路 (11)3.2.1 降压斩波电路 (11)3.2.2 升压斩波电路 (12)3.3 逆变电路 (14)3.3.1 SPWM逆变电路 (14)第四章基于SIMULINK的电力电子应用系统建模 (16)4.1基于SPWM的交流电机调速控制系统 (16)4.2AC-DC-AC PWM 变换器 (18)第五章基于MATLAB/SIMULINK的仿真研究 (22)5.1 SIMULINK仿真条件设置 (22)5.2 常用电力电子电路仿真结果及分析 (23)5.2.1三相桥式全控整流电路的仿真结果及分析 (23)5.2.2斩波电路的仿真结果及分析 (27)5.2.2.1降压斩波电路的仿真结果及分析 (27)5.2.2.2升压斩波电路的仿真结果及分析 (29)5.2.3逆变电路的仿真结果及分析 (30)5.3 电力电子应用系统仿真结果及分析 (33)5.3.1 基于SPWM的交流电机调速控制系统电路的仿真结果及分析 (33)5.3.2 AC-DC-AC PWM 变换器电路的仿真结果及分析..36第六章总结 (38)参考文献 (39)致谢 (40)第一章绪论1.1 选题的背景与意义近几年来，随着现代社会的不断进步，世界的经济将发生巨大变革，知识经济开始替代工业经济，这对世界经济的发展将有很大推动力。
matlab_simulink电力系统建模与仿真大纲
matlab_simulink电力系统建模与仿真大纲标题：MATLAB Simulink电力系统建模与仿真大纲正文：一、引言电力系统的建模与仿真是电气工程中的重要内容之一。
通过使用MATLAB Simulink工具，可以方便快捷地进行电力系统的建模与仿真，以评估系统性能、优化控制策略等。
本文将介绍电力系统建模与仿真的大纲，以帮助读者了解该领域的基本知识和相关技术。
二、电力系统建模1.电力系统概述：介绍电力系统的基本概念和组成部分，包括发电机、变压器、传输线路和负荷等。
2.电力系统参数：讲解电力系统中常用的参数，如电压、电流、功率等，并介绍如何进行测量和计算。
3.母线和节点建模：介绍母线和节点的概念，并详细说明如何进行建模和连接。
4.发电机建模：介绍发电机的建模方法，包括动态模型和静态模型。
5.变压器建模：讲解变压器的建模方法，包括理想变压器模型和实际变压器模型。
6.传输线路建模：介绍传输线路的建模方法，包括电气距离模型和传输线模型。
7.负荷建模：讲解负荷的建模方法，包括恒阻抗负荷模型和恒功率负荷模型。
三、电力系统仿真1.仿真模型的构建：介绍如何在MATLAB Simulink中构建电力系统仿真模型，包括模块的选择和参数的配置。
2.仿真参数的设置：讲解仿真参数的设置，包括仿真时间、步长等。
3.仿真结果的分析：说明如何对仿真结果进行分析，包括波形显示、频谱分析等。
4.仿真案例：通过几个典型的电力系统案例，演示如何进行建模和仿真，以及如何分析仿真结果。
四、总结本文简要介绍了MATLAB Simulink电力系统建模与仿真的大纲。
通过学习和实践，读者可以掌握电力系统建模与仿真的基本方法和技巧，并应用于实际工程中。
希望本文能为读者提供有益的指导，进一步探索和研究电力系统领域。
matlabsimulink电力系统建模与仿真源代码
matlabsimulink电力系统建模与仿真源代码Matlab Simulink是一款功能强大的系统级建模和仿真工具，用于电力系统建模与仿真。
它极大地简化了系统级建模和仿真的流程，使得系统级建模和仿真不再是一项困难和耗时的工作。
这篇文章将介绍如何使用Matlab Simulink来进行电力系统建模与仿真，并给出相应的源代码。
1. 建立电力系统首先，我们需要建立电力系统。
可以通过添加各种组件来建立电力系统，比如发电机、变压器、传输线等。
在Matlab Simulink中，这些组件可以通过搜索库获得。
2. 设置模型参数在建立电力系统之后，我们需要设置模型的参数。
这些参数包括电压、电流、频率、相位等等。
根据不同的模型和实验条件，模型参数可能有所不同。
3. 添加输入和输出接下来，我们需要添加输入和输出。
这些输入和输出可能是电流、电压、功率等等。
在添加输入和输出之后，我们需要定义它们的格式，并将它们与相应的模型参数相连。
4. 编写MATLAB函数在建立电力系统之后，我们需要编写MATLAB函数。
这些函数可能包括方程、差分方程或其他类型的方程。
这些函数可以用于计算电力系统的各种参数，比如电阻、电感、电容等等。
5. 编写电力系统仿真源代码最后，我们需要编写电力系统仿真源代码。
这些代码将根据设置的模型参数和输入输出来模拟电力系统的各种行为。
在编写电力系统仿真源代码之前，我们需要先了解系统的行为和响应。
以下是一个简单的Matlab Simulink电力系统建模与仿真源代码实例：```% Example: Simulate a simple electrical systemclc;time = 0:0.01:10; % Time vectorV1 = 2*sin(2*pi*60*time); % AC voltage waveformR = 10; % ResistanceL = 1; % InductanceC = 0.01; % CapacitanceI = zeros(size(time)); % CurrentQ = zeros(size(time)); % Capacitor voltage% Simulate systemfor i=2:length(time)dt = time(i) - time(i-1);V2 = V1(i) - I(i-1)*R;I(i) = I(i-1) - dt*(R*I(i-1)/L + Q(i-1)/L - V2/L);Q(i) = Q(i-1) + dt*(I(i-1) - Q(i-1)/(R*C));end% Plot Resultsfigure;subplot(2,1,1);plot(time,V1,'r',time,I,'b');xlabel('Time (s)'); ylabel('V (V), I (A)');title('Voltage and Current vs. Time');legend('Voltage','Current');subplot(2,1,2);plot(time,Q,'g');xlabel('Time(s)'); ylabel('Q(C,V) (Coulombs, Volts)');title('Charge and Voltage vs. Time');legend('Charge');```以上是一个简单的电力系统建模和仿真源代码实例，包括电压、电流、电感、电容等基本元素。
基于matlab simulink的直流微电网的建模和仿真
直流微电网的建模和仿真目录1 引言 (3)1.1 目的 (3)1.2 文档格式 (3)1.3 术语 (3)1.4 参考文献 (3)2 系统概述 (4)3直流微网的能量管理方法 (4)4系统建模 (5)4.1PV电池 (5)4.2 PV电池DCDC变换器建模 (8)4.3蓄电池双向DCDC1变换器建模 (9)4.4逆变器建模 (11)4.5负载建模 (12)4.6蓄电池建模 (13)5仿真验证 (13)6结论 (18)1 引言1.1 目的该文档针对独立智能供电及生活保障系统的需求，给出了提供智能供电的直流微电网系统框架，并根据这一框架搭建理论模型和仿真模型。
验证这一直流微电网系统的功能可行性。
1.2 文档格式本文档按以下要求和约定进行书写：（1）页面的左边距为2.5cm，右边距为2.0cm，装订线靠左，行距为最小值20磅。
（2）标题最多分三级，分别为黑体小三、黑体四号、黑体小四，标题均加粗。
（3）正文字体为宋体小四号，无特殊情况下，字体颜色均采用黑色。
（4）出现序号的段落不采用自动编号功能而采用人工编号，各级别的序号依次为（1）、1）、a)等，特殊情况另作规定。
1.3 术语1.4 参考文献2 系统概述图1 直流微网的系统框图图1为直流微网的系统框图，仿真系统包括以下几个部分：1)PV组件的特性模型2)蓄电池的模型3)PV组件后的DCDC拓扑模型和控制模型4)蓄电池后双向DCDC1的拓扑模型和控制模型5)逆变器包括：单相逆变器和三相逆变器的拓扑模型和控制模型6)交流负载模型7)直流负载模型8)超级电容模型（暂缺）9)超级电容后双向DCDC2的拓扑模型和控制模型（暂缺）10)柴油机模型（暂缺）11)智能控制器2与光伏智能控制器的协调控制模型（暂缺）3直流微网的能量管理方法能量管理思想：管理微网中各分布电源的能量流动，使得微网工作最优状态。
以下为结合我们项目的一个能量管理原则，有了这个管理原则，就可以明确各个分布电源的控制方法。
电力系统的MATLAB SIMULINK仿真与应用( (3)
SIMULINK是MATLAB的一个分支产品，主要用来实现对工程 问题的模型化及动态仿真。SIMULINK体现了模块化设计和系统 级仿真的思想，采用模块组合的方法使用户能够快速、准确地 创建动态系统的计算机模型，使得建模仿真如同搭积木一样简 单。SIMULINK现已成为仿真领域首选的计算机环境。
第3章 SIMULINK应用基础
具体到电力系统仿真而言，原来的MATLAB编程仿真是在文 本命令窗口中进行的，编制的程序是一行行的命令和MATLAB函 数，不直观也难以与实际电力模型建立形象的联系。在 SIMULINK环境中，电力系统元器件的模型都用框图来表达，框 图之间的连线表示了信号流动的方向。对用户而言，只要熟悉 了SIMULINK仿真平台的使用方法以及模型库的内容，就可以使 用鼠标和键盘绘制和组织系统模型，并实现系统的仿真，完全 不必从头设计模型函数或死记那些复杂的函数。
为了叙述方便，本书将模块库中以图标形式表示的典型环 节称为模块，将用典型环节模块组成的系统仿真模型简称为模 型。
第3章 SIMULINK应用基础
3.1.2 SIMULINK仿真平台 从MATLAB窗口进入SIMULINK仿真平台的方法有以下两种： (1) 点击MATLAB菜单栏中的[File>New>Model]，如图3-3
第3章 SIMULINK应用基础 图3-5 模块的基本操作示例
第3章 SIMULINK应用基础
表3-2 SIMULINK中信号线的基本操作方法
操作内容 在模块间 连线 移动线段
移动节点
画分支信 号线
删除信号 线 信号线标 签
操作目的
操作方法
在两个模块之间建 在上级模块的输出端按住鼠标左键，拖动至下级模块的输
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真
基于MATLABSimulinkSimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统建模与仿真一、本文概述随着电力电子技术和控制理论的快速发展，永磁同步电机（Permanent Magnet Synchronous Motor, PMSM）因其高效率、高功率密度和优良的调速性能，在电动汽车、风力发电、机器人和工业自动化等领域得到了广泛应用。
然而，PMSM的高性能运行依赖于先进的控制系统，其中矢量控制（Vector Control, VC）是最常用的控制策略之一。
矢量控制，也称为场向量控制，其基本思想是通过坐标变换将电机的定子电流分解为与磁场方向正交的两个分量——转矩分量和励磁分量，并分别进行控制，从而实现电机的高性能运行。
这种控制策略需要对电机的动态行为和电磁关系有深入的理解，并且要求控制系统能够快速、准确地响应各种工况变化。
MATLAB/Simulink/SimPowerSystems是MathWorks公司开发的一套强大的电力系统和电机控制系统仿真工具。
通过Simulink的图形化建模环境和SimPowerSystems的电机及电力电子元件库，用户可以方便地进行电机控制系统的建模、仿真和分析。
本文旨在介绍基于MATLAB/Simulink/SimPowerSystems的永磁同步电机矢量控制系统的建模与仿真方法。
将简要概述永磁同步电机的基本结构和运行原理，然后详细介绍矢量控制的基本原理和坐标变换方法。
接着，将通过一个具体的案例，展示如何使用Simulink和SimPowerSystems进行永磁同步电机矢量控制系统的建模和仿真，并分析仿真结果，验证控制策略的有效性。
将讨论在实际应用中可能遇到的挑战和问题，并提出相应的解决方案。
通过本文的阅读，读者可以对永磁同步电机矢量控制系统有更深入的理解，并掌握使用MATLAB/Simulink/SimPowerSystems进行电机控制系统仿真的基本方法。
基于matlab simulink的系统仿真技术与应用
基于matlab simulink的系统仿真技术与应用
Matlab Simulink是一种用于仿真和分析各种复杂系统的建模仿真工具，它采用对象模型方法和图形化界面，极大地方便了工程师的仿真设计分析过程。
其电子工程仿真应用特别广泛，既可以模拟模型上的电路，还可以处理控制系统、数字系统、仿真信号、信号处理、通信系统及某些特定的设备系统，甚至可以构建一个模拟环境来建立系统对象、以模型象征性描述，进行逼真的仿真及调试。
Simulink仿真技术结合Matlab编程语言可用于系统建模实现，用于分析和仿真不同层次的复杂系统，有助于更好的理解的系统的构成和行为，为系统优化和综合设计提供帮助，并可以更好的准确地预测系统行为。
Simulink技术主要用于汽车控制、航空航天、船舶航行、航天实验、发动机控制、电力传输、机械系统、自动化控制、机器人控制等多个领域。
电力电子技术课程的Matlab／Simulink仿真与设计
件结构及整流、 斩波、 逆变 、 交流调压等基本变换 电 路， 分析各种电路的电压电流波形是课堂讲授和学
生学 习的重要 内容之 一 。随 着讲 授 内容 的进 行 ， 需 要 同步画 出一 些复 杂电压 、 电流信号 的波形 图 ， 课 但
收 稿 日期 ：０ ０ ４—０ ２ １ —０ １
学科 。
态建 模仿 真 工具— —Ｓｍｕｉｋ ｉ １ ，为解 决 此 类 问题 提 ｎ
供 了很 好的途径 。
１ Ｍａｌ ／ｉ ｌ ｋ的简介 ｔ ｂ Ｓｍｕｉ ａ ｎ
Ｍａａ ｔｂ是一 种 功 能 强 、 率 高 、 于 进行 科 内容 涉及 电力 电子器
第 ５ 第 ３期 卷
２０１ ０年 ９月
陕 西 工 业 职 业 技 术 学 院 学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌ ｆＳ ａ ｎ ｉ ｏｙｅｈ ｉ ｎ ｔ ｕｅ ｏ ｒ ａ ｈ ａ ｘ ｌｔｃ ｎｃＩ ｓｉ ｔ ｏ Ｐ ｔ
Ｖ０ ５ Ｎｏ ．３ １． Ｓ ｐ ．２ ０ １ ｅ ０
电 力 电 子 技 术 课 程 的 Ｍａｌｂ Ｓｍｕｉｋ仿 真 与 设 计 ｔ ／ｉ ｌ ａ ｎ
李 军
（ 武汉 职业技术学院电子信 息工程学 院， 湖北 武汉 ４ ０ ７ ） ３０ ４
摘 要 ： 绍 了 Ｍａｌ ／ ｉ ｌｋ软 件 的 特 点 、 能 以及 电 力 电子 技 术课 程 的现 状 ， 以三 相 半 波 可 控 整 流 电路 为 例 介 ｔ ｂＳｍｕｉ ａ ｎ 功 并
和工程计算的交互软件包。Ｅ １ 前该软件提供两种系 统仿真 方法 ： 是采用直 译式语 言进行 编程 ， 过 一 即通
对系统建 模 ， 出一 系 列 状 态 的 表 达 式 ， 解 出 结 列 求 果 ， 法不直 观 ， 习 比较 困难 ； 此方 学 另一 是 利用 图形
基于Matlab Simulink的电力电子系统的建模与仿真
基于Matlab/ Simulink的电力电子系统的建模与仿真丁良龙辅修电气工程及其自动化[摘要]:使用MATLAB/SIMULINK}对电力电子系统进行建模和仿真作了简要论述，并对几种常见的电力整流滤波电路进行了仿真分析.[关键词]:MATLAB/SIMULINK;仿真;整流;滤波0 引言Matlab是当今最流行的科学技术软件，其良好的开放性使得它能够紧跟科技发展的前沿，进而为科技发展提供有力的工具 . Simulink 软件包是Matlab环境下的仿真工具，其形象、便捷的建模与仿真功能深受用户欢迎.特别是新版Matlab/Simulink提供的电力电子系统建模与仿真工具，既保留了Matlab/ Simulink的统一风格，又突出了电力电子的学科特点，为电力电子技术的研究与应用提供了理想的工具.本文简介了使用Matlab/Simulink对电力电子系统建模与仿真的工作要点和应用体会，并对常用的几种整流滤波电路进行仿真研究.1模块库的特点在Matlab命令窗口键入simulink命令便打开SIMULINK的库浏览窗口.选中并展开其中的Power System Blockset模块包，可见到七个子模块包，分别是Connectors, Electrical sources, Elemerns, Fxtralibrary, Machines, Measurements, Pc、二electronics.其中的Extra library又细分为六个子模块包，进一步选中并展开各个子模块包可得到进行电力电子系统建模与仿真所需的各种模块.关于模块库，注意其以下几个特点对应是有帮助的.1)综合性器件模块库看起来非常简洁，一个重要原因是，性质类似和拓扑结构相近的一类元器件已被综合成用一个模块表示.通过设置模块参数可变化一系列具有特定性质的不同元器件.如一个并联RLC模块(Parallel RLC Blcxek)通过设置模块参数可得到具有不同数值的单个R,L, C和它们的任意并联组合.又如，一个普适电桥(Universal Bridge)模块，通过设置模块参数，可得到由不同器件(二极管，晶闸管，GTO, MOSFET, IGBT和理想开关)构成的具有各种臂数(单桥臂，双桥臂或三桥臂)的整流桥. 2)灵活多样的控制模块与一般电子线路仿真模块不同，电力电子系统的运行模式决定于对功率开关器件的控制方式.SIIVIULINK提供了一整套脉冲序列发生器，为仿真系统提供控制信号.这包括可用于触发由各种可控器件构成的单相或三相变换电路的PWNI发生器，可用于触发各种功率开关器件的脉冲发生器.3)虚拟测量仪表SIMULINK提供的虚拟测量仪表，使仿真输出灵便、直观.除了常用的电流表、电压表、万用表和阻抗表外，还有电力电子技术中特有的有效值表、谐波总畸变测量仪、傅立叶分析仪、有功和无功功率测量仪、三相序列分析、三相电流电压测量仪、坐标变换仪等.4)多种仿真输出手段SIMULINK提供了多种选择以便对仿真结果进行显示和处理.除了示波器、X、记录仪和数字显示器这些虚拟仪表外，仿真结果也可以直接传送到工作空间(Workspac劝作即时处理，也可以存储到硬盘文件以备后用.此外，模块库还提供了为构建电力电子系统及相应控制电路所需的各种辅助模块，如各种连线模块，各种滤波器，PID控制器以及其他数字和模拟器件.如果需要，SIMULINK提供的Power blockest以外的大量其他模块也是可用的.而且由于MATLAB的开放性，读者自己还可以生成各种特殊用途的用户模块.2建模与仿真要点利用SIMULINK}建模非常方便，只要把所需的模块一一拖入建模窗口，设置好合适的参数，用适当的连线把它们连接好即可.但在具体操作中需要注意，在连线过程中一定要使连接点的单箭头变成粗黑箭头.若电源与变换器之间没有变压器隔离，则要注意确定两者各自的公共连接点，以免出现短路，利用接地模块和总线模块可以实现这一点若系统中有暂时不用的输入端子和输出端子，应该分别用接地(Ground)模块和终止(TerminatOr}模块将其封闭，以免仿真时在命令窗口出现不必要的警告提示.构建一个系统模型与搭建一个实际电路有时会存在很大差别，主要原因在于对电路器件等效参数的正确考虑.例如，实际电路中，将电源电压用二极管全桥整流接大电容滤波虽然会引起大的电流冲击，但仍然是可行的.可是构建系统仿真模型时，如果不在回路中串入适当的电阻或电感元件扼流，理论上将出现无穷大的冲击电流而使仿真无法进行下去.仿真成功的关键是设置好仿真参数，这包括仿真的起始和终止时间，仿真算法，最大相对误差和最大绝对误差，变步长或固定步长等.参数的设置要根据模型的性质和仿真的需要而定，尤其是仿真算法的选取，在很大程度上决定了仿真的正确性和仿真时间.例如，当仿真具有高频电源的系统时，如果在设置仿真参数时简单地选择变步长算法，高频电源的波形就会发生失真，仿真结果自然也不会正确.正确的做法应该是选取固定步长算法并配以适当的步长，或者仍选择变步长但设置最大步长限制.3仿真实例我们对单相半波整流电感滤波、电容滤波和电感电容滤波三种电路以及三相半整流电感滤波电路进行了实例性建模和仿真分析.图1一图s分别示出了模型电路和对应的仿真波型.模型电路中，单相电源为含有内阻的理想正弦波，三相电源则考虑了分布电感.二极管模块并联了阻容缓冲支路，它的一个附加输出端(E或者M)为二极管电流和端电压的测量端子.电压表和电流表的测量结果接示波器输出，示波器根据需要可以设置成多路和(或)多踪的.在三相半波整流电路模型中，使用了信号选择开关(selector)和信号分解( demux)及信号合成(mux)模块，实现了在示波器的第三路同时显示通过DIODE2和DIODE3的电流波形，而在示波器的第四路显示出DIODE3两端的电压波形.4结束语用SIMULINI}建立电力电子系统模型与搭建原理电路的过程相似，简单、直接、解决了象整流二极管这样的非线性器件的建模问题[2]，建模和仿真的关键是正确设置模块参数并选取合适的仿真算法.尤其是，SIMULINK在仿真复杂的具有各种控制战略的电力电子系统方面具有很大潜力.在实践中我们发现，为了准确仿真具有大冲击电流的暂态过程，有时会耗用较长计算时间，甚至占用过大的内存.此外，SIIVIULINK不能直接解决具有不同电路初始状态的仿真问题，这需要我们进一步的探讨.[参考文献]:[ 1]王沫然MATLAB科学计算[ M]北京:电子工业出版社，2001. 9 [ 2]郑亚民，蒋保臣基于Matlab/ Simulink的整流滤波电路的建模与仿真[Jl电子技术，2002. 29 ( 4) : 53- 55。
基于Simulink_MATLAB电力电子系统仿真设计_苏海滨
第28卷第1期2007年2月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报Journa l o f N orth Ch i na Institute ofW ate r Conse rvancy and H ydro electr i c Pow erV o l 128N o 11F eb .2007收稿日期:2006-08-02;修订日期:2006-09-20作者简介:苏海滨(1964-),男,河南南阳人,华北水利水电学院副教授,主要从事运动控制系统、分布式计算机控制等方面的研究.文章编号:1002-5634(2007)01-0049-03基于Si m uli nk /MATLAB 电力电子系统仿真设计苏海滨,王继东(华北水利水电学院,河南郑州450011)摘 要:论述了利用S i m uli nk /M ATLAB 新型电力电子工具箱进行电力电子系统仿真设计,重点分析了S i m u -li nk 环境中非线性元件模型和电路的分割及解耦.在SI M U PEC 环境中,非线性元件能够直接实现.电路分割和解耦能实现大规模复杂电路分割为多个小的子系统,这一技术能提高系统仿真的速度.关键词:S i m u li nk ;非线性元件模型;分割及解耦;系统仿真中图分类号:T P275+15;N 945113 文献标识码:A为了仿真电子电路系统,通常使用SPI CE (面向电路的仿真器)来实现[1-3].这种仿真器对仿真大型电力电子系统不方便,尤其对系统中包含控制系统环节和机械系统环节的更不方便.Si m u li n k /MAT -LAB 中的Si m Po w er Syste m s 是专为电力电子和电气传动系统仿真设计的,包含有少数开关装置(如电路断路器)和简单电力电子转换器.转换器的开关器件是基于由V -R-L 支路组成的微模型结构,为使开关器件正常工作,在开关器件两端并接R -C 吸收电路.SI M UPEC 是一个模型化的软件包[4-6],能互动处理电子电路图,并生成d ll 文件作为S i m uli n k 子函数模型.1 SI M U PEC 特色1.1 快速和精确仿真在S I M UPEC 中使用的电力电子开关器件基本模型是一个分段线性化模型,由门限电压V f 、开关电阻R on 和电感L on 串联组成,电阻值的大小根据开关状态变化,在关状态时取最高值(R off >1E6),在开状态时取较小值(R on <1E -3),如果转换的时间不是零,则2个状态之间电阻值以指数规律变化.以分段线性化来建立电力半导体器件的模型,代替复杂的物理模型,使仿真快速精确,并且不会出现数字不稳定问题.1.2 线性、非线性和时变元件的建模在S i m u li n k /MATLAB 环境中,使用SI M UPEC 可以直接实现非线性和时变元件的建模,不需要再应用电流源或电压源或外部反馈环来线性化非线性特性,SI M UPEC 将自动在工作点线性化全电子电路.但是非线性电路元件的参数作为S i m uli n k 的输入向量元素(u[])应事先定义好,允许元件值由任何S i m u li n k 的模块动态定义[7,8].1.3 动态交互式改变参数所有元件参数不仅作为一个常量或子函数参数向量p []来定义,也可以作为子系统输入向量元素u[]来定义.在仿真期间,通过改变S i m u li n k 模型中子系统参数向量,来交互式地改变元件参数,也可以由任何S i m u li n k 模块动态改变这些参数.1.4 原理结构图编辑功能集成原理结构图编辑器,只需要用鼠标进行简单的拖放处理就能够创建复杂的电子电路结构图,SI M UPEC 能自动处理电子电路图,并生成dll 文件作为Si m ulink 子函数模型.图形编辑器能快速方便改变元件放置、大小调整和线路连接,使电力电子线路结构图清晰明了.同样S I M UPEC 能够创建子电路,使用子电路模型可以把几个基本元件或子电路组合装备成复杂电路,SI M UPEC 掩蔽特色能够隐蔽新电子电路内容,只保留简单的输入输出接口.1.5 电路分割和解耦在S i m ulink /M ATLAB 环境中,SI M UPEC 提供电路分割功能,能够把一个大规模电力电子系统(或大型系统矩阵)分割成几个较小系统(几个小系统矩阵),每一个小系统作为独立的子系统,很容易快速精确仿真大规模电力电子系统,包括复杂控制系统.2 非线性电路的建模在电力电子系统中,常见非线性元件是变压器的饱和非性,以单相双绕组具有非线性磁感应变压器为例[9],分析SI M UPEC 直接线性化建模方法.图1是一个单相双绕组非线性变压器模型封装的等效电路图.图1 单相变压器非线性等效电路R 1,R 2为初次级绕组的电阻;L 1,L 2为初次级绕组的漏抗.铁芯磁化特性描述为铁芯损耗电阻R m 和非线性饱和电感L s ,以分段线性化L s 饱和非线性,如图2所示,图2(a)为无剩磁情况,图2(b)为有剩磁情况,在参数输入时所有电阻、电感、激磁电流和磁通均以相对值pu 来表示.图2 单相变压器非线性分段线性化仿真电路实例如图1所示,参数取为R 1=R 2=0.002(pu ),L 1=L 2=0.08(pu ),饱和特性的取值点为[0,0;0,1.1;1,1.52;1.5,1.92](pu ),铁损电阻和剩磁向量取为[500,0.8](pu ).仿真测试参数为电源电流I s (A)、初级电压V p (V )、初级电流I p (A )、磁通F ,仿真结果输出波形如图3所示,可以看出源电压中出现严重谐波分量,主要为4次谐波.图3 单相变压器非线性仿真结果3 电路分割和解耦如图4所示为三相感应电动机变频调速主电路图,以分割线为界把电路分割为3部分,即电能转换器(交流电整流为直流电)、逆变器(直流电逆为交流电)和三相感应电动机,每一部分作为一个子系统.转换器子系统和逆变器子系统之间通过受控电压源和受控电流源连接.逆变器子系统和感应电机子系统通过2个受控电流源连接,逆变器的输出电压送到感应电机子系统,如图5所示.图4 变频调速主电路分割图图5 分割和解耦原理图图6是应用2个分割电路S -function 和感应电机解耦模型的P WM 变频调速系统仿真模块结构图.使用变步长积分运算法则,仿真结果如图7所示,输出波形分别为电机线电压V ab 、电机电流I a 、电机转矩T e 和电机转速W M ,分割电路系统的仿真时间比不分割系统的仿真时间降低约30%,对大型复杂系统来讲可提高仿真速度和精度.50 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 2007年2月图6矢量变频调速系统仿真结构图图7 变频调速系统仿真结果4 结 语S I M UPEC 可以直接实现仿真,不需要再对非线性元件线性化,比其他仿真软件方便快捷.参 考 文 献[1]LOU IS A DESSA I NT,K A lHADDAD,H LE -HUY,andothers .Powe r sy ste m si m ulati on tool based on si m uli nk[J].IEEE T ram.on Ind .E lec .,1999,46(6):1252-1254.[2]A LAM A S .S i m ulati on of powe r e l ec tron i cs syste m s us i ng/S I M UPEC 0:T he ne w pow er e lectron ics too l box for S i m u -li nk /MATLAB[R ].G raz (A ustr ia):EPE Con.f ,2001.[3]MACBAH IH,BA RA ZZOUK A,C H ER IT I A.D ecoup l edparall e l s i m u l a tion of powe r electronics syste m s us i ng M ATLAB -S i m u li nk [J ].IEEE T rans .on Ind .E lec .,2000,47(8):232-236.[4]刘艳.基于MATLAB 的电力电子技术虚拟实验仿真平台[J].大连大学学报,2004,25(4):35-38.[5]蒲俊,吉家锋,伊良忠.M ATLA B6.5数学手册[M ].上海:浦东电子出版社,2002.[6]蔡启中.控制系统计算机辅助设计[M ].重庆:重庆大学出版社,2003.[7]LE ONHARD W.Control o f e l ec trical dr i ves[M ].Ber li n :Spri nger -V erlag,1996.[8]NOVOTNY D W,L IPO T A.V ec tor contro l and dyna m i cso f AC dr i ves[M ].N e w Y ork :O x ford ,1996.[9]薛向党,郭晖,郑云祥,等.在地磁感应电流作用时分析和计算电力变压器特性的一种新方法)))时域和频域法[J].电工技术学报,2000,15(2):98-101.Si m ulati o n and D esign of Pow er Electronics Syste m Based on Si m uli n k/MATLABS U H a-i b i n ,WANG J-i dong(N o rt h Ch i na Instit ute o fW ater Conservancy and H ydroe lectric P ower ,Zhengzhou 450011,China)Abstrac t :S i m u lati on and desi gn of powe r e l ectronics syste m are i ntroduced usi ng a new pow er e l ec tron i cs too l box i n S i m uli nk /MAT-LAB,mode l o f nonli near componen ts and circu it partiti on i ng and decoupli ng ,t wo fea t ures are ana l yzed e m phati ca lly i n t he Si m uli nk en -v iron m ent .M odel o f nonli nea r components can be rea lized d irectly .C i rcuit partitioni ng and decoupli ng can rea li ze to partiti on l arge and comp l ex po w er e l ectronics syste m i nto m any s m all syste m s .th i s techn i que can ra ise the syste m speed o f si m ulati on .K ey word s :S i m u li nk ;m odeli ng of non li near co m ponents ;partiti oning and decoup li ng ;syste m si m ulation51第28卷第1期苏海滨等: 基于S i m u link /M ATLA B 电力电子系统仿真设计。
基于Matlab／Simulink的直流输电系统的建模与仿真
２１ ００年 ２月
四 川 电 力 技 术 Ｉ
Ｓｃ ｕ ｎ Ｅ ｅ ｔ ｃ Ｐ ｗｅ ｃ ｎ ｌ ｇ ｉｈ ａ ｌ ｃｒ ｏ ｒＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｉ
Ｖｏ ． ３， ． １ ３ Ｎｏ １
Ｆｂ ２ ０ ｅ ．。０１
基 于 Ｍ ｔ ｂ Ｓ ｕｉ ａａ／ ｉ ｌ ｋ的直 流输 电系统 的建 模 与仿 真 ｌ ｍ ｎ
稳 态特性 ， 并对几种常见故 障进行 了仿 真， 出相应 的仿真波形 ， 得 验证 了模型的有效性 。
关键词 ： 高压直流输 电系统 ； ｔｂ Ｓｍ ｌ ｋ仿真模型 Ｍａ ａ／ ｉｕｉ ； ｌ ｎ
Ａ ｓ ａｔＴ ｅ ａｉ ｓ ｕｔ ｅａｄｐ ｎｉｌ ｏ ｈｇ ｏｔ ｅ ｉ ｃ ｃｒ ｎ （ Ｄ ）ｔ ｎｍ ｓｉ ｓ ｍ ａ ｔ ｄｃｄｂ ｅ－ ｂｔ ｃ：ｈ ｓ ｒｃ ｒ ｎ ｒ ｃ ｅ ｆ ｉ ｒ ｂ ｃｔ ｕ ｉ ｐ ｈ—ｖｌ ｇ ｒ ｔ ｕｒ ｔ ＨＶ Ｃ ｒ ｓ ｉ ｏ ｓ ｔ ｒ ｉ ｒ ｕｅ ｒ ｆ ａ ｄｅ ｅ ａ ｓ ｎ ｙ ｅ ｅｎ ｏ ｉ
赵晓娜 方 ， （． １电子科技 大学 ， 四川 成都
摘
玉 李天 明 ， ６０７ ） １０２
６０５ ；． １０４２ 四川 电力 试验研 究 院 ， 四川 成都
要： 介绍 了高压直流输 电（ Ｖ Ｃ 系统的结构与原理。利用 Ｍａ ａ Ｈ Ｄ ） ｔｂ中的 Ｓｍ ｌ ｋ对 Ｈ Ｄ ｌ ｉ ｕｉ ｎ Ｖ Ｃ系统进行建模 ， 分析其
ｌ ．Ｔ ｅ ｉ ｌｔ ｎ ｍｏ ｅ ｆ ｙ ｈ ｎ ａ ｓｍｕａ ｉ ｄ ｌｏ ｏ ＨＶＤＣ ｓ ｓｅ ｕ ｉｇ Ｍａｌｂ Ｓ ｍｕ ｉ ｋ ｉ ｅ ｔｂ ｉ ｅ ．Ｗ ｉ ｈ ｓｍｏ ｅ ，ｔ ｅ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ｆｉ ｙ ｔｍ ｓｎ ｔ ／ ｉ ｌ ｓａ ｌ ｈ ｄ ａ ｎ ｓ ｓ ｔ ｔｉ ｈ ｄ ｌ ｈ ｅ ｏｍａ ｃ ｓｏ ｓ ｆ ｔ ｓ ａ ｙ ｓａｅ ａ ｅ ａ ａｙ ｅ ｎ ｅ ｅ ａ ｏ ｔ ｄ ｔｔ ｒ ｎ ｌｚ ｄ ａ ｄ ｓ ｖ ｒ ｌ ｍｍｏ ａ ｌ ｒ ｔ ｄｅ ．Ｓ ｍｕ ａｉｎ ｒｓ ｌ ｈ ｗ ｔ ｅ ｖ ｌ ｉ ｆｔ ｅ ｍｏ ｅ ． ｅ ｃ ｎ ｆ ｕｔ ａ ｅ ｓｕ ｉ ｄ ｉ ｌ ｔ ｅ ｕｔ ｓ ｏ ｈ ａｉ ｔ ｏ ｄ １ ｓ ｏ ｓ ｄ ｙ ｈ Ｋｅ ｒ ｓ ＨＶＤ ｒ ｎ ｍｉｓ ｎ ｓ ｓ ｍ ；Ｍａｌｂ Ｓ ｍｕ ｉｋ；ｓｍｕ ａｉｎ ｍｏ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： Ｃ ｔ ｓ ｓｉ ｙｔ ａ ｏ ｅ ｔ ／ｉ ｌ ａ ｎ ｉ ｌｔ ｄ ｌ ｏ
基于MatlabSimulink的电力变压器仿真建模及特性分析-(文献综述)
基于Matlab/Simulink的电力变压器仿真建模及特性分析二O一四年三月前言额定容量是一个表现功率的惯用值，它是表征传输电能的大小，以k·V A或M·V A表示，当对变压器施加额定电压时，根据它来确定在规定条件下不超过温升限值的额定电流。
较为节能的电力变压器是非晶合金铁心配电变压器，其最大优点是，空载损耗值特低。
最终能否确保空载损耗值，是整个设计过程中所要考虑的核心问题。
当在产品结构布置时，除要考虑非晶合金铁心本身不受外力的作用外，同时在计算时还须精确合理选取非晶合金的特性参数。
国内生产电力变压器较大的厂家有一开投资集团，中电电气，保变天威，西电集团，山东明大电器，山东电力设备厂等。
[2]当一次绕组通以交流电时，就产生交变的磁通，交变的磁通通过铁芯导磁作用，就在二次绕组中感应出交流电动势。
二次感应电动势的高低与一二次绕组匝数的多少有关，即电压大小与匝数成正比。
主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。
[1]电力变压器是一种静止的电气设备，是用来将某一数值的交流电压〔电流〕变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压〔电流〕的设备在电力系统传送电能的过程中，必然会产生电压和功率两部分损耗，在输送同一功率时电压损耗与电压成反比，功率损耗与电压的平方成反比。
利用变压器提高电压，减少了送电损失。
[3]电力变压器是发电厂和变电所的主要设备之一。
变压器的作用是多方面的不仅能升高电压把电能送到用电地区，还能把电压降低为各级使用电压，以满足用电的需要。
总之，升压与降压都必须由变压器来完成在过去十年的发展中，我国电力建设快速发展，成绩斐然。
其中，发电装机容量高速增长，电网建设速度突飞猛进，电源结构调整不断优化，技术装备水平大幅提升，节能减排降耗效果显著，电力建设实现了跨越式发展。
这为我国经济社会平稳较快发展提供了强大动力，对改善人民生活起到了重要支撑和保障作用。
国家统计局数据显示，2007-2011年，电力变压器制造行业的销售规模不断扩大，销售收入每年以13%以上的速度增长，2011年销售收入到达1784.36亿元，同比增长16.53%;实现利润总额102.14亿元，同比减少5.43%。
基于Matlab_Simulink仿真的电力电子实验系统设计与实现
2008年6月 陕 西 理 工 学 院 学 报June .2008第24卷第2期 Journa l o f Shaanx iU niversity of T echnology V o.l 24 N o .2[文章编号]1673-2944(2008)02-0026-05基于M atlab /S m i uli nk 仿真的电力电子实验系统设计与实现韩芝侠(宝鸡文理学院电子电气工程系, 陕西宝鸡 721007)[摘 要] 目前,M a tlab 软件在各个行业应用非常广泛,设计了一个基于M a tlab /S i m ulink 仿真的电力电子实验系统。
以Buck 变换的仿真为例,应用了该实验系统的设计方法分析其结构,建立了仿真模型,并验证其结果。
使用M atlab /S i m uli n k 对电路进行分析,可以使复杂的计算变得非常简便、直观,便于学生在建模仿真过程中更加深刻的理解和掌握所学知识。
[关 键 词] M atlab /S i m uli n k; Buck 变换; 电力电子仿真[中图分类号] TN911.72 [文献标识码] B收稿日期:2007-10-26作者简介:韩芝侠(1970)),女,陕西扶风人,宝鸡文理学院讲师,硕士,主要研究方向为检测技术与自动化装置。
电力电子技术是一门新兴技术,已成为现代电气工程与自动化专业不可缺少的一门专业基础课,在培养本专业人才中占有重要地位。
该课程是由电力学、电子学和控制理论3个学科交叉而成的,内容多,知识面广,信息量大,在有限的学时内用传统的教学方法去授课,教学效果不是很理想。
如何能做到最大限度地提高单位学时的信息量,培养学生的学习兴趣和能力,提高教学质量,是实验教学所面临的挑战。
为了使学生能更直观、高效地理解和掌握所学知识,引入了仿真实验,在建模仿真的过程中将抽象的理论知识变成直观的感性认识,取得了较好的教学效果。
1 软件介绍M atlab 是以矩阵为基本编程单元的一种程序设计语言,它提供了各种矩阵的运算与操作,并有较强的绘图功能,是目前国际上最流行的控制系统计算机辅助设计软件。
基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真实验1精选全文
可编辑修改精选全文完整版基于Matlab的小型电力系统的建模与仿真一、实验目的电力系统的动态仿真研究将不能在实验室中进行的电力系统运行模拟得以实现。
在判定一个电力系统设计的可行性时，都可以首先在计算机机上进行动态仿真研究，它的突出优点是可行、简便、经济的。
本实验目的是通过MATLAB的simulink环境对一个典型的工厂供电系统进行仿真，以熟悉供电系统在发生各种短路故障时的分析方法并与课堂知识进行对比学习。
二、预习与思考1、建立仿真模型，对不同短路形式进行仿真，截取仿真结果图，补充报告中每个仿真图形的名称。
2 数值仿真实验结果与课堂推导结果有什么区别与联系？3 典型的短路形式包括几种？4 根据仿真结果，说明短路时零序电流存在的必要条件？三、MATLAB PSB简介Matlab PSB(Sim Power Systems)以simulink为运行环境，涵盖了电路、电力电子、电气传动和电力系统等电气学科中常用的基本元件和系统仿真模型，它主要由6个子模块库组成。
(1)电源模块库:包括直流电压源、交流电压源、交流电流源、可控电压源、可控电流源、三相电源、三相可编程电压源;(2)基本元件模块库:串联(并联)RLC/负载/支路、变压器(单相、三相等)、断路器和三相故障部分;(3)电力电子模块库:二极管、晶闸管、GTO、IGBT、MOSFET、理想开关以及各种电力电子控制模块;(4)电机模块库:励磁装置、异步电动机、同步电动机、直流电动机以及配套的电机测量部件;(5)测量仪器库:电流测量和电压测量等;通过以上模块可以完成.各种基本的电力电子电路、电力系统电路和电气传动电路，还可以通过其他模块的配合完成更高层次的建模，如风力发电系统、机器人控制系统等等。
四、仿真模型的设计和实现在三相电力系统中，大多数故障都是由于短路故障引起的，在发生短路故障的情况下，电力系统从一种状态剧烈变化到另一种状态，并伴随着复杂的暂态现象。
电力系统的matlab simulink仿真及应用
第1章 概 述
(2) 曼尼托巴高压直流输电研究中心(Manitoba HVDC Research Center)开发的PSCAD /EMTDC (Power System Computer Aided Design/Electromagnetic Transients Program including Direct Current)程序；
第1章 概 述
现在的SIMULINK都直接捆绑在MATLAB之上，版本也 从1993年的MATLAB4.0/ Simulink 1.0版升级到了2007年的 MATLAB 7.3/Simulink 6.6版，并且可以针对任何能够用数 学描述的系统进行建模，例如航空航天动力学系统、卫星控 制制导系统、通讯系统、船舶及汽车动力学系统等，其中包 括连续、离散、条件执行、事件驱动、单速率、多速率和混 杂系统等。由于SIMULINK的仿真平台使用方便、功能强大， 因此后来拓展的其它模型库也都共同使用这个仿真环境，成 为了MATLAB仿真的公共平台。
第1章 概 述
1983年的春天，Cleve到斯坦福大学进行访问， MATLAB深深吸引住了身为工程师的John Little。John Little 敏锐地觉察到MATLAB在工程领域的广阔前景，于是同年， 他和Cleve Moler、Steve Bangert一起用C语言开发了第二代 MATLAB专业版，由Steve Bangert主持开发编译解释程序； Steve Kleiman完成图形功能的设计；John Little和Cleve Moler主持开发各类数学分析的子模块，撰写用户指南和大 部分的M文件。
基于MATLAB的建模与仿真 电力电子电机建模
-5-
基于MATLAB的建模与仿真 第3章 基于 的建模与仿真
(3) 编程及调试方便 从形式上看， 程序文件是一个纯文本文件， 从形式上看，MATLAB程序文件是一个纯文本文件，扩展 程序文件是一个纯文本文件 名为m，用任何字处理软件都可以对它进行编写和修改， 名为 ，用任何字处理软件都可以对它进行编写和修改， 因此 程序易调试，人机交互性强。 程序易调试，人机交互性强。 另外， 还具有比较健全的调试系统， 另外，MATLAB还具有比较健全的调试系统，调试方便、 还具有比较健全的调试系统 调试方便、 简单。 简单。
-4-
基于MATLAB的建模与仿真 第3章 基于 的建模与仿真
(2) 语言简单 MATLAB允许用户以数学形式的语言编写软件程序， 比 允许用户以数学形式的语言编写软件程序， 允许用户以数学形式的语言编写软件程序 BASIC、FORTRAN、C语言更接近书写计算公式的思维方式。 语言更接近书写计算公式的思维方式。 、 、 语言更接近书写计算公式的思维方式 它的操作和功能函数指令 就是平时计算机和数学书上的一些简 单的英文单词。由于它是用 语言开发的 语言开发的， 单的英文单词。由于它是用C语言开发的，它的不多的几个程序 流控制语句同C语言差别甚微 极易被初学者掌握。 语言差别甚微， 流控制语句同 语言差别甚微，极易被初学者掌握。 MATLAB 语言的帮助（ 语言的帮助（Help）系统也是相当强大的， 用户可以方便地在 ）系统也是相当强大的， 线查询各种信息。 线查询各种信息。 另外， 还专门为初学者提供了intro、tour、demo 另外，MATLAB还专门为初学者提供了 还专门为初学者提供了 、 、 等命令，用户可以从中得到感兴趣的例子和解释。 等命令，用户可以从中得到感兴趣的例子和解释。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Ξ第17卷第1期南华大学学报(理工版)Vol.17No.1 2003年3月JournalofNanhuaUniversity(Science&EngineeringEdition)Mar.2003文章编号:1006-737X(2003)01-0001-06基于MatlabΠSimulink的电力电子系统的建模与仿真邓国扬,盛义发(南华大学电气工程学院,湖南衡阳421001)摘 要:使用MATLABΠSIMULINK对电力电子系统进行建模和仿真作了简要论述,并对几种常见的电力整流滤波电路进行了仿真分析.关键词:MATLABΠSIMULINK;仿真;整流;滤波中图分类号:TM46 文献标识码:AModelingandSimulationofPowerElectronicSystemsBasedonMATLABΠSIMULINKDENGGuo-yang,SHENGYi-fa(SchoolofElectricalEnginering,NanhuaUniversity,Hengyang421001,Hunan,China)Abstract:ThepaperbrieflypresentsmodelingandsimulationofpowerelectronicsystemsbasedonMatlabΠSimulink.Afewcommonly-usedpowerrectifyingandfilteringcircuitsaresimulatedandanalyzed.Keywords:MatlabΠSimulink;simulation;rectification;filtering0 引言Matlab是当今最流行的科学技术软件,其良好的开放性使得它能够紧跟科技发展的前沿,进而为科技发展提供有力的工具[1].Simulink软件包是Matlab环境下的仿真工具,其形象、便捷的建模与仿真功能深受用户欢迎.特别是新版MatlabΠSimulink提供的电力电子系统建模与仿真工具,既保留了MatlabΠSimulink的统一风格,又突出了电力电子的学科特点,为电力电子技术的研究与应用提供了理想的工具.本文简介了使用MatlabΠSimulink对电力电子系统建模与仿真的工作要点和应用体会,并对常用的几种整流滤波电路进行仿真研究.1 模块库的特点在Matlab命令窗口键入simulink命令便打开SIMULINK的库浏览窗口.选中并展开其中的Pow2 erSystemBlockset模块包,可见到七个子模块包,分别是Connectors,Electricalsources,Elements,Extra library,Machines,Measurements,Powerelectronics.其中的Extralibrary又细分为六个子模块包,进一步选中并展开各个子模块包可得到进行电力电子系统建模与仿真所需的各种模块.关于模块库,注意Ξ收稿日期:2002-10-18作者简介:邓国扬(1958-),男,湖南祁阳人,南华大学电气工程学院教授,博士生导师.其以下几个特点对应是有帮助的.1)综合性器件模块库看起来非常简洁,一个重要原因是,性质类似和拓扑结构相近的一类元器件已被综合成用一个模块表示.通过设置模块参数可变化一系列具有特定性质的不同元器件.如一个并联RLC 模块(ParallelRLCBlock)通过设置模块参数可得到具有不同数值的单个R、L、C和它们的任意并联组合.又如,一个普适电桥(UniversalBridge)模块,通过设置模块参数,可得到由不同器件(二极管,晶闸管,GTO,MOSFET,IGBT和理想开关)构成的具有各种臂数(单桥臂,双桥臂或三桥臂)的整流桥.2)灵活多样的控制模块与一般电子线路仿真模块不同,电力电子系统的运行模式决定于对功率开关器件的控制方式.SIMULINK提供了一整套脉冲序列发生器,为仿真系统提供控制信号.这包括可用于触发由各种可控器件构成的单相或三相变换电路的PWM 发生器,可用于触发各种功率开关器件的脉冲发生器.3)虚拟测量仪表SIMULINK提供的虚拟测量仪表,使仿真输出灵便、直观.除了常用的电流表、电压表、万用表和阻抗表外,还有电力电子技术中特有的有效值表、谐波总畸变测量仪、傅立叶分析仪、有功和无功功率测量仪、三相序列分析、三相电流电压测量仪、坐标变换仪等.4)多种仿真输出手段SIMULINK提供了多种选择以便对仿真结果进行显示和处理.除了示波器、XY记录仪和数字显示器这些虚拟仪表外,仿真结果也可以直接传送到工作空间(Workspace)作即时处理,也可以存储到硬盘文件以备后用.此外,模块库还提供了为构建电力电子系统及相应控制电路所需的各种辅助模块,如各种连线模块,各种滤波器,PID控制器以及其他数字和模拟器件.如果需要,SIMULINK提供的Powersys2 temblockset以外的大量其他模块也是可用的.而且由于MATLAB的开放性,读者自己还可以生成各种特殊用途的用户模块.2 建模与仿真要点利用SIMULINK建模非常方便,只要把所需的模块一一拖入建模窗口,设置好合适的参数,用适当的连线把它们连接好即可.但在具体操作中需要注意,在连线过程中一定要使连接点的单箭头变成粗黑箭头.若电源与变换器之间没有变压器隔离,则要注意确定两者各自的公共连接点,以免出现短路,利用接地模块和总线模块可以实现这一点.若系统中有暂时不用的输入端子和输出端子,应该分别用接地(Ground)模块和终止(Ter2 minator)模块将其封闭,以免仿真时在命令窗口出现不必要的警告提示.构建一个系统模型与搭建一个实际电路有时会存在很大差别,主要原因在于对电路器件等效参数的正确考虑.例如,实际电路中,将电源电压用二极管全桥整流接大电容滤波虽然会引起大的电流冲击,但仍然是可行的.可是构建系统仿真模型时,如果不在回路中串入适当的电阻或电感元件扼流,理论上将出现无穷大的冲击电流而使仿真无法进行下去.仿真成功的关键是设置好仿真参数,这包括仿真的起始和终止时间,仿真算法,最大相对误差和最大绝对误差,变步长或固定步长等.参数的设置要根据模型的性质和仿真的需要而定,尤其是仿真算法的选取,在很大程度上决定了仿真的正确性和仿真时间.例如,当仿真具有高频电源的系统时,如果在设置仿真参数时简单地选择变步长算法,高频电源的波形就会发生失真,仿真结果自然也不会正确.正确的做法应该是选取固定步长算法并配以适当的步长,或者仍选择变步长但设置最大步长限制.3 仿真实例我们对单相半波整流电感滤波、电容滤波和电感电容滤波三种电路以及三相半整流电感滤波电路进行了实例性建模和仿真分析.图1-图8分别示出了模型电路和对应的仿真波型.模型电路中,单相电源为含有内阻的理想正弦波,三相电源则考虑了分布电感.二极管模块并联了阻容缓冲支路,它的一个附加输出端(E或者M)为二极管电流和端电压的测量端子.电压表和电流表的测量结果接示波器输出,示波器根据需要可以设置成多路和(或)多踪的.在三相半波整流电路模型中,使用了信号选择开关(selector)和信号分解(demux)及信号合成(mux)模块,实现了在示波器的第三路同时显示通过Diode2和Diode3的电流波形,而在示波器的第四路显示出Diode3两端的电压波形.2南华大学学报(理工版) 2003年3月 1)单相半波整流电感滤波电路,如图1、图2所示图1 单相半波整流电感滤波电路Fig .1 Single -phasehalf -waverectifierwithinductivefilter图2 图1所示的仿真波形Fig .2 SimulationwaveformsofthecircuitinFig.1 电源电压为220V 有效值、50Hz 频率,电源内阻Rs=0.01Ω,滤波电感L=100H,负载电阻R1=1k Ω,采用变步长方法用ode23tb (stiff ΠTR-BDF2)求解.由于使用大电感滤波,输入电流平缓上升,不呈现浪涌,但输出电压达到稳定所需的时间较长(约15个线周期).由于大电感的平滑作用,在二级管正向导通的整个半周内,输入电流基本恒定.2)单相半波整流电容滤波电路,如图3、图4所示电源电压为220V 有效值、50Hz 频率,电源内阻Rs=0.01Ω,滤波电感C=50μF,负载电阻R1=10k Ω,采用变步长方法用ode23t (mod.stiff ΠTrape 2zoidal )求解.由于采用大电容滤波,输出电压在不到四分之一线周期内便达到稳定,但输入电流却很不理想.首先,在上电的最初半个线周期内,出现很大的浪涌电流(图中所示接近5安培).这还仅仅是在取电源电压的初相角为零时的结果,若选取电源电压初相角为πΠ2,则浪涌电流将在极短时间内达到非常高的峰值.即便是在电路的稳定态,输入电流畸变严重,峰值因子大,导通角小,导致较低的输入功率因子和较大的谐波成份.因此,此种电路应避免受用,或者至少应该串入扼流电阻或电感.3第17卷第1期 邓国扬等:基于Matlab ΠSimulink 的电力电子系统的建模与仿真图3 单相半波整流电容滤波电路Fig .3 Single -phasehalf -waverectifierwithcapacitivefilter图4 图3所示模型的仿真波形Fig .4 SimulationwaveformsofthecircuitinFig.3 3)单相半波整流电感电容滤波电路,如图5、图6所示图5 单相半波整流电感电容滤波电路Fig .5 Single -phasehalf -waverectifierwithinductive&capacitivefilter4南华大学学报(理工版) 2003年3月图6 图5所示模型的仿真波形Fig .6 SimulationwaveformsofthecircuitinFig.5图7 三相整流电感滤波电路Fig .7 3-phaserectifierwithinductivefilter 电源电压为220V 有效值、50Hz 频率,电源内阻R s=0.01Ω,滤波电感L =50mH,滤波电容C =220μF,负载电阻R 1=1k Ω,采用变步长方法用ode23t (mod.stiff ΠTrapezoidal)求解.电感电容共同作用的结果,使得输入电流呈现浪涌,负载电压呈现过冲,系统经历约7个线周期后进入稳定状态.5第17卷第1期 邓国扬等:基于Matlab ΠSimulink 的电力电子系统的建模与仿真稳态时,二极管的导通角依然较小,意味着较低的输入功率因子和较高的谐波含量,不过较前两种滤波方式有所改善.4)三相半波整流电感滤波,如图7、图8所示图8 图7所示模型的仿真波形Fig .8 SimulationwaveformsofthecircuitinFig.7 三相电源相电压有效值220V,频率50Hz,输入侧电感三相对称,每相5mH,滤波电感500mH,负载电阻10Ω.尽管整流后的电压输出Vd 仍有较大纹波,但经过大电感滤波后,负载电流Id (及相应的负载电压)比较平滑,上电初期不呈现涌电流.稳态时,整流二极管导通电流基本恒定,导通角比理想情况的120°有所增加,这是因为输入侧电感所致.4 结束语用SIMULINK 建立电力电子系统模型与搭建原理电路的过程相似,简单、直接、解决了象整流二极管这样的非线性器件的建模问题[2],建模和仿真的关键是正确设置模块参数并选取合适的仿真算法.用仿真方法对4种常见的实际电路进行了仿真分析,得到了由暂态向稳态过渡的电流电压波形,这对于分析电路工作状态和指导电路设计得有帮助.尤其是,SIMULINK 在仿真复杂的具有各种控制战略的电力电子系统方面具有很大潜力.在实践中我们发现,为了准确仿真具有大冲击电流的暂态过程,有时会耗用较长计算时间,甚至占用过大的内存.此外,SIMULINK 不能直接解决具有不同电路初始状态的仿真问题,这需要我们进一步的探讨.参考文献:[1]王沫然.MATLAB6.0与科学计算[M].北京:电子工业出版社,2001.9.[2]郑亚民,蒋保臣.基于Matlab ΠSimulink 的整流滤波电路的建模与仿真[J].电子技术,2002.29(4):53～55.6南华大学学报(理工版) 2003年3月。