电力电子电路仿真课件
PSCAD电力电子仿真讲义
PSCAD电力电子仿真讲义谭甜源武汉大学电气工程学院2012年6月目录第一部分：电力电子基本模块及其功能 (1)1.电力电子器件（Power Electronic Switch） (1)1.1二极管（Diode） (1)1.2晶闸管（Thyristor） (2)1.3 Transistor/GTO/IGBT (3)2.插值触发脉冲发生器 (3)2.1插值和器件动作（Interpolation and Switching） (3)2.2插值点的触发脉冲（Interpolated Firing Pulses） (7)3.控制系统的搭建（电力电子装置常用控制模块） (7)3.1 锁相环（Three-Phase PI-Controlled Phase Locked Loop） (7)3.2 静止坐标系和旋转坐标系变换（abc to dq0 Transformation） (8)3.3 PI控制器 (9)3.4 传递函数 (9)3.5 载波调制PWM算法 (10)3.6 采样和保持模块 (11)3.7 滤波器 (12)3.8 逻辑控制 (12)3.9 FFT变换器 (13)4.自定义元件或模块的应用（Creating a New Coponent or Module） (13)4.1使用元件向导（Using the Component Wizard） (13)5.与MATLAB的仿真接口 (17)第二部分：PSCAD自带例程中有关电力电子部分的讲解 (25)1.Power Electronics（常见电力电子装置） (25)1.1 Single-Phase Thyristor Half-Wave Rectifier（单相半波半控整流电路） (25)1.2 Single-Phase GTO Half-Wave Rectifier（单相半波全控整流电路） (25)1.3 Phase Controlled AC Switch（相控交流开关电路） (25)2.APF（有源电力滤波器） (25)2.1 6-Pulse Bridge（6脉波桥）（常用非线性负载） (25)2.2 并联型有源电力滤波器（Shunt APF） (26)2.3 串联型有源电力滤波器（Series APF） (28)第三部分：典型应用案例介绍 (29)1.仿真模拟连续控制系统（采用滞环电流跟踪控制法的APF） (29)2.仿真离散数字控制系统（采用三角波比较法的APF） (29)附录A：其它常用相关模块及其功能介绍 (31)A.1 电力电子仿真常用元件模块 (31)A.1.1金属氧化物浪涌避雷器（Metal Oxide Surge Arrestor） (31)A.1.2电感（Inductor） (31)A.1.3电压表（Voltmeters） (31)A.1.4实常数（Real Constant） (31)A.1.5电流表，安培表（Current Meter，Ammeter） (31)A.1.6时间信号变量（Time Signal Variable） (32)A.1.7节点环（Node Loop）（Three Phase Electrical Node） (32)A.1.8三相两绕组变压器（3-Phase 2-Winding Transformer） (32)A.1.9接地（Ground） (33)A.1.10单输入比较器（Single Input Comparator） (33)A.2 电力电子装置（TSC、HVDC）： (33)A.2.1 Static VAR Compensator（静止无功补偿器） (33)A.2.2 Generic Current Control（通用的电流控制）－直流输电仿真 (34)A.2.3 Generic Gamma Control（通用的gamma控制）－直流输电仿真 (35)A.2.4 Voltage Dependent Current Limits（依赖于电流限制的电压） (36)A.2.5 Minimum Gamma Measurement（gamma的最小测量值） (36)A.2.6 CCCM Controller for Rectifier（整流器的联合协调控制器） (37)A.2.7 CCCM Contoller for Inverter（逆变器的联合协调控制器） (37)A.2.8 Effective Gamma Measurement（有效的gamma测量值） (39)A.2.9 Apparent Gamma Measurement（视在gamma的测量） (39)A.2.10 Thyristor Switched Capacitor Allocator（晶闸管投切电容器的分配） . 40A.2.11 TSC/TCR Non-Linear Susceptance Characteristic（TSC/TCR的非线性电纳特性） (40)A.2.12 TCR/TSC Capacitor Switching Logic（TCR/TSC电容投切逻辑） (41)第一部分：电力电子基本模块及其功能1.电力电子器件（Power Electronic Switch）PSCAD自带的电力电子开关模块是一个多功能模块，它可以用来模拟常见的五种电力电子器件，包括：二极管（Diode）、晶闸管（Thyristor）、晶体管（Transistor）、门极可关断晶闸管（GTO）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）。
电力电子电路仿真-MATLAB和PSpice应用.pptx
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
6.6.2基本分析举例及仿真波形的处理
例6-1：二极管半波整流电路仿真（仿真参数为瞬态分析print step:1us, run to time:100ms。使用元件分别为：Vsin、Dbreak、Cbreak、
Rbreak ） 练习打印及保存波形
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
仿真结果
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
波形显示窗口内各标示的含义
6.6 电力电子电路的PSpice仿真
打印或保存波形结果 ：
首先要在PSpice窗口调整好输出波形，然后选 Window\Copy to Clipboard...选项，设置选项， 这里可以保持原来Probe显示的本来颜色，也可 以把背景反白，也可以将所有颜色变为黑白色， 点选后按”OK”按钮键即可将目前工作窗口内的 波形送至剪贴板内，可将波形图直接粘贴到文 档中，也可用图形处理程序再行处理后使用。
6.4 PSpice文件
6.4.3 .OUT .DAT文件 .OUT内容包含有电路的网络连接描述、PSPice指令与选
项、仿真结果、仿真过程中所产生的错误信息。另外经设 置，它也可包含有一些仿真后的输出结果。 .DAT为仿真完后的输出结果，主要是供Probe程序来观测 仿真结果之用。 6.4.4 .PRB .STL .STM .INC文件 . PRB自动记录最后一次的屏幕波形，用户也可以自行设 置存档。 使用激励源编辑程序(Stimulus Editor)来作信号时，.STL 文件内放置这些信号数据。如果使用模型编辑程序 （Model editor)的Model Text View产生文字式输入信号描
364.00us
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Multisim电路仿真实验PPT课件
电路
RC充放电仿真实验
电路模型和电路定律
电路
电路模型和电路定律
电路
电路模型和电路定律
Multisim简介
隶属于美国国家仪器公司（National Instruments，简称 NI）的Electronics Workbench公司发布了Multisim软件, 是一种紧密集成、终端对终端的解决方案，工程师利用这 一软件可有效地完成电子工程项目从最初的概念建模到最 终的成品的全过程。
电路
电路模型和电路定律
(1) 万用表的使用 如图所示，在万用表控制面板上可以选择电压值、电流值、
电阻以及分贝值。参数设置窗口，可以设置万用表的一些参数
。
万用表图标、面板和参数设置
电路 (2) 函数信号发生器
电路模型和电路定律
如图所示，在函数信号发生器中可以选择正弦波、三角波和 矩形波三种波形，频率可在1～999范围内调整。信号的幅值、 占空比、偏移量也可以根据需要进行调节。偏移量指的是交流 信号中直流电平的偏移。
(4) 导线的连接点
在Place菜单下选择Junction命令，可以放置连接点，可 以将连接点直接插入导线中。连接点是小圆点，连接点最 多可以连接来自4个不同方向的导线
(5) 在导线中间插入元器件
我们可以非常方便地实现在导线中间插入元器件。选 中元器件，用鼠标将其拖至导线上，释放鼠标即可。
电路
电路模型和电路定律
电子通信类其它常用的仿真软件： System view---数字通信系统的仿真 Proteus――单片机及ARM仿真 LabVIEW――虚拟仪器原理及仿真
电路
电路模型和电路定律
multisim 10概述
Multisim 被美国NI公司收购以后，其性能得到了 极大的提升。最大的改变就是：Multisim 与 LABVIEB 的完美结合：
Matlab电力电子仿真教程ppt课件
第5章 电力电子电路仿真分析
(a)
(b)
图5-7 晶闸管模块的电路符号和静态伏安特性 (a) 电路符号；(b) 静态伏安特性
第5章 电力电子电路仿真分析 SimPowerSystems库提供的晶闸管模块一共有两种：一 种是详细的模块(Detailed Thyristor)，需要设置的参数较多； 另一种是简化的模块(Thyristor)，参数设置较简单。晶闸管 模块的图标如图5-8。
解：(1) 按图5-5搭建仿真电路模型，选用的各模块的名 称及提取路径见表5-1。
第5章 电力电子电路仿真分析 图5-5 例5.1的仿真电路图
第5章 电力电子电路仿真分析
表5-1 例5.1仿真电路模块的名称及提取路径
模块名 功率二极管模块 D1、D2、D3、D4 交流电压源 Vs 串联 RLC 支路 R 电压表模块 VR 电流表模块 IR 信号分离模块 Demux 示波器 Scope
7所示为晶闸管模块的电路符号和静态伏安特性。当晶闸管 承受正向电压(Vak>0)且门极有正的触发脉冲(g>0)时，晶闸 管导通。触发脉冲必须足够宽，才能使阳极电流Iak大于设定 的晶闸管擎住电流I1，否则晶闸管仍要转向关断。导通的晶 闸管在阳极电流下降到0(Iak=0)或者承受反向电压时关断， 同样晶闸管承受反向电压的时间应大于设置的关断时间，否 则，尽管门极信号为0，晶闸管也可能导通。这是因为关断 时间是表示晶闸管内载流子复合的时间，是晶闸管阳极电流 降到0到晶闸管能重新施加正向电压而不会误导通的时间。
(9) “测量输出端”(Show measurement port)复选框：选 中该复选框，出现测量输出端口m，可以观测晶闸管的电流 和电压值。
【例5.2】如图5-10所示，构建单相桥式可控整流电路， 观测整流效果。晶闸管模块采用默认参数。
电力电子Simulink仿真——整流电路
电⼒电⼦Simulink仿真——整流电路1. 单相可控整流电路1.1 单相半波课本P44晶闸管处于断态时，电路中⽆电流，负载电阻两端电压为零，u2全部施加在VT两端。
如在u2正半周晶闸管承受正向阳极电压期间给VT门极加触发脉冲，则VT开通。
式3-1：{U_d} = \frac{{\sqrt 2 {U_2}}}{{2\pi }}(1 + \cos \alpha )模型：输⼊电压：100V峰值，50Hz；触发：45°，5%；晶闸管压降：0.8V；负载电阻：5Ω。
得到输出如下：按照公式计算输出电压平均值为27.2V，实际输出电压均值26.9V，这是由晶闸管的导通压降引起的。
阻感负载：课本P45到u2由正变负的过零处，电流id已经处在减⼩的过程中，但尚未降到零，因此VT保持通态。
此后，电感L中储存的能量逐渐释放，直⾄id过零点处晶闸管关断并⽴即承受反压。
电阻5Ω，电感0.02H，输出波形如下。
续流⼆极管：课本P46与没有续流⼆极管时的情况相⽐，在u2正半周时两者的⼯作情况是⼀样的；当u2过零变负时，VDR导通，ud为零。
此时负的u2通过VDR向VT施加反压使其关断，L中储存的能量保证了电流id在L-R-VDR回路中流通，此过程通常称为续流。
为观察电流连续的情况，将L改为0.05H，同时添加了⼆极管，如下图所⽰。
波形：1.2 单相桥式全控课本P47在单相桥式全控整流电路中，晶闸管VT1和VT4组成⼀对桥臂，VT2和VT3组成另⼀对桥臂。
在u2正半周，若给VT1和VT4加触发脉冲，VT1和VT4即导通，电流经VT1、R 和VT4流动。
在u2负半周，VT2和VT3导通。
式3-9：{U_d} = \frac{{\sqrt 2 {U_2}}}{\pi }(1 + \cos \alpha )模型：按照公式计算输出电压平均值为54.3V，实际输出电压均值52.6V，这是由晶闸管的导通压降引起的。
阻感负载：课本P49加⼊0.05H电感。
2024版《电力电子技术》PPT课件
电力电子技术的定义与发展01020304定义晶闸管时代可控硅时代现代电力电子时代用于高压直流输电、无功补偿、有源滤波等，提高电力系统的稳定性和效率。
用于电动汽车、电动自行车、电梯等电机驱动系统，实现高效、节能的电机控制。
用于太阳能、风能等新能源发电系统，实现能源的高效利用和转换。
用于自动化生产线、机器人等工业设备，实现设备的精确控制和高效运行。
电力系统电机驱动新能源工业自动化数字化与智能化随着计算机技术和人工智能的发展，电力电子技术将实现数字化和智能化，提高系统的自适应能力和智能化水平。
高频化与高效化随着半导体材料和器件的发展，电力电子技术将实现更高频率和更高效率的电能转换。
绿色化与环保化随着环保意识的提高，电力电子技术将更加注重绿色、环保的设计理念，降低能耗和减少对环境的影响。
工作原理特点应用整流电路、续流电路等工作原理通过门极触发导通，无法自行关断特点耐压高、电流大、开关速度快应用直流电机调速、交流调压等工作原理特点应用工作原理特点应用逆变器、斩波器、电机驱动等工作原理特点应用工作原理开关速度快、耐压高、电流大、热稳定性好应用逆变器、斩波器、电机驱动等高端应用领域特点VS整流电路的作用整流电路的分类整流电路的工作原理整流电路的应用整流电路逆变电路逆变电路的作用逆变电路的分类逆变电路的工作原理逆变电路的应用直流-直流变流电路直流-直流变流电路的作用直流-直流变流电路的分类直流-直流变流电路的工作原理直流-直流变流电路的应用交流-交流变流电路交流-交流变流电路的作用交流-交流变流电路的工作原理A B C D交流-交流变流电路的分类交流-交流变流电路的应用电机驱动照明控制加热与焊接030201一般工业应用交通运输应用电动汽车驱动轨道交通牵引航空电源电力系统应用高压直流输电柔性交流输电通过电力电子技术可实现高压直流输电，减少输电损耗和占地面积。
智能电网风能发电通过电力电子技术可实现风能发电系统的变速恒频控制和并网运行。
应用PSCAD进行电力电子装置仿真ppt课件
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
3) Band Limit Proximity Correction的含义？
调制波处于载波临界区域 时可能漏掉触发脉冲
设置该参数后可以通过插值算法 避免漏掉触发脉冲的情况出现
第8页
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
3. 控制系统搭建(电力电子装置常用控制模块) 3.1锁相环
第1页
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
第一部分 基本模块及功能介绍
1. 电力电子器件
模型：两状态 电阻性开关
第2页
二极管
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
第3页
晶闸管
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
第4页
GTR、GTO、IGBT
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
第5页
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
第 30 页
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
主要内容
第一部分：基本模块及功能介绍 ➢ 电力电子器件、插值触发脉冲发生器、控制系
统的搭建、自定义模块、与MATLAB的仿真接 口 第二部分：软件自带例程介绍 ➢ Power Electronics、APF 第三部分：几个典型的应用案例分析 ➢ 模拟系统的仿真、数字系统的仿真、PWM脉冲 策略的仿真、缓冲吸收电路的仿真
效值，该模块还可以用来测量有功功率、无功功 率和相角 ④ 利用全局变量设置万用表测量时的基准频率为 60Hz
第 25 页
应用PSCAD进行电力电子装置仿真
1.2 Single-Phase GTO Half-Wave Rectifier（单相 半波全控整流电路）
知识点： ① 演示GTO全控型器件和SCR半控型器件的区别，
最新电力电子技术matlab仿真5电力电子变流电路的仿真PPT课件
第5章 电力电子变流电路的仿真
5-25
5.3.2 电流跟踪型逆变器仿真
第5章 电力电子变流电路的仿真
5-26
5.3.2 电流跟踪型逆变器仿真
第5章 电力电子变流电路的仿真
5-27
5.3.2 电流跟踪型逆变器仿真
第5章 电力电子变流电路的仿真
5-28
5.4 交流-交流变流器
■把两个晶闸管反并联后串联在交流电路中，通过对晶闸管的控制就 可以控制交流输出。
电力电子变流电路的仿真54单相桥式全控整流电路仿真单相桥式全控整流电路电力电子变流电路的仿真55wtwtvt14单相全控桥式带电阻负载时的电路及波形电力电子变流电路的仿真56三相桥式全控整流电路仿真三相桥式全控整流电路电力电子变流电路的仿真57三相桥式全控整流电路带电阻负载30时的波形电力电子变流电路的仿真5852直流直流变流器直流直流变流器也称直流斩波器dcchopper或dcdc直流直流变流器用于调整直流电的电压它有多种类型这里主要介绍降压buck变流器升压boost变流器和桥式h电力电子变流电路的仿真5952直流直流变流器521直流降压变流器设计在开关器件vt导通时有电流经电感l向负载供电在vt关断时电感l释放储能维持负载电流电流负载和二极管vd形成回路
5.3.1 三相电压源型SPWM 逆变器仿真 5.3.2 电流跟踪型逆变器仿真
第5章 电力电子变流电路的仿真
5-18
5.3.1 三相电压源型SPWM 逆变器仿真
PWM（Pulse Width Modulation）控制就是 对脉冲的宽度进行调制的技术，即通过对一系 列脉冲的宽度进行调制，来等效地获得所需要 波形（含形状和幅值）。
☞如果把各输出波形用傅里叶变换分析，则其低频段非常接近，仅在
讲课模拟电子电路
15:15:25
17
对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)
+UCC
RB
RC
+C2
XC 0，C 可看作 对地短路 短路。忽略电源的
RS +
es –
C1 +
iB
+ 短路
ui
iC + uB–E
+ TuCE
–
iE
RL
短路
+ uo –
–
内阻，电源的端电 压恒定，直流电源 对交流可看作短路。
交流通路
用来计算电压 放大倍数、输入 电阻、输出电阻 等动态参数。
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14
1. 实现放大的条件
(1) 晶体管必须工作在放大区。发射结正偏，集 电结反偏。
(2) 正确设置静态工作点，使晶体管工作于放大 区。
(3) 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电 流。
(4) 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的 集电极电压，经电容耦合只输出交流信号。
15:15:25
小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了
一个交流量，但方向始终不变。
直流分量 交流分量
iC 集电极电流 iC
iC
+O
ic
t
IC
O
t
O
t
静态分析
动态分析
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结论：
(3) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路具有电压放大作用。
ui
uo
O
t
O
t
(4) 输出电压与输入电压在相位上相差180°， 即共发射极电路具有反相作用。
RBuB–E – RL
电力系统仿真PPT课件
几何上不相似的系统中的物理过程也可以相似，而 且在这个系统中的空间中每一点，都可以在另一相 似系统中找到完全一定的对应点。
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相似理论在物理模拟中的应用
复杂的电力系统仍然是由简单元件构成的。 只要模拟系统中的每个元件与原系统的对应元
件相似，并按原系统连接起来，满足边界条件， 则整个系统就相似。 在实际电力系统中存在诸多非线性元件，只要 非线性参数相似，也能很好地模拟原系统。 以上理论是构成动模实验的基础。
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2、同步发电机模拟
同步发电机模拟条件 同步发电机的模拟实现 模拟发电机的容量及改变容量对电机参数的影
响 模拟比的确定
能是不独立的。 如果方程式中含有非齐次函数，还应该添加上非齐
次函数的变量相等条件。 同一过程的相似判据形式可能不同。
在电力系统分析中，往往把系统的方程式写出 标幺值形式，只要模拟系统的变量和参数与原 系统的变量和参数的标幺值相等，两者就相似
10
相似第三定理
相似第一，第二定理确定了相似现象的性质 （相似必要条件），但没有指出两过程应该具 备什么条件才相似。
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无阻尼绕组同步电机突然三相短路的物理分析
稳态运行： 转子：Vf、if 恒定，对应磁通 F ① f :与励磁绕组交链，
称为励磁绕组漏磁链。
②
f d :与定子绕组交链，称为同步发电机的工作磁链（或空载磁链）
在定子绕组中感应产生空载电势 E q
基频电流 i
在气隙中形成一个大小不变、以同步速随转子旋转的旋转磁场
L
1
M
LL2
t 1 M t t 2
则初始条件也必须相似：