基于MATLAB的电力电子仿真_张耘川
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。
基于Matlab和PLECS的电力电子仿真实验教学
基于Matlab 和PLECS 的电力电子仿真实验教学王 武(许昌学院电气信息工程学院,河南许昌 461000)摘 要:提出在电力电子技术课程教学中引入M atlab 和系统级电力电子仿真软件PL ECS 进行辅助教学的新方法,结合SEPIC 斩波电路,分析了该实验教学的特点和具体思路。
基于M at lab 和PL ECS 的辅助实验教学方法能够加深学生对理论知识的理解,克服传统模拟实验教学实验装置数量不足和创新不足的缺点。
关键词:M atlab;PL ECS;仿真实验;教学改革;电力电子实验教学中图分类号:T M 743;G 642 文献标志码:A 文章编号:1002 4956(2011)06 0110 03Experiment teaching for power electronics simulationbased on Matlab and PLECSWang Wu(Schoo l of Elect ro info rmation Eng ineering ,Xuchang U niversity,Xuchang 461000,China)Abstract:T he simulation software of M atlab and PL ECS is introduced into power electronics teaching and applied into SEPIC chopper circuit,and teachi ng practice shows the method can strengthen the understanding of the course,and counteract the weaknesses of the simulated experiment device shortage and with low innovation point.Key words:M atlab;P L ECS;simulation;t eaching refor m;pow er elect ronics收稿日期:2010 08 30基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目(2011B470005);许昌学院教研项目(12010030)作者简介:王武(1978 ),男,甘肃兰州,硕士,讲师,主要研究方向:电气自动化教学、控制理论与控制工程.E mail:xcu_w angw u@s 1 电力电子技术教学改革的思路电力电子技术是电力技术、电子技术和控制技术相结合的新兴交叉学科,是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。
MATLAB仿真在“电力电子技术”课程教学中的应用
３ ８ ／ ４７ １ ２３— １ ２６
Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ仿 真 在 “ 电力 电子 技 术 ＂ 课 程 教 学 中 的应 用
刘淑 荣 ， 庞 伟 ， 张 红 ，
（ １ ． 长春工程学院 电气与信息学院， 长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ； ２ ． 配电自动化吉林省高校工程研究 中心 ， 长春 １ ３ ０ ０ ０ ０ ）
［ １ ］ 黄瑞． 《 电路实验》 的教学改革与实践 ［ Ｊ ］ ． 中国现代教
育 装备 ， ２ ０ ０ ７ （ １ １ ） ： ７ ９— ８ Ｏ ．
张小林 ， 周美 华 ， 李茂康 ． 综合 性、 设 计 性实验 教学 改 革探索 与 实践 ［ Ｊ ］ ． 实验技术 与管理， ２ ０ ０ ７（ ７ ） ： ９ ４
Ｓ ＨＥＮＧ Ｇｕ ｉ—ｚ ｈ ｅ ｎ， ｅ ｔ ａ １ ．
（ Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ， Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｃ ｈ ｕ ｎ １ ３ ０ ０ １ ２ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
２ ０１１： ３ ７１ １．
陈 攀峰 ， 刘骁 ． 仿 真 软 件在 电路 实 验 教学 中 的应 用 ［ Ｊ ］ ． 中 国电力教育 ， ２ ０ ０ ６ （ １ ２ ） ： ３ ５ １ —３ ５ ３ ． 陈 志强． 高校“ 电路” 实验教学改革的探讨 ［ Ｊ ］ ． 中国现 代 教育装备 ， ２ ０ ０ ６ （ ６ ） ： ２ ４— ２ ５ ． 国务院 办公 厅． 家 庭 消防 安全 知识 （ ２ ０ ０ ６ ）［ Ｏ Ｌ ］ ． ｈ ｔ ．
现代 复 合型人 才 。将实验课程 建设 成特色课 程 ， 必须 加大改革力度 ， 开阔思路 ， 开发各种方法 手段进行实 验 改革尝试 。设 计性 实验 的开展 ， 为 学生提供 了一个 自 主探索研究实验课题 的实验平 台 ， 丰富 了学生 的知识 ， 对于学 生综合 素质 的提高 ， 创新 意识 和实践 能力 的培 养极为重要 ， 学生积极参与配合的激情得到释放， 从被 动操作者 转化为 主动投入者 ， 从“ 被安排实验 ” 到“ 我盼 望实验” 的角色转变 ， 必然带来教学效果 质 的飞跃 。与 国际教育理念接轨 ， 体现素质教育 ， 发挥团队精神不懈 努力去探 索 ， 实验教学改革任重而道远 。 参 考文献
基于MATLAB的电力系统新型元件的仿真建模及分析
基于MATLAB的电力系统新型元件的仿真建模及分析汤亚芳，施怀瑾，杨赢(贵州工业大学电工学院，贵州贵阳550003)摘要：提出了利用MATLAB来建立用户自定义模型的两种方法，并用方法二建立了新型静止无功补偿器(ASVG)的仿真模型。
对一个含有ASVG勺简单的电力系统进行了仿真分析，取得了满意的仿真结果。
关键词：电力系统；仿真；建模；MATLAB新型静止无功补偿器(ASVG)中图分类号：TM743 TM761 文献标识码：A0引言电力系统动态仿真已成为电力系统研究、规划、运行、设计等各个方面不可缺的工具，特别是电力系统新技术的开发研究、新装置设计、参数确定更是需要仿真来进行确认。
目前常用的电力系统的仿真软件有EMTPNETOMACPSASP等。
1998年Mathworks公司推出MATLAB Version 5.2 ，它增加的power system block(PSB) 是针对电力系统而设计的仿真软件模块，它的元件模型比较多，功能也比较全面，目前许多电力系统的研究工作已开始用它作为仿真分析软件，见文献］4］、: 5］。
MATLAB具有较强的开放性，用户可以利用它设计全新的元件(包括元件的图形显示、所需参数、内部算法等)。
2000年MATLAB Version 5.3 推出，PSB得到了一定的完善，本文主要介绍利用MATLAB Version 5.3 来建立新型静止无功补偿器(Advantage static var generator:ASVG)的仿真模型，并对一个含有ASVG的电力系统进行了仿真研究，同时指出了在利用MATLABS行电力系统仿真时应注意的问题。
1在MATLAB^建立电力系统新元件模型的方法在MATLAB^建立电力系统新元件模型可归纳为以下两种方法：(1) 物理建模方法：利用MATLA田SB中固有元件模型(如电阻、电感、，电力电子器件等)构建新元件的物理模型。
模型构建完毕后，可以直接利用Create subsystem "建立模块，并利用Edit mask' 对该模块进行参数设定、模型图形显示的编辑。
电力电子的matlab仿真实验指导书(改)
“电力电子”仿真实验指导书MATLAB仿真实验主要是在simulink环境下的进行的。
Simulink是运行在MATLAB环境下，用于建模、仿真和分析动态系统的软件包。
它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统。
由于它具有直观、方便、灵活的特点，已经在学术界、工业界的建模及动态系统仿真领域中得到广泛的应用。
Simulink提供的图形用户界面可使用鼠标的拖放操作来创建模型。
Simulink 本身包含sources、sinks、Discrete、math、Nonlinear和continuous等模块库。
实验主要使用Sinks、Sources、Signals & System和Power System Blockset这四个模块库中的一些模块搭建电力电子课程中的典型电路进行仿真。
在搭建成功的电路中使用scope显示模块显示仿真的波形、验证电路原理分析结果。
这些典型电路包括：1)单相半波可控整流电路（阻性负载和阻感负载）2)单相全控桥式整流电路（阻性负载和阻感负载）3)三相全控桥式整流电路（双窄脉冲阻性负载和双窄脉冲阻感负载）4)降压斩波电路、升压斩波电路5)三相半波逆变电路、三相全波逆变电路。
一、matlab、simulink基本操作多数学生在做这个实验是时候可能是第一次使用matlab中的simulink来仿真，因此下面首先介绍一下实验中要掌握得的一些基本操作（编写试验指导书时所使用的matlab6.1版本）。
若实验过程中使用matlab的版本不同这些基本操作可能会略有不同。
图0-1 matlab启动界面matlab的启动界面如图0-1所示，点击matlab左上方快捷键就可以进入simulink程序界面（在界面右侧的Command Window中输入simulink命令回车或者在Launch Pad窗口中点击simulink子菜单中Library Browser都可以进入simulink 程序界面）如图0-2所示。
基于MATLAB的电力电子技术虚拟实验仿真平台的设计
电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering电子技术Electronic Technology基于MATLAB的电力电子技术虚拟实验仿真平台的设计张岩贾小龙（宁夏理工学院宁夏回族自治区石嘴山市753000）摘要：本文在MATLAB的基础上，利用现代仿真技术对电力电子变换器电路进行了SIMULINK仿真，完成了借助于图形用户界面GUI 功能的虚拟实验平台的搭建，达到了基本的实验要求。
关键词：MATLAB;电力电子技术；仿真模型；GUI1背景传统高校实验室所占实验经费比例大，软硬件设备一般比较昂贵的，容量有限且电气信息类技术更新非常快，要建立非常完备且与时俱进的实验教学环境是很困难的。
虚拟仿真实验既节省了资金，又可突破传统实验室在硬件设备上的限制，缓解了实验经费不足与实验人数过多的矛盾，突破了时空的局限，优化了教育资源，提高了学习兴趣和效率，真正实现理论教学与实验教学的结合。
因此，虚拟实验室的研究对于现代远程教学和高等院校的实验教学、课堂教学都很有意义。
2虚拟实验平台的国内外研究现状近年来计算机技术的发展为虚拟仿真实验平台开发提供了技术支持，已有很多高校和企业着手研究虚拟实验仿真平台。
例如：美国卡耐基梅隆大学早期开发的虚拟实验平台，他们的技术方案是通过计算机所搭建出来的函数发生器、示波器等实验硬件设备连接到Internet上，学生或其他用户可以通过上网然后网络远程连接并加以使用。
麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology）,该院校着手项目的主要是为了建设众多学科科目的虚拟实验平台，此项目是同微软公司通力合作开发出来的I-Lab,设计出来的平台可以用来研究基于虚拟现实的科学技术与电气工程的创新型教育体系。
目前国内的一些高等院校逐渐设计出了自己的虚拟实验平台。
中国科学技术大学早期设计的物理虚拟实验平台是把实验运用在教学的演示和简单物理实验这些问题上，此设计是国内第一套有推广价值的实验教学平台。
基于MATLAB的电力系统仿真讲解
基于MATLAB的电力系统仿真摘要：目前，随着科学技术的发展和电能需求量的日益增长，电力系统规模越来越庞大，超高压远距离输电、大容量发电机组、各种新型控制装置得到了广泛的应用，这对于合理利用能源，充分挖掘现有的输电潜力和保护环境都有重要意义。
另一方面，随着国民经济的高速发展，以城市为中心的区域性用电增长越来越快，大电网负荷中心的用电容量越来越大，长距离重负荷输电的情况日益普遍，电力系统在人民的生活和工作中担任重要角色，电力系统的稳定运行直接影响的人们的日常生活。
随着电力系统的飞速发展和电网的日益扩大以及自动化程度的不断提高，电力系统中许多计算和控制问题日益复杂，从技术和安全上考虑直接进行电力试验可能性很小，因此迫切要求运用电力仿真来解决这些问题。
电力系统仿真是将电力系统的模型化、数学化来模拟实际的电力系统的运行，可以帮助人们通过计算机手段分析实际电力系统的各种运行情况,从而有效了解电力系统概况。
本文根据电力系统的特点，利用MA TLAB的动态仿真软件Simulink搭建了含发电机、变压器、输电线路、无穷大电源等的系统的仿真模型，得到了在该系统主供电线路电源端发生三相短路接地故障并由故障器自动跳闸隔离故障的仿真结果，并分析了这一暂态过程。
通过仿真结果说明MA TIAB 电力系统工具箱是分析电力系统的有效工具。
关键词：电力系统；三相短路；故障分析；matlab仿真Electric Power System Simulation Base on MATLABAbstract：Now, with the development of science and techmology and the growing demand for eletrical energy, power systems get increasingly large and long-distance EHV power transmission, large capacity electric generating set, as well as the various new control devices have been widely used. This has important significance to rationally utilizing energy resources, making full use of the existing electric systems’ delivery potential and protecting the environment. On the other hand, with the fast growth of the national economy, city-centered regional power consumption is rising more and more rapidly, power demand in large electric system’laod centers is growing faster and faster, and long-distance and heavy-duty power transmission is more and more popular. Power system play an important part in people’s lives and work, power system and stable operation of a direct impact on the people’s daily life, with the rapid development of power systems and power grids is increasing with days and the degree of automation continuous improvement, many computing and control of the power system increasingly complex issues, it is impossioble to take a directThis paper base on the characteristics of the power system, using the software MATAB simulink built with generators,transformers,power line,such as the infinite power system simulation model, and has a simulation result of three-phase short-circuit fault which happen in the main power-supply line and the fault automatic tripping isolation by the three-phase fault, and analysis of this transient. The simulation results show MATLAB power system toolbox of the power system is an effective tool.Key words: Power system ；Three-phase short-circuit ；Fault analysis ；MATLAB simulation第一章绪论1.1 我国电力系统情况简介电力系统是由发电厂、电力网和电力负荷组成的电能生产、传输和转化的系统。
基于Matlab的小电流接地系统单相故障仿真分析
基于Matlab的小电流接地系统单相故障仿真分析
张耘川;王昕怡
【期刊名称】《电气技术》
【年(卷),期】2012(000)004
【摘要】小电流接地系统故障如果不能及时切除，有可能进一步扩大为相间短路故障，对电力系统造成重大损失。
本文以Matlab软件Simulink和SimPowerSystem工具箱为平台，对小电流接地系统中性点不接地方式的单相接地故障进行建模，并利用零序电流的幅值、相位判别出故障线路和故障相，从而验证了零序电流比幅比相法对中性点不接地方式单相接地故障判别的有效性。
【总页数】3页(P9-11)
【作者】张耘川;王昕怡
【作者单位】兰州交通大学自动化与电气工程学院,兰州730070;庆阳市供电公司,甘肃庆阳745000
【正文语种】中文
【中图分类】TM862
【相关文献】
1.基于Matlab的小电流接地系统故障特征仿真分析 [J], 谷天聪;范兴明;张鑫
2.基于零序特征量的小电流接地系统单相接地故障仿真分析 [J], 薛太林;张建新
3.基于MATLAB的新能源电站小电流接地系统故障仿真分析 [J], 李润良
4.基于MATLAB的新能源电站小电流接地系统故障仿真分析 [J], 李润良
5.基于MATLAB的小电流接地系统单相接地故障仿真分析 [J], 严正国;马慧;任星;史王莹
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续流作用。
（１）建模仿真
图 ３ 中，电源为直流电源，幅值为 １０ Ｖ。占空
比为 ５０％，ｓｅｒｉｅｓ ＲＬＣ Ｂｒａｎｃｈ２ 是电感量为 ９０ μＨ
的电感，ｓｅｒｉｅｓ ＲＬＣ Ｂｒａｎｃｈ是电容量为８３．３ μＦ的
电容，负载电阻为 １ Ω，打开仿真参数窗，选择
ｏｄｅ２３ｔｄ 算法，起始时间分别为０ ｓ、０．００２ ｓ，设置
＋ｖ － 示波器 １
子系统 图 ６ 双极性 ＳＰＷＭ 的单相全桥逆变仿真电路图
Ｄｉｓｃｒｅｔｅ， Ｔｓ＝１ｅ－００５ ｓ．
ｐｏｗｅｒｇｕｉ
Ｉｄ Ｉｏ Ｕｏ
示波器
通信号，给 Ｖ ２ 、Ｖ ３ 关断信号，输出电压 Ｕ ｏ ＝ Ｕ ｄ，
当信号波（Ｕ ）＜载波（Ｕ ）时，给 Ｖ２、Ｖ３ 导通信
ｒ
ｃ
号，给 Ｖ １ 、Ｖ ４ 关断信号，输出电压 Ｕ ＝－ Ｕ 。
触发脉冲
ＩＧＢＴ
＋－ｉ
ｇ Ｃ
ｍ Ｅ
电阻
电流测量
电流测量
ｉ－ ＋
＋
直 流
电
源
Ｄｉｏｄｅ
＋－ｉ 电流测量 ２
负载阻抗
２．８６３ 电流值显示
＋ｖ － 负载电压 测量
＋ｖ － 电压测量
图３ 直流降压斩波电路仿真模型
示波器
图２ 单相桥式整流电路仿真波形
（２ ）分析仿真结果
在电源电压正半周，ＶＴ２ 和 ＶＴ３ 均承受反向电压
极性 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 电路的建模仿真为例介绍 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 在 电力电子技术中的应用。
典型电力电子电路的仿真实例
下面以单相桥式整流电路和直流降压斩波电路 为例在 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 中进行仿真。
１． 单相桥式整流电路的仿真 （１）建模仿真
首先打开 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 中的动态仿真工具箱 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 环境，新建扩展名为．ｍｄｌ 的模型，双击 Ｓｉｍｐｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ图标，在弹出的电路仿真元件库窗口 中选择相应的元件，设计如图１所示的Ｓｉｍｕｌｉｎｋ模型。
（收稿日期：２０１２．０１．０６）
９ ０ | 电气时代·２ ０ １ ２ 年第 ６ 期
提供通道，由于占空比为 ５０％，输入电压为 １０ Ｖ，
故经降压斩波后输出电压在 ５ Ｖ 上下波动。
３． 双极性 ＳＰＷＭ 电路的仿真
直流—交流（ＤＣ／ＡＣ）变换器，也称逆变器，其
功能是将直流电转变为交流电供负载使用。脉宽调
制（ＰＷＭ）逆变器是现在使用和研究最多的逆变器，
这以正弦脉宽调制（Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ ）为例进行仿真。
而处于截止状态。ＶＴ１、ＶＴ４ 承受正向电压， 同时给
ＶＴ 、ＶＴ 加触发脉冲使其导通，电流经 ＶＴ 、Ｒ、ＶＴ
１
４
１
４
形成回路。电源电压进入负半周时，２ 个晶闸管ＶＴ 、 ２
ＶＴ３ 同时承受正向电压，同时给 ＶＴ２ 和 ＶＴ３ 加触发脉
冲使其导通，电流经过 ＶＴ 、Ｒ 、ＶＴ 形成回路。
３
２
２． 直流降压斩波电路的仿真
图１ 单相桥式整流电路仿真模型
供配用电 产品与技术
PRODUCT & TECHNOLOGY
图 １ 中，电源为单相交流电，幅值为 ５ Ｖ，频率 为 ５０ Ｈｚ。两个触发脉冲相差 １８０ °，打开仿真参 数窗，选择 ｏｄｅ２３ｔｄ 算法，起始时间分别为 ０ ｓ、 ０．０４ ｓ，设置好各模块参数后，单击工具栏上的仿真 按钮，得到如图 ２ 所示仿真结果。
电力电子技术是应用电力电子器件对电能进行 变换和控制，通过分析各类电力电子元件的通断情况 来实现整流、逆变、斩波和变频等的技术。随着科学 技术的发展，电力电子技术在电气工程、自动化及通 信等诸多工程领域得到了广泛应用，从数瓦数十瓦的 日光灯镇流器、电视机电源等家用电器，到数千兆瓦 的直流输电系统，电力电子装置的应用已经渗透到了 生产生活的各个领域。仿真是现代电子电路研究分析 和设计的重要手段，仿真不需要物质的仪器设备。 采用 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 对电力电子建模仿真， 能够变抽象为具体，形象直观地反映出电路特性。 本文以单相桥式整流电路、直流降压斩波电路和双
（１）建模仿真
双极性 ＳＰＷＭ 信号的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 产生图如图 ５ 所
示。在Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的“Ｓｏｕｒｃｅ”库中选择“Ｃｌｏｃｋ”模块，
以提供仿真时间 ｔ，乘以后再通过一个“ｓｉｎ”模块即
为 ｓｉｎ，乘以调制比 ｍ 后可得到所需的正弦波调制信
号。三角载波信号由“Ｓｏｕｒｃｅ”库中的“Ｒｅｐｅａｔｉｎｇ
直流—直流变换（ＤＣ／ＤＣ）的功能是改变和调
节直流电的电压电流，也称直流调压器。在这里以
直流降压斩波电路为例进行 ＭＡＴＬＡＢ 仿真，直流降
压斩波电路（ｂｕｃｋ ｃｈｏｐｐｉｎｇ）由一个开关管 Ｔ，二
极管 Ｖ Ｄ 和电感 Ｌ 及负载组成，开关管 Ｔ 是斩波控
制的主要元件，电感起储能和滤波作用，二极管起
时刻
ｍ 常数 ２ ＊ ｐｉ ＊ ｆ 增益
× ｓｉｎ 乘运算 三角运算
≥
ｂｏｏｌｅａｎ
关系运算数据类型转换
ＮＯＴ
逻辑运算
重复序列
ｄｏｕｂｌｅ
１
数据类型转换 １ 输出
＋－ｉ 电流测量 １
＋ 直流电压源
图 ５ 双极性 ＳＰＷＭ 信号的 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 产生图
＋
ｇ
Ａ
－
Ｂ
逆变桥
＋ｉ －
电流测量
阻抗
Ｏｕｔ１
产品与技术 供配用电
PRODUCT & TECHNOLOGY
「电力系统」
基于 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 的电力电子仿真
文 ／兰州交通大学自动化与电气工程学院 张耘川 庆阳市供电公司 王昕怡
根据电力电子技术的发展现状，基于 ＭＡＴＬＡＢ 软件 Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 和 ＳｉｍＰｏｗｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ 工具箱仿真电力电子电路，并以单相桥式整流电路、直流降压斩波电路和 双极性 ＳＰＷＭ 电路为例进行建模、仿真和分析，得出仿真结果。由此证明，利用 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 作仿真，对于电力电子技术的研究分析和设计提供了一种十分 有效的途径。
主电路采用“Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｂｒｉｄｇｅ”模块，在对话 框中选择臂数为 ２，即可构成全桥电路，开关器件 选带反并联二极管的 ＩＧＢＴ，直流电压模块设置为 ３００ Ｖ，阻感负载分别设置为 １ Ω和 １２ ｍＨ。为了
使仿真界面简洁，参数便于修改，将双极性 Ｓ Ｐ Ｗ Ｍ 模块的输出连接到单相全桥模块的门极输入，最终 得到主电路仿真模型如图 ６ 所示。设置深度 ｍ 为 ０．５，输出基波频率设为 ５０ Ｈｚ，载波频率设置为基 频的 １５ 倍，即 ７５０ Ｈｚ。将仿真时间设置为 ０．０６ ｓ， 在 ｐｏｗｅｒｇｕｉ 中设置为离散仿真模式，采样时间为 １０ －５ ｓ，运行后可得仿真结果，输出交流电流、交 流电压和直流波形如图 ７ 所示。
ｏ
ｄ
图 ７ 双极性 ＳＰＷＭ 单相逆变器 ｍ ＝ ０．５ 时的仿真波形图
（２ ）分析仿真结果 当信号波（Ｕｒ）＞载波（Ｕｃ）时，给 Ｖ１、Ｖ４ 导
结束语
将 Ｍ Ａ Ｔ Ｌ Ａ Ｂ 应用于电力电子技术，进行 ＭＡＴＬＡＢ／Ｓｉｍｕｌｉｎｋ 建模仿真，不仅能够直观地观察 到各元件的动态电压、电流波形，而且可以方便地 修改元件参数，得到不同工作环境下的仿真结果， 克服了硬件试验面临的许多困难。实践证明， ＭＡＴＬＡＢ 为电力电子技术的研究分析和设计提供了 一种十分有效的途径。EA
好各模块参数后，单击工具栏上的仿真按钮，得到
如图 ４ 所示仿真结果。
（２ ）分析仿真结果
当有脉冲信号时，ＩＧＢＴ 导通，电源向负载供电，
图４ 直流降压斩波电路仿真波形
负载电流呈指数曲线上升。当无脉冲信号时，ＩＧＢＴ
关断，负载电流经Ｄｉｏｄｅ续流， 负载电流呈指数曲线
下降。续流二极管 Ｄｉｏｄｅ 在 ＩＧＢＴ 关断时给负载电流
Ｓｅｑｕｅｎｃｅ”模块产生，参数设置为【０ １／ｆ ／４ ３／ｆ ／４ １／ｆ 】
ｃ
ｃ
ｃ
ｗｗｗ．ｅａｇｅ．ｃｏｍ．ｃｎ
２ ０ １ ２ 年第 ６ 期·电气时代 | ８ ９
产品与技术 供配用电
PRODUCT & TECHNOLOGY
和【０ １ —１ ０】，便可生成频率为ｆ 的三角载波。调 ｃ
制波和载波通过Ｓｉｍｕｌｉｎｋ的“Ｌｏｇｉｃ ａｎｄ Ｂｉｔ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ” 库中的“Ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ Ｏｐｅｒａｔｏｒ”模块进行比较后所得信 号，再通过适当处理便可得四路开关信号。
触发脉冲 ５０ Ｈｚ
ｍｋ
晶闸管 ＶＴ１ ｇ ａ
ｍｋ
晶闸管
ＶＴ ３
ｇ
ａ
交流电源 ５ Ｖ
５０ Ｈｚ
＋ －
ｖ
电源电压测量
ｍｋ
晶闸管 ＶＴ２ ｇ ａ
晶闸管 ＶＴ４
ｍｋ ｇａ
电阻
电源电压 １ ４触发脉冲
２ ３触发脉冲 负载电压
＋ｖ － 负载电压测量
示波器
８ ８ | 电气时代·２ ０ １ ２ 年第 ６ 期
触发脉冲 ５０ Ｈｚ