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基于MA TLAB的“电力电子技术”仿真实验的研究王娜 厉善亨 申岳（上海海事大学科学研究院上海 200135）摘 要：电力电子技术是主要研究各种电力电子器件，以及由这些电力电子器件所构成的各种变流电路和变流装置，运用这些变流装置完成对电能的变换和控制。
近年来，随着功率变流技术的迅猛发展，经过变流技术处理的电能在整个国民经济的用电量中所占比例越来越大。
为了方便地对这些变流电路进行仿真，采用了MATLAB的Simulink库。
同时，还采用VISUAL BASIC语言将电力电子变流电路的波形与MATLAB仿真界面进行链接，以便更简洁地、直观地，甚至是在无人指导的情况下，让学习者独立地完成电力电子变流电路的仿真实验。
关键词：电力电子 MATLAB 仿真 VB中图分类号：TN34 文献标识码：A 文章编号：1003-4862 (2008) 06-0341-04"Power Electronics" Simulation on MATLABWang Na; Li Shanheng； Shen Yue（Science and Study College，Shanghai Maritime University，Shanghai 200135，China）Abstract：Power electronics technology focuses on the various power electronic devices , the various converter circuit and converter devices composed of these power electronic devices as well. It makes use of these power electronic devices to complete the transfer and control of the power. In recent years, with the rapid development of the power conversion technology, the processing power through converter technology is at larger and larger proportion in the entire national economy of the electricity consumption. In order to facilitate the flow of these variable circuit simulation, making use of the SIMULINK Library in MATLAB. At the same time, making use of VB, we connect power electronic converter circuit waveform with MATLAB simulation interface to complete an independent power electronic converter circuit simulation by oneself simply and intuitively, even in the absence of guidance the circumstances.Keywords：power electronics; MATLAB; simulation; VB“电力电子技术”是自动化专业的一门重要的课程，也是一门实践性很强的课程，有大量的波形需要分析、计算。
基于Matlab／GUI的电力电子技术应用仿真实验设计【摘要】针对“电力电子技术应用”的教学与实验特点，弥补硬件实验条件的不足，利用Matlab GUID界面设计工具与M文件编程结合，建立GUI界面，设计了电力电子技术应用仿真实验系统。
该系统可修改实验参数，图形化显示实验结果，便于操作，形象生动，可应用于课堂或实验教学，加深学生对课程的理解。
【关键词】电力电子技术；GUI；M文件；仿真实验电力电子技术应用是电气自动化专业的一门重要的专业基础课程，它以电力电子器件为基础，应用电路和设计理论以及分析开发工具，实现电能的高效能变换和控制[1]。
该课程实践性、综合性和工程性很强，但是，由于教学学时不足和实验设备的短缺等原因，造成了进行教学实验的困难。
另外，目前的电力电子技术实验台在设计过程中还有许多不尽完善的地方，学生实验复杂，还容易出错，实验设备损坏率较高，因此，需要设计一种可以在课堂上使用的电力电子技术仿真实验系统，在抽象的理论教学的同时给予学生生动的实验演示，让学生实时地观察到参数改变对电路的影响。
MATLAB软件因其强大的科学计算和图形处理功能，已广泛应用于科研和工程领域。
它提供了用户图形界面开发程序GUIDE，支持可视化编辑，并根据用户设计的GUI布局，自动生成M文件的框架，用户使用这一框架编制自己的应用程序[2]。
这种编程方式直接方便，容易上手。
本文设计的电力电子技术仿真实验系统是一种建立在MATLAB平台上的具有图形用户界面的软件，它将理论知识与传统的模拟实验结合在一起，可大大的提高课堂教学效果，有利于培养学生分析问题和解决问题的能力[3]。
1.仿真实验的设计本仿真实验采用模块化设计思想，共分为两大模块：电力电子器件部分和电力电子变换电路部分。
电力电子器件部分包括常用的半控型器件晶闸管和四种全控型器件；电力电子变换部分包括五大变换电路，各变换电路又分设具体的变换电路。
仿真实验的总体框架如图1所示。
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。
同步发电机三相短路故障仿真分析摘要：电力系统中，发电机主要采用同步发电机，现代社会中使用的交流电，几乎全部由同步电机产生。
因此，同步电机对生产生活具有十分重要的意义。
本文采用MATLAB 建立同步电机仿真模型，对同步电机三相短路故障进行仿真分析，以便在同步电机运行尽量避免发生故障或在发生故障时能及时作出相应处理措施。
关键词：MATLAB 同步电机短路正序负序1前言同步电机是电力系统的电能供给设施，是电力系统中最重要和最复杂的设备，它的运行状态直接决定电力系统的安全与稳定。
在电力系统运行过程中，如果同步电机发生突然短路，则短路的暂态过程所产生的的冲击电流可能达到额定电流的十几倍，对同步电机本身和整个电力系统都可能产生严重的影响，因此，对同步电机的运行进行仿真及研究就显得尤为重要。
2发电机短路故障理论分析同步发电机的电磁暂态过程是一个很复杂的过程，为此假设同步发电机是理想机，即：(1)电机转子在结构上对本身的直轴和交轴完全对称，定子三相绕组也完全对称，在空间上相差为120°。
(2)定子电流在气隙上产生正弦分布的磁势，转子绕组和定子绕组之间的互感磁通也在气隙中按正弦规律分布。
(3)定子及转子的槽和通风沟不影响定子及转子绕组的电感。
此外，还假设：(1)在暂态过程期间同步发电机保持同步转速不变。
(2)发生短路后励磁电压始终保持不变。
(3)短路发生在电机的出线端口。
突然短路后，定子各相绕组出现的电流，可以根据各相绕组必须维持在短路瞬间的磁链不变的条件来确定。
为此，首先必须研究定子各相绕组磁链的变化规律。
假定短路前电机处于空载状态，短路前空载稳态运行时,转子以的转速旋转，主磁通交链定子abc绕组，即三相绕组的磁通如下式：在t=0(短路时刻)瞬间，各绕组的磁链初值为：由于绕组中的磁链不突变，若忽略电阻，则磁链守恒，绕组中的磁链将保持以上值。
3 仿真模型的建立设计一个只由发电机供电的简单电力网，该系统由一额定功率为500MW，额定电压为156KV的发电机和一负载构成。
想的正弦波输出电压从而可获得比较理一、引言电源设备广泛应用于科学研究、经济建设、国防设施及人民生活等各个方面，是电子设备和机电设备的基础，在国民经济各个部门中都是相关的，应用最为广泛的是在工农业生产中。
可以说，一切领域都要用到电源设备，凡是涉及电子和电工技术的。
逆变电路是该电源的关键电路，其功能是实现DC/AC的功能变换，即在逆变电路的控制下把直流电源转换成SPWM波形供给后级滤波电路，形成标准的正弦波。
采用IGBT作为开关器件，IGBT是自关断器件，用它做开关元件构成的SPWM逆变器，可使装置的体积小，斩波频率高，控制灵活、调节性能好、成本低。
SPWM逆变器，简单的说，是控制逆变器开关器件的通断顺序和时间规律，在逆变器输出等幅、宽度可调的矩形波。
二、逆变电源概述和逆变电源的发展联系在一起的是电力电子器件的发展，逆变电源的发展是电力电子器件的发展带动的。
目前逆变器的核心部分就是逆变器和其控制部分，虽然在控制方法上已经趋于成熟，但是其控制方法实现起来还是有一定的困难。
因此，对逆变电源的控制和逆变器进行深入研究具有很大的现实意义。
早期的逆变电源，只需要保证其输出不断电，稳压、稳频即可。
然而，现在的逆变电源除了这些要求以外，还必须是绿色环保的、高性能的逆变电源。
必须满足：输入功率因数高，输出阻抗低；暂态响应快速，稳态精度高；高稳定性，高效率，高可靠性；网络功能完善；智能化；电磁干扰低。
在传统的逆变电源中采用模拟电路控制，但模拟控制存在许多固有的缺点：（1）采用大量分散元件和电路板，硬件成本偏高，系统可靠性下降；（2）人工调试器件，导致生产效率降低及控制系统一致性差；（3）器件老化及热漂移问题，导致逆变电源输出性能下降，甚至导致输出失败；三、SPWM调制技术SPWM是实现逆变器输出交流电压调节、减小输出电压谐波的一种控制方法。
利用SPWM控制构成的逆变器调节性能好，速度快，可使调节过程中频率和电压相配合，以获得好的动态性能，输出电压波形接近正弦波。
收稿日期:2002-11-11第20卷 第5期计 算 机 仿 真2003年5月文章编号:1006-9348(2003)05-0113-02基于MATLAB 的电力电子电路建模仿真方法的研究潘湘高(常德师范学院电气工程系,湖南常德415003)摘要:通过三相桥式可控整流电路实例讨论了利用MATLAB SIM ULINK 对电力电子电路进行建模仿真的方法,并给出了仿真结果波形,证实了该方法的简便直观、高效快捷和真实准确性。
利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。
系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似,用户不用进行编程,也无需推导电路、系统的数学模型,就可以很快地得到系统的仿真结果,通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能,这样就可以极大地加快系统的分析或设计过程。
关键词:电力电子电路;建模;仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码:B1 前言在电力电子电路如变流装置的设计过程中,需要对设计出来的初步方案(电路)及有关元件参数选择是否合理,效果如何进行验证。
如果通过实验来检验,就要将设计的系统用元件安装出来再进行调试和试验,不能满足要求时,要更换元件甚至要重新设计、安装、调试,往往要反复多次才能得到满意的结果。
这样将耗费大量的人力和物力,且使设计效率低下,耗资大,周期长。
图1 电力系统工具箱模块库采用计算机进行仿真试验,则可大大地节约开支,提高设计效率,缩短设计周期。
但是用其它计算机高级语言(如C 语言,BASIC 语言或仿真语言)编程实现,对电力变流电路来说,由于大功率开关器件开关转换电流换相动态过程十分复杂,过渡过程一个接一个,一个未完,新的一个又开始了。
要分析输出电压、电流(带感性负载时)波形,特别是象大功率开关管关断时承受的尖峰电压大小形状,即阻容保护电路的保护效果如何,就要建立等效电路的数学模型。
收稿日期:2002-11-11 第20卷 第5期计 算 机 仿 真2003年5月 文章编号:1006-9348(2003)05-0113-02基于MATLAB 的电力电子电路建模仿真方法的研究潘湘高(常德师范学院电气工程系,湖南常德415003)摘要:通过三相桥式可控整流电路实例讨论了利用MATLAB SIMULINK 对电力电子电路进行建模仿真的方法,并给出了仿真结果波形,证实了该方法的简便直观、高效快捷和真实准确性。
利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。
系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似,用户不用进行编程,也无需推导电路、系统的数学模型,就可以很快地得到系统的仿真结果,通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能,这样就可以极大地加快系统的分析或设计过程。
关键词:电力电子电路;建模;仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码:B1 前言在电力电子电路如变流装置的设计过程中,需要对设计出来的初步方案(电路)及有关元件参数选择是否合理,效果如何进行验证。
如果通过实验来检验,就要将设计的系统用元件安装出来再进行调试和试验,不能满足要求时,要更换元件甚至要重新设计、安装、调试,往往要反复多次才能得到满意的结果。
这样将耗费大量的人力和物力,且使设计效率低下,耗资大,周期长。
图1 电力系统工具箱模块库采用计算机进行仿真试验,则可大大地节约开支,提高设计效率,缩短设计周期。
但是用其它计算机高级语言(如C 语言,BASIC 语言或仿真语言)编程实现,对电力变流电路来说,由于大功率开关器件开关转换电流换相动态过程十分复杂,过渡过程一个接一个,一个未完,新的一个又开始了。
要分析输出电压、电流(带感性负载时)波形,特别是象大功率开关管关断时承受的尖峰电压大小形状,即阻容保护电路的保护效果如何,就要建立等效电路的数学模型。
而这样的数学模型是很复杂的,即使建立起来了,用计算机编程实现得到真实的仿真结果也需要花大量的时间精力来编程和调试。
然而采用MATLAB /SIMULINK 可视化,图形化仿真环境来对电力电子电路进行建模仿真则可使之变得直观,简单易行,高效快捷,真实准确。
本文以三相桥式可控整流电路为例介绍了利用MAT -LAB /SIMULINK 建立电力电子电路仿真模型并进行仿真的方法,给出了仿真结果波形。
2 SIMULINK 中电力系统工具箱和仿真元件简介可视化图形仿真功能是在SIMULINK 环境下进行的。
进入MATLAB 系统后打开模块库浏览窗口,用鼠标左键双击其中的Power System Blocks 即可弹出电力系统工具箱模块库,如图1所示。
它包括连接元件库(Connectors ),电源库(Electrical Sources ),基本元件库(Elements ),其它元件库(Extra Library ),电机元件库(Machines ),测量元件库(Measurements )和电力电子元件库(Power Electronics )。
这些模块库包含了大多数常用电力系统元件的模块。
利用这些库模块及其它库模块,用户可方便、直观地建立各种系统模型并进行仿真。
3 三相桥式可控整流系统仿真模型的建立打开新建模型窗口,将所需元件模块从模块库中拖入新建模型窗口并改名,设定有关参数后将各模块连接组成仿真模型,如图2所示。
3.1 相交流电源A 、B 、C 设定为220V ,50Hz ,相位互差120°;3.2 La 、Lb 、Lc 为三相电源等效电感,设定为5mH ;3.3 晶闸管三相可控整流桥模型参数设定为晶闸管通态电—113—图2 三相桥式可控整流系统仿真模型阻(Thyristor on -state resistance )0.01Ψ,通态电感(Thyristor on -state inductance )10μH ,阻容保护回路电阻(Snubberresistance )2K Ψ,电容(Snubber capacitance )4.7μF ;3.4 三相可控整流桥触发脉冲产生模块设定为双窄脉冲方式(Double pulsing ),脉冲宽度为10°;3.5 建立同步电压信号测量转换模块并封装成子系统TB ;3.6 R —L 负载模块参数设定为220V ,50Hz ,1000W ,1000Var ;3.7 建立输出电压vl ,共阴极组三个晶闸管电流id 及晶闸管电压Uak 检测显示模块。
4 仿真运行及仿真结果波形分析图3 共阴极组三个晶闸管AK 之间的电压波形先双击图2中Step 模块设定触发角(alpha de )为30°,再点击图2下拉菜单仿真(Simu -lation )按钮,选择仿真参数(Simulation pa -rameters )命令设定有关仿真参数。
设定停止时间(Stop time )为0.08秒,仿真算法选择可变步长(Variable step )积分算法函数ode23s (Runge -Kutta 法),其它参数选项可用默认值。
然后点击图2启动仿真按钮(黑三角形)即开始进行仿真,双击各个显示模块就能显示其信号波形。
图3为共阴极组三个晶闸管AK 之间的电压Uak (V )波形,每个晶闸管30°承受正向电压,导通120°其余时间承受反向电压。
图4为共阴极组三个晶闸管的电流i 的波形,可清楚地看出电流换相过程。
图5为输出电流id (A )和输出电压vl (V )的波形,可清楚地看出电流由0增加到稳态值的过程,电流大图4 共阴极组三个晶闸管的电流波形小对晶闸管换流过程的影响。
改变各个参数设定再进行仿真就可得到不同参数时的仿真波形,从而分析各个参数对系统的影响,这样就为系统设计参数的确定图5 输出电流(A )和输出电压(V )波形提供了科学方便的手段。
改变各个参数的设定直到得到满意的结果为止。
5 结论从上述系统仿真结果波形可以看出,利用MATLAB /SIMULINK 对系统建模及仿真的结果(波形)具有真实性和极高的可信度。
利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。
系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似,用户不用进行编程,也无需推导电路、系统的数学模型,就可以很快得到系统的仿真结果。
通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能,这样就大大加快了系统的分析或设计过程。
参考文献:[1] 黄文梅等.系统分析与仿真———MATL AB 语言及应用.长沙:国防科技大学出版社,1999.[2] 薛定宇.反馈控制系统设计与分析———MA TL AB 语言应用.北京:清华大学出版社,2000.[3] 范影乐等.MATL AB 仿真应用详解.北京:人民邮电出版社,2001.作者简介潘湘高(1963.3-),男(汉族),湖南平江人,副高职称,在读硕士,主要从事自动化技术,计算机控制的研究和教学工作,发表各种论文多篇。
(下转第117页)—114—结果的描述,多采用关系模型。
在大型的综合信息系统中不仅要具有集成管理海量的空间数据以及属性数据的功能,而且要基于图文数据提供日常办公与文档处理的功能,包括依据来自OAS的文档数据(如业务审批流转数据),根据应用实时更新相应数据,包括更新空间数据和属性数据。
例如随着OAS中审批流程的进行,通过审批流程后的数据在被存入到OAS归档数据库中的同时,可能产生新数据或者更改相应的空间数据和属性数据。
为了实现GIS数据与文档数据之间建立对应关系,采取如下方法:通过在空间数据的属性表及文档的域中设定公共标识关联项,便可以利用公共标识项将其关联的图文记录挂接起来,实现图文数据的动态联接。
4 结束语当今国内外OAS与GIS的发展逐渐成熟,但如何将OAS 与GIS跨平台的结合现在国内还没有成功的案例。
我们认为将来的发展趋势应该向跨平台方向发展,这将成为一个热点课题。
因为开发商不情愿抛弃前期的巨大投入,将原来的成熟的产品大刀阔斧的改动,所以愿意研究通过中间件来实现OA与GIS跨平台的集成。
本文结合中间件技术,提出一种新的OAS与GIS集成模式,并且基于当前流行的软件Lotus Domino/Notes和MAPGIS,对实现这种集成模型进行了初步探讨。
这对构建高效的“图文一体化”大型综合信息系统的研究具有特别的意义。
当然,为了适应集成技术、OAS和GIS 系统等高新技术的日新月异的发展,这种集成模式及其实现本身也在不断完善之中。
参考文献:[1] 常煜芬,张育平.中间件技术研究[J].计算机应用研究,2001,10(10).[2] 林涛,许树业,用通用中间件实现B2B与ER P的系统集成[J].计算机应用,2001,21(5).[3] 张佐.系统集成的概念、方法与实践[J].测控技术,1999,18(9).[4] 颜涯,邵佩英[J].GIS与MIS系统集成技术在城市规划中的研究与应用[J].计算机仿真,2001-9(5).[5] 洪勇,卢正鼎.一种基于Lotus Domino与RDB MS的异构系统集成的实现[J].电脑开发与应用,2001,14(10).[6] 曾怡,张慧.Lotus Notes与ER P后台数据库的集成技术研究[J].武汉理工大学学报,2002,26(1).[7] 徐爱萍,徐武平.组件技术与ComGis[J].计算机应用,2001-2.[8] 来欣,邓铁清,吴泉源.CORBA与OLE/COM的应用集成研究[J].计算机工程与应用,1999-2.作者简介刘福江(1973-),男(汉族),新疆乌苏人,助教,硕士研究生,研究方向:GIS及应用。
杨 伦(1957-),男(汉族),湖北人,教授,研究方向:3S集成应用技术。
郭 艳(1974-),女(汉族),江西赣州人,硕士研究生,研究方向:OA、M IS、集成技术。
The Research of OAS and GIS S ystem Integration Based on MiddlewareLIU Fu-jiang,YANG Lun,GUO Yan(China University of Geosciences,Wuhan Hubei430074,China)ABSTRACT:This article summarizes and compares current t wo models of integration with Office Automation System(OAS)and Geographic Information System(GIS),and introduces another method:how to use Middleware to carry out the integration of different platform,OAS and GIS.Then we analyze their advantages and disadvantages.At last we give an example of realization.KEY WORDS:Middleware;System Integration;Office Automation System;Geographic Information System(上接第114页)Research to Approach of Modeling and Simulating thePower Electronics Circuit Based on MATLABPAN Xiang-gao(Department of Electrical Engineering,Chan gde Normal University,Changde Hunan415003,China) ABSTRACT:With the help of the example of a3-phase brid ge thyristor rectifying circuit,an approach of modeling and simulating the Power Electronics Circuit by using MATLAB SIMULINK was discussed and the results and waveforms introduced proved the advantages of simplicity, vis ual,high efficiency,great speed,reality and accuracy.This approach can also be used to model and simulate some very complicated cir-cuits,power electronics conversion circuits,electric driven automatic control systems etc.The process to model system is similar to that of de-signing it,so needn't knowing the mathematics model and needn't programming it,users can quickly find out and analyze the res ults from si mulation,then the construction of the system can be improved or some parameters in it can be modified as to meet the demanded results and performances.By which,the process of analyzing and designin g a system ca be greatly fasten.KEY WORDS:Power electronics circuit;Modeling;Simulation—117—。
