實驗報告-電力電子仿真實驗

1、電力電子仿真實驗實驗報告院 系：電氣與電子工程學(xué)院班 級： 電氣1309班學(xué) 號：17學(xué)生姓名：王睿哲指導(dǎo)教師：姚蜀軍成 績：日期：2017年1月2日實驗一晶閘管仿真實驗 錯誤!未定義書簽。實驗二三相橋式全控整流電路仿真實驗 錯誤!未定義書簽。實驗三電壓型三相SPW陋變器電路仿真實驗 錯誤！未定義書簽。實驗四 單相交 -直 -交變頻電路仿真實驗 錯誤 !未定義書簽。實驗五VSC輕型直流輸電系統(tǒng)仿真實驗 錯誤！未定義書簽。實驗一晶閘管仿真實驗實驗?zāi)康恼莆站чl管仿真模型模塊各參數(shù)的含義。理解晶閘管的特性。實驗設(shè)備：MATLAB/Simulink/PSB實驗原理uVT晶閘管測試電路如圖 1-1所示。

2、u2為電源電壓，ud為負載電壓，id為負載電流, 為晶閘管陽極與陰極間電壓。圖1-1晶閘管測試電路實驗內(nèi)容啟動Matlab ,建立如圖1-2所示的晶閘管測試電路結(jié)構(gòu)模型圖。圖1-2帶電阻性負載的晶閘管仿真測試模型雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的模型參數(shù)，如圖 1-3、1-4、1-5所示。圖1-3交流電壓源模塊參數(shù)圖1-4晶閘管模塊參數(shù)圖1-5脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)固定時間間隔脈沖發(fā)生器的振幅設(shè)置為5V,周期與電源電壓一致，為（即頻率為50Hz）,脈沖寬度為2 （即o）,初始相位（即控制角）設(shè)置為（即45o）。串聯(lián)RLC分支模塊 Series RLC Branch 與并聯(lián) RLC分支模塊 Pa

3、rallel RLC Branch 的參 數(shù)設(shè)置方法如表1-1所示。表1-1 RLC分支模塊的參數(shù)設(shè)置元件串聯(lián)RLC分支并聯(lián)RLC分支類別電阻數(shù)值電感數(shù)值電容數(shù)值電阻數(shù)值電感數(shù)值電容數(shù)值單個電阻R0infRinf0單個電感0LinfinfL0單個電容00CinfinfC在本系統(tǒng)模型中，雙擊 Series RLC Branch 模塊，設(shè)置參數(shù)如圖 1-6所示。圖1-6負載模塊參數(shù)系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置如圖1-7所示。圖1-7系統(tǒng)仿真參數(shù)運行仿真模型系統(tǒng)即可得到控制角為45o時，電源電壓、觸發(fā)信號、流過晶閘管的電流、晶閘管陽極和陰極兩端電壓、負載電流、負載電壓的仿真波形，如圖 1-8所示。運行仿真模型系

4、統(tǒng)即可得到控制角為45o時，電源電壓、觸發(fā)信號、流過晶閘管的電流、晶閘管陽極和陰極兩端電壓、負載電流、負載電壓的仿真波形，如圖 1-8所示。圖1-8控制角為45o時的仿真波形（帶電阻性負載）改變固定時間間隔脈沖發(fā)生器模塊的初始相位（即控制角）參數(shù)，可以得到不同控制角度下的仿真波形。例如將初始相位設(shè)置為 0s,可以得到控制角為 0o時的仿真波形，如圖1-9 和1-10所示。圖1-9脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)圖1-10控制角為00時的仿真波形（帶電阻性負載）改變串聯(lián)RLC分支模塊的參數(shù)即可改變負載類型。 例如，設(shè)置該模塊的參數(shù) R=1Q , L=, 電容為inf，即為阻感性負載，如圖1-11所示。當控制角

5、設(shè)置為450時的仿真波形如圖1-12 所示。圖1-11負載模塊參數(shù)圖1-12控制角為45o時的仿真波形（帶阻感性負載）同理，在帶阻感性負載的情況下，改變固定時間間隔脈沖發(fā)生器模塊的初始相位（即控制角）參數(shù)，可以得到不同控制角度下的仿真波形。例如將初始相位設(shè)置為，可以得到控制 角為135o時的仿真波形，如圖1-13所示。圖1-13控制角為135o時的仿真波形（帶阻感性負載）實驗二三相橋式全控整流電路仿真實驗實驗?zāi)康恼莆杖鄻蚴饺卣麟娐贩抡婺Ｐ偷慕⒓澳K參數(shù)和仿真參數(shù)的設(shè)置。理解三相橋式全控整流電路的工作原理及仿真波形。實驗設(shè)備：MATLAB/Simulink/PSB實驗原理三相橋式全控整流

6、電路如圖2-1所示。u2為電源電壓，ud為負載電壓，id為負載電流,uVT為晶閘管陽極與陰極間電壓。V Vil VT4 小匕 Vh VT2圖2-1三相橋式全控整流電路實驗內(nèi)容啟動Matlab ,建立如圖2-2所示的三相橋式全控整流電路結(jié)構(gòu)模型圖。圖2-2三相橋式全控整流電路模型雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的模型參數(shù)，如圖2-3、2-4、2-5、2-6、2-7、2-8、2-9 所示。圖2-3交流電壓源Va模塊參數(shù)圖2-4交流電壓源Vb模塊參數(shù)圖2-5交流電壓源Vc模塊參數(shù)圖2-6同步脈沖發(fā)生器模塊參數(shù)CanztLiL!：AlocJkOut du' Ite coil Haul ed

7、e 已111 白由 t 淳 tt吃'工ms; tailXrsjittei. If*Jiluft is a 雷電。*電工 mdJ lnt*rpr!ii irsctet ptrra*tiiT5 tc i -eT i,日 i ys-et th® cozu<nt tqiI 口上 b.2 a. 1 -工 azi-a.r Qt tuej-vi se Qulpul a. n&，±1* e，K th.; ±&n dli力M iLc 亡七壬電也去匕 vdlde.圖2-7觸發(fā)脈沖控制角常數(shù)設(shè)置圖2-8觸發(fā)脈沖封鎖常數(shù)設(shè)置圖2-9負載模塊參數(shù)系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)

8、置如圖2-10所示。圖2-10系統(tǒng)仿真參數(shù)運行仿真模型系統(tǒng)即可得到控制角為30o時，電源電壓、觸發(fā)信號、負載電流、負載電壓的仿真波形，如圖 2-11所示。圖2-11控制角為30o時的仿真波形（帶電阻性負載）改變同步脈沖發(fā)生器模塊的控制角，即可得到不同工作情況下的仿真波形。例如將晶閘管控制角取為60o,即將觸發(fā)脈沖控制角常數(shù)設(shè)置為60,此時的仿真波形如圖 2-12所示。圖2-12控制角為60o時的仿真波形（帶電阻性負載）改變串聯(lián)RLC分支模塊的參數(shù)即可改變負載類型。例如，設(shè)置負載模塊的參數(shù)R=10Q,L=,電容為inf ,即為阻感性負載，當晶閘管控制角取為45o （將觸發(fā)脈沖控制角常數(shù)設(shè)置為45

9、）時的仿真波形如圖 2-13所示。圖2-13控制角為45o時的仿真波形（帶阻感性負載）同理，在帶阻感性負載的情況下， 改變固定時間間隔脈沖發(fā)生器模塊的初始相位角即可得到不同工作情況下的仿真波形。例如將晶閘管控制角取為00,即將觸發(fā)脈沖控制角常數(shù)設(shè)置為0,此時的仿真波形如圖 2-14所示。圖2-14控制角為00時的仿真波形（帶阻感性負載）實驗總結(jié)1、總結(jié)三相橋式全控整流電路的控制規(guī)律。1）每個時刻均需兩個晶閘管同時導(dǎo)通，形成向負載供電的回路，其中一個晶閘管是共陰極組（將陰極連接在一起的三個晶閘管VT1、VT3、VT5稱為共陰極組）的，一個是共陽極組的（陽極連接在一起的三個晶閘管VT2、VT4、V

10、T6）,且不能為同一相的晶閘管。（標號同圖3-1 ）。2）對觸發(fā)脈沖的要求是六個晶閘管的脈沖按VT1-VT2-VT3-VT4-VT5-VT6的順序，相位依次差60。，共陰極組和共陽極組的脈沖依次差120。，同一相的上下兩個橋臂，脈沖相差180°。3）在整流電路合閘啟動過程中或電流斷續(xù)時，為確保電路的正常工作，需保證同時導(dǎo)通的兩個晶閘管均有脈沖。為此，可采用兩種方法：一種是使脈沖寬度大于60。（一般取80。100。），稱為寬脈沖觸發(fā)；另一種方法是，在觸發(fā)某個晶閘管的同時，給前一個晶閘管補發(fā)脈沖，即用兩個窄脈沖代替寬脈沖， 兩個窄脈沖的前沿相差 60。，脈寬一般 為20。30°

11、 ,稱為雙脈沖觸發(fā)。4）整流輸出的電壓即負載兩端的電壓應(yīng)該是兩相電壓相減后的波形，波頭Uab、Uac、ubc、ab ac bcUba、Uca、Ucb均為線電壓的一部分，整流輸出的電壓是上述線電壓的包絡(luò)線。相電壓的交點與線電壓的交點在同一角度位置上，故線電壓的交點也為自然換相點。同時可看出，三相橋式全控整流電壓在一個周期內(nèi)脈動6 次，脈動頻率為 6 50=300Hz ，比三相半波時大一倍。5) 三相橋式整流電路在任何瞬間僅有2 個橋臂導(dǎo)通， 其余 4 個橋臂的元件均承受著變化的反向電壓，晶閘管承受的反向最大電壓即為線電壓的峰值。實驗三 電壓型三相SPW逆變器電路仿真實掌握電壓型三相理解電壓型三相

12、實驗?zāi)康腟PW蛇變器電路仿真模型的建立及模塊參數(shù)和仿真參數(shù)的設(shè)置。SPW蛇變器電路的工作原理及仿真波形。實驗設(shè)備:MATLAB/Simulink/PSB實驗原理電壓型三相SPW逆變器電路如圖3-1所示?？?2S T =五 T 75 ZWk &naULC ,；Ed/2 豐2工T T迷T T2女費致圖3-1電壓型三相SPW逆變器電路實驗內(nèi)容啟動Matlab ,建立如圖3-2所示的電壓型三相 SPW蛇變器電路結(jié)構(gòu)模型圖。圖3-2電壓型三相SPW蛇變器電路模型雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的模型參數(shù)，如圖3-3、3-4、3-5、3-6、3-7、3-8所示。圖3-3直流電壓源模塊參數(shù)圖3-

13、4通用橋模塊參數(shù)圖3-5 PWM發(fā)生器模塊參數(shù)圖3-6負載Ra模塊參數(shù)圖3-7負載Rb模塊參數(shù)圖3-8負載Rc模塊參數(shù)系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置如圖 3-9所示。圖3-9系統(tǒng)仿真參數(shù)運行仿真模型系統(tǒng)即可得到輸出端三相交流電流、輸出端交流電壓uab、輸出端交流電壓ubc、輸出端交流電壓 uca的仿真波形，如圖 3-10所示。r "pt ,，VijrH；r 二;JV1r拼陰曲由產(chǎn).W、 ,'W%、. w-3；. 產(chǎn) x y -.演二 匕峭乎冗：) :(圖3-10電壓型三相SPW蛇變器電路仿真波形（輸出頻率為 50Hz）在PW假生器模塊中，將逆變橋輸出電壓頻率設(shè)置為200Hz,此時的仿真波形

14、如圖 3-11所示。圖3-11電壓型三相SPW始變器電路仿真波形（輸出頻率為 200Hz）圖3-12電壓型三相SPW蛇變器電路仿真波形（輸出頻率為25Hz）又例如將逆變橋輸出電壓頻率設(shè)置為10Hz,此時的仿真波形如圖 3-13所示。圖3-13電壓型三相SPW蛇變器電路仿真波形（輸出頻率為10Hz）實驗總結(jié)1、總結(jié)電壓型三相 SPW陋變器的工作原理。Ed/2 -±=rti 2K T 13 2S T 一西X % ZIJZL ubUG|/T 色玉 T T6 2工 T 12 21、牛如上圖。電路采用雙極性控制方式。a,b,c三相的PWM控制通常公用一個三角波載波uc,三相的調(diào)制信號Ura、U

15、rb、山。依次相差120 ° o a,b,C各相功率開關(guān)器件的控制規(guī)律相同， 上下橋臂的驅(qū)動信號始終是互補的。以 a相為例說明，當Ura Uc時，給上橋臂T1以導(dǎo)通信 號，給下橋臂T4以關(guān)斷信號，則a相相對于直流電源假想中點N'的輸出電壓為Ud/2。當Ura Uc時，給上橋臂丁1以關(guān)斷信號，給下橋臂 丁4以導(dǎo)通信號，則相對于中點N'的輸出電壓為 Ud/2?？梢钥闯?，UaN,、UbN,、UcN'的PWM波形都只有 Ud /2兩種電平。線電 壓Uab的波形可由UaN, UbN,得出。當橋臂1和6導(dǎo)通時，Uab = Ud ,當橋臂3和4導(dǎo)通時， Uab=-Ud ,當

16、橋臂1和3或橋臂4和6導(dǎo)通時，Uab=0。因此逆變器輸出線電壓 PWM波 形由Ud和0三種電平構(gòu)成。實驗四 單相交-直-交變頻電路仿真實驗實驗?zāi)康恼莆諉蜗嘟?直-交變頻電路仿真模型的建立及模塊參數(shù)和仿真參數(shù)的設(shè)置。理解單相交-直-交變頻電路的工作原理及仿真波形。實驗設(shè)備：MATLAB/Simulink/PSB實驗原理單相交-直-交變頻電路如圖4-1所示。單相交流電源先經(jīng)過不可控整流橋變?yōu)橹绷?，?jīng)過濾波電路濾波后，送入IGBT單相逆變橋逆變?yōu)榻涣鳎俳?jīng)過濾波處理后給負載供電。L1電網(wǎng)T T4 工D4b1不R21 7 VT3-I n 2a DI D2 2K圖4-1單相交-直-交變頻電路實驗內(nèi)容啟動

17、Matlab ,建立如圖4-2所示的單相交-直-交變頻電路結(jié)構(gòu)模型圖。圖4-2單相交-直-交變頻電路模型雙擊各模塊，在出現(xiàn)的對話框內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的模型參數(shù)，如圖4-3、4-4、4-5、4-6、4-7、4-8、4-9、4-10、4-11 所示。圖4-3交流電壓源模塊參數(shù)圖4-4不可控整流橋模塊參數(shù)圖4-5濾波電感L1模塊參數(shù)圖4-6濾波電容C1模塊參數(shù)圖4-8離散PWMt生器模塊參數(shù)圖4-7 IGBT逆變橋模塊參數(shù)皿 bseI，F(xiàn)FMIn-uil) 1 i.nlJT!hi k. di 乞U】bio de HiaudEa L ns. u.1 e» l for ct.i it ar-)n cd

18、l(Fu) =.« >L dfh 114d批&udU-od icerre. «i me 敝工 BRHidjLiiC 皿 it he nunbet ci bridge IrriS s ei Ted. Itl * he &4:出工出十>工 R&deHkc block eui Ite utd sailhtt 也尸 sino.!a"?btx4 or ihrM-Bhaic PW Ellt Eni了“睢£ for dvtiil£ an id>q1 «) mdi auijnirt.£ b4 PEt

19、lpt?O an.£ I zbhPffl. 4= 口土 1 lXP：QClT4ip ， b>； J L Cib.t3 Nl QXLJnpl&E St SLALltnttU 54 Ul-S tkrCA'JD 34 L<L'ttl3 U31nE tU ： XiLCftlff 94T IH.I工州 lahfrle dru!卜UR triirruj EMun+ii驅(qū)。1on*：*，l=" elerxL(£>9b 融Mis Hu Q SU J jF-JtM4UvMCf 4f auT>llt ¥alt>iity

20、(Kl)F*i!h4£4 飆"也席量 II 14CL4£S1圖4-9濾波電感L2模塊參數(shù)圖4-10濾波電容C2模塊參數(shù)圖4-11負載模塊參數(shù)系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置如圖 4-12所示。圖4-12系統(tǒng)仿真參數(shù)運行仿真模型系統(tǒng)即可得到輸入端交流電源電壓、中間直流電壓、輸出端負載電壓的仿真波形，如圖4-13所示。運行仿真模型系統(tǒng)即可得到輸入端交流電源電壓、中間直流電壓、輸出端負載電壓的仿真波形，如圖4-13所示。圖4-13單相交-直-交變頻電路仿真波形（輸入頻率為50Hz,輸出頻率為100Hz）在離散PWMt生器模塊中，將逆變橋輸出電壓頻率設(shè)置為200Hz,此時的仿真波形如圖

21、4-14所示。圖4-14單相交-直-交變頻電路仿真波形（輸入頻率為50Hz,輸出頻率為200Hz）圖4-15單相交-直-交變頻電路仿真波形（輸入頻率為50Hz,輸出頻率為25Hz）又例如將逆變橋輸出電壓頻率設(shè)置為10Hz,此時的仿真波形如圖4-16所示。圖4-16單相交-直-交變頻電路仿真波形（輸入頻率為50Hz,輸出頻率為10Hz）實驗總結(jié)1、總結(jié)單相交-直-交變頻電路的工作原理。單相交流電源先經(jīng)過不可控整流橋變?yōu)橹绷?，?jīng)過濾波電路濾波后，送入IGBT單相逆變橋逆變?yōu)榻涣鳎俳?jīng)過濾波處理后給負載供電。整流電路：將工頻電源進行整流， 經(jīng)中間直流環(huán)節(jié)平波后為逆變電路和控制電路提供所需的直流電源濾

22、波電路：三相整流橋輸出的電壓和電流屬于直流脈沖電壓和電流。為了減小直流電壓和電流的波動，直流濾波電路起到對整流電路的輸出進行濾波的作用。逆變電路：在控制電路的作用下， 將直流電路輸出的直流電源轉(zhuǎn)換成頻率和電壓都可以任意 調(diào)節(jié)的交流電源。實驗五VSC輕型直流輸電系統(tǒng)仿真實驗實驗?zāi)康恼莆誚SC直流輸電系統(tǒng)（VSC-HVDC仿真模型的建立及模塊參數(shù)和仿真參數(shù)的設(shè)置。理解VSC-HVDC勺工作原理及仿真波形。實驗設(shè)備：MATLAB/Simulink/PSB實驗原理輕型直流輸電（HVDC Light）系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理如圖 5-1所示。VSC巨飄除電器V&C產(chǎn)源,L舞Tg T&S一4 r七電

23、電一 一 巳電抗器圖5-1兩端接有源網(wǎng)絡(luò)的 VSC-HVDC（統(tǒng)原理圖實驗內(nèi)容基于VSC-HVD航程為：發(fā)電站一整流系統(tǒng)一直流傳輸線路一逆變系統(tǒng)一用電負載。1、VSC-HVDC（統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)說明: 建立VSC-HVD魴真模型如圖5-1所示。P, 口2» W, SO Hz.UVA tqu IvateMThe Ntdojstoftfl m ne Mott PrqpenHB MoirvLiefth k uhm Imi n vcwi ./kfpm TK_PMf4 igrfkfc | ： Tt_CffWfiisT'J &TM|VSCBifrvd HVDC TttMmirMion

24、 Link NM MhWk (*M0CkV)T»* T»_Ppwri,圖5-1 VSC-HVDC仿真模型2子系統(tǒng)設(shè)計:(1)整流側(cè)System 1Three-PhasePlug-ar nr rid bit*Vcttaae Sourcephi _ BO :deg) al Isl & 3rd 'lain圖5-2整流側(cè)交流系統(tǒng)OC咕 MW，圖5-3整流側(cè)換流器5#Tipl« UW； I中廚W'u'“'|Tl GontHBi¥K Sn廿畫*r|*ll岫力1|圖5-3整流側(cè)控制系統(tǒng)(2)逆變側(cè)System 2圖5-2逆變側(cè)交流系統(tǒng)圖5-3逆變側(cè)換流