電力電子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)課件

第八章

電力電子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

主要內(nèi)容:8.1動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真8.2電力電子系統(tǒng)的建模方法8.3電力電子仿真軟件8.4電力電子仿真實(shí)例

8.1動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真8.1.1系統(tǒng)與模型8.1.2計(jì)算機(jī)仿真

系統(tǒng)對(duì)于任何系統(tǒng)的研究都必須從如下三個(gè)方面考慮：(1)實(shí)體：組成系統(tǒng)的元素、對(duì)象。(2)屬性：實(shí)體的特征。(3)活動(dòng)：系統(tǒng)由一個(gè)狀態(tài)到另一個(gè)狀態(tài)的變化過程。組成系統(tǒng)的實(shí)體之間相互作用而引起的實(shí)體屬性的變化，通常用狀態(tài)變量來描述。研究系統(tǒng)主要研究系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化。除了研究系統(tǒng)的實(shí)體屬性活動(dòng)外，還需要研究影響系統(tǒng)活動(dòng)的外部條件，這些外部條件稱之為環(huán)境。8.1.1系統(tǒng)與模型系統(tǒng)模型系統(tǒng)模型是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種抽象，是對(duì)系統(tǒng)本質(zhì)(或是系統(tǒng)的某種特性)的一種描述。1.實(shí)體模型實(shí)體模型又稱為物理效應(yīng)模型，是根據(jù)系統(tǒng)之間的相似性而建立起來的物理模型。實(shí)體模型最常見的是比例模型，如風(fēng)洞吹風(fēng)實(shí)驗(yàn)常用的翼型模型或建筑模型。2.數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型包括原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是一種適合在計(jì)算機(jī)上演算的模型，主要是指根據(jù)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算特點(diǎn)、仿真方式、計(jì)算方法、精度要求將原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)程序。8.1.1系統(tǒng)與模型數(shù)學(xué)模型可以分為許多類型。按照狀態(tài)變化可分為動(dòng)態(tài)模型和靜態(tài)模型。按照輸入和輸出的關(guān)系可分為確定性模型和隨機(jī)性模型。離散系統(tǒng)是指系統(tǒng)的操作和狀態(tài)變化僅在離散時(shí)刻產(chǎn)生的系統(tǒng)，如交通系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等等，常常用各種概率模型來描述。連續(xù)系統(tǒng)模型還可分為集中參數(shù)的和分布參數(shù)的，線性的和非線性的，時(shí)變的和時(shí)不變的，時(shí)域的和頻域的，連續(xù)時(shí)間的和離散時(shí)間的等等。表1.1列出了各種類型的數(shù)學(xué)模型及其數(shù)學(xué)描述。8.1.1系統(tǒng)與模型表1.1數(shù)學(xué)模型分類

模型類型靜態(tài)系統(tǒng)模型動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型連續(xù)系統(tǒng)模型離散系統(tǒng)模型集中參數(shù)分布參數(shù)離散時(shí)間數(shù)學(xué)描述代數(shù)方程微分方程狀態(tài)方程傳遞函數(shù)偏微分方程差分方程離散狀態(tài)方程概率分布排隊(duì)論8.1.1系統(tǒng)與模型仿真的概念

仿真是以相似性原理、控制論、信息技術(shù)及相關(guān)領(lǐng)域的有關(guān)知識(shí)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和各種專用物理設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)模型對(duì)真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。8.1.2計(jì)算機(jī)仿真仿真分類按照實(shí)現(xiàn)方式的不同可以將系統(tǒng)仿真分為如下幾類：(1)實(shí)物仿真：又稱物理仿真。優(yōu)點(diǎn)是直觀形象，至今仍然廣泛應(yīng)用。但是為系統(tǒng)構(gòu)造一套物理模型，將是一件非常復(fù)雜的事情，投資巨大，周期長(zhǎng)，且很難改變參數(shù)，靈活性差。(2)數(shù)學(xué)仿真：數(shù)學(xué)仿真把研究對(duì)象的結(jié)構(gòu)特征或者輸入輸出關(guān)系抽象為一種數(shù)學(xué)描述(微分方程、狀態(tài)方程，可分為解析模型、統(tǒng)計(jì)模型)來研究。

8.1.2計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真是在研究系統(tǒng)過程中根據(jù)相似原理，利用計(jì)算機(jī)來逼真模擬研究對(duì)象。研究對(duì)象可以是實(shí)際的系統(tǒng)，也可以是設(shè)想中的系統(tǒng)。歸納起來，仿真技術(shù)的主要用途有如下幾點(diǎn)：

(1)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。在實(shí)際系統(tǒng)建立以前，通過改變仿真模型結(jié)構(gòu)和調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)來優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如控制系統(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)經(jīng)常要靠仿真來優(yōu)化系統(tǒng)性能。(2)系統(tǒng)故障再現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)故障原因。實(shí)際系統(tǒng)故障的再現(xiàn)必然會(huì)帶來某種危害性，這樣做是不安全的和不經(jīng)濟(jì)的，利用仿真來再現(xiàn)系統(tǒng)故障則是安全的和經(jīng)濟(jì)的。(3)驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的正確性。(4)對(duì)系統(tǒng)或其子系統(tǒng)進(jìn)行性能評(píng)價(jià)和分析。多為物理仿真，如飛機(jī)的疲勞試驗(yàn)。(6)為管理決策和技術(shù)決策提供支持。

8.1.2計(jì)算機(jī)仿真仿真算法和仿真軟件仿真算法在建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型后，需要將其轉(zhuǎn)變成能夠在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的仿真模型。由于計(jì)算機(jī)只能進(jìn)行離散的數(shù)值計(jì)算，因而必須推導(dǎo)出連續(xù)系統(tǒng)的遞推數(shù)學(xué)公式，如解微分方程的龍格庫(kù)塔算法。這實(shí)際上屬于數(shù)值計(jì)算的內(nèi)容，其發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)完善了。其實(shí)這就是計(jì)算機(jī)仿真算法的設(shè)計(jì)，即把數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化為能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的仿真模型。一般來說，系統(tǒng)仿真算法有如下幾類：(1)集中參數(shù)系統(tǒng)仿真算法。(2)分布參數(shù)系統(tǒng)仿真算法。(3)離散時(shí)間系統(tǒng)仿真算法。8.1.2計(jì)算機(jī)仿真仿真軟件

仿真軟件是一類面向仿真用途的專用軟件，它可能是面向通用的仿真，也可能是面向某個(gè)領(lǐng)域的仿真。它的功能可以概括為以下幾點(diǎn)：(1)為仿真提供算法支持。(2)模型描述，用來建立計(jì)算機(jī)仿真模型。(3)仿真實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行和控制。(4)仿真數(shù)據(jù)的顯示、記錄和分析。(5)對(duì)模型、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、文檔資料和其它仿真信息的存儲(chǔ)、檢索和管理(即用于仿真數(shù)據(jù)信息管理的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng))。8.1.2計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算機(jī)仿真的一般過程計(jì)算機(jī)仿真的一般過程如圖1.1所示，可以表述如下：(1)描述仿真問題，明確仿真目的。(2)項(xiàng)目計(jì)劃、方案設(shè)計(jì)與系統(tǒng)定義。根據(jù)仿真目的確定相應(yīng)的仿真結(jié)構(gòu)(實(shí)時(shí)仿真還是非實(shí)時(shí)仿真，純數(shù)學(xué)仿真還是半物理仿真等)，規(guī)定相應(yīng)仿真系統(tǒng)的邊界條件與約束條件。(3)數(shù)學(xué)建模：根據(jù)系統(tǒng)的先驗(yàn)知識(shí)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及其機(jī)理研究，按照物理原理或者采取系統(tǒng)辨識(shí)的方法，確定模型的類型、結(jié)構(gòu)及參數(shù)。注意要確保模型的有效性和經(jīng)濟(jì)性。(4)仿真建模：根據(jù)數(shù)學(xué)模型的形式、計(jì)算機(jī)類型、采用的高級(jí)語(yǔ)言或其它仿真工具，將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序或其他模型，也即獲得系統(tǒng)的仿真模型。(5)試驗(yàn)：設(shè)定實(shí)驗(yàn)環(huán)境/條件和記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并記錄數(shù)據(jù)。(6)仿真結(jié)果分析：根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求和仿真目的對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析處理(整理及文檔化)。

8.1.2計(jì)算機(jī)仿真圖1.1計(jì)算機(jī)仿真流程圖8.1.2計(jì)算機(jī)仿真主要內(nèi)容:8.2.1電力電子電路小信號(hào)建模與分析8.2.2電力電子電路大信號(hào)建模8.2電力電子系統(tǒng)的建模方法所謂建模，就是把現(xiàn)實(shí)中的物理現(xiàn)象用數(shù)學(xué)方法來表示。在工程上，往往希望對(duì)占系統(tǒng)主導(dǎo)的行為進(jìn)行建模，而忽略其次要的現(xiàn)象，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而幫助工程人員更好地設(shè)計(jì)電力電子系統(tǒng)，使其工作在目標(biāo)狀態(tài)。而根據(jù)對(duì)系統(tǒng)模型忽略程度的不同，電力電子電路模型大致可以分為小信號(hào)等效電路模型、大信號(hào)等效電路模型以及基于現(xiàn)代控制理論的模型。8.2.1電力電子電路小信號(hào)建模與分析

電力電子電路小信號(hào)建模分析法是目前比較普遍使用的建模方法，它的基本原理是忽略開關(guān)頻率紋波，即忽略開關(guān)頻率分量和開關(guān)頻率諧波分量及其邊頻分量，建立占空比、輸入電壓的低頻變化對(duì)變換器中的電壓、電流影響的小信號(hào)線性化模型。8.2.1電力電子電路小信號(hào)建模與分析

狀態(tài)空間平均法1976年美國(guó)加里福尼亞理工學(xué)院R.D.Middlebrook和SlobodanCuk在前人的基礎(chǔ)上提出狀態(tài)空間平均法，較好地解決了PWM型DC-DC變換器的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)低頻小信號(hào)的分析問題。狀態(tài)空間平均法的一個(gè)核心思想是把系統(tǒng)各個(gè)狀態(tài)的模型按穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)所占的占空比進(jìn)行加權(quán)平均，同時(shí)運(yùn)用攝動(dòng)的方法去除系統(tǒng)的直流分量，提取系統(tǒng)的小信號(hào)擾動(dòng)，并且忽略系統(tǒng)高階擾動(dòng)的影響，從而對(duì)電力電子電路建立了一個(gè)統(tǒng)一的模型，并使其可以運(yùn)用經(jīng)典控制理論的方法為電路設(shè)計(jì)補(bǔ)償控制器。8.2.1電力電子電路小信號(hào)建模與分析平均值等效電路法除狀態(tài)空間平均法之外，關(guān)于電力電子小信號(hào)建模還有另一類精度與其相同的方法，稱為平均值等效電路法，例如有電流注入等效電路法、等效受控源電路法、三端開關(guān)器件法等等。1.電流注入等效電路法：把注入到電路的線性部分的電流作為與電感電流及開關(guān)導(dǎo)通比有關(guān)的電流源看待，并把他們作為輸出等效電路；而把加到另一線性部分電壓作為與電源或輸出電壓或它們的組合以及開關(guān)導(dǎo)通比有關(guān)的電壓源看待，并把它們作為輸入等效電路。8.2.1電力電子電路小信號(hào)建模與分析2.等效受控源電路法：把變換器中的晶體管作為具有上述特點(diǎn)的受控電流源或電壓源，同時(shí)把二極管作為受控電壓源或電流源看待，電路其他部分不變。3.三端開關(guān)器件法：把變換器中晶體管(有源器件)和二極管(無(wú)源器件)作為一個(gè)整體，形成所謂的三端開關(guān)器件(亦即還原為單刀雙擲開關(guān))。如圖2.1所示。有源與無(wú)源器件的公共端與電感的一端相連、把有源器件端的電流平均值看作電感電流平均值與開關(guān)占空比的函數(shù)，把公共端對(duì)無(wú)源端的電壓平均值看成是有源端對(duì)無(wú)源端電壓平均值的函數(shù)，并用這樣的端鈕伏安關(guān)系表示該三端器件，而電路中其他部分不變，這樣所得到的模型稱為三端開關(guān)器件電路模型。圖2.1三端開關(guān)器件電路模型狀態(tài)空間平均法和幾種平均值等效電路法的比較如表2.1所示：表2.1幾種連續(xù)建模法特點(diǎn)的比較由狀態(tài)空間平均法及小信號(hào)線性化的假設(shè)，可得到開關(guān)變換器的小信號(hào)等效電路統(tǒng)一模型，在頻域內(nèi)描述，其物理意義清晰，且可應(yīng)用經(jīng)典控制理論分析或設(shè)計(jì)控制電路。但小信號(hào)模型無(wú)法解釋大信號(hào)擾動(dòng)下開關(guān)穩(wěn)壓電源系統(tǒng)中出現(xiàn)的某些物理現(xiàn)象。按小信號(hào)模型設(shè)計(jì)的穩(wěn)定系統(tǒng)，在大信號(hào)擾動(dòng)下也可能不穩(wěn)定。因此，提出了大信號(hào)建模法。8.2.2電力電子電路大信號(hào)建模如圖2.2所示曲線ABCD為函數(shù)f(x)的軌跡，取(x0,f(x0)

)為系統(tǒng)其中一個(gè)解，直線A‘B’C‘D’為f(x)在點(diǎn)x0的切線，它相當(dāng)于用狀態(tài)空間平均法建立的模型。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)只在平衡點(diǎn)Xo附近小范圍運(yùn)動(dòng)時(shí)模型與真值之間的誤差較小，這時(shí)平均小信號(hào)模型是有效的。然而當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)偏離平衡點(diǎn)x0較遠(yuǎn)時(shí)，相當(dāng)于大信號(hào)擾動(dòng)情況，這時(shí)小信號(hào)模與真實(shí)系統(tǒng)誤差較大，己經(jīng)無(wú)法正確反映系統(tǒng)的情況。圖2.2小信號(hào)建模失效原理大信號(hào)等效電路統(tǒng)一模型圖2.3開關(guān)變換器平均電路等效模型圖2.4開關(guān)變換器大信號(hào)等效電路統(tǒng)一模型主要內(nèi)容:8.3.1電力電子仿真軟件介紹8.3.2常用仿真軟件的特點(diǎn)比較8.3電力電子仿真軟件電力電子學(xué)科近年發(fā)展形成了能源電子學(xué)科。所謂能源電子學(xué)科，除電力電子學(xué)科內(nèi)容外，還應(yīng)考慮材料、環(huán)境、可靠性、管理等方面的問題。才能解決好能源轉(zhuǎn)換問題。由此可見，如此復(fù)雜的系統(tǒng)工程，只有充分利用計(jì)算機(jī)處理綜合信息才能迅速得到成效。仿真的必要性、有效性可見一斑。電路與系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真在電力電子技術(shù)的應(yīng)用研究和產(chǎn)品開發(fā)中占有重要的地位,它可以加深工程師對(duì)電路與系統(tǒng)工作原理的理解,加速電路的設(shè)計(jì)和理論的完善,它能幫助生產(chǎn)企業(yè)提高自身開發(fā)的水平,改善產(chǎn)品性能并能有效地縮短產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期。8.3.1電力電子仿真軟件介紹PSpice仿真軟件PSpice是由美國(guó)Microsim公司在Spice2G版本的基礎(chǔ)上升級(jí)并用于PC機(jī)上的Spice版本，其中采用自由格式語(yǔ)言的5.0版本自20世紀(jì)80年代以來在我國(guó)得到廣泛應(yīng)用，并從6.0版本開始引入圖形界面?，F(xiàn)在使用較多的是PSpice8.0，工作于Windows環(huán)境，整個(gè)軟件由原理圖編輯器、電路仿真、激勵(lì)編輯、元件庫(kù)編輯、波形圖等幾個(gè)方面組成。8.3.1電力電子仿真軟件介紹與傳統(tǒng)Spice軟件相比，Pspice在三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了重大的功能變革：1.在對(duì)模擬電路進(jìn)行直流、交流和瞬態(tài)等基本電路特性分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了蒙特卡羅分析、最壞情況分析以及優(yōu)化設(shè)計(jì)等較為復(fù)雜的電路特性分析；2.不但能夠?qū)δM電路進(jìn)行仿真，而且能夠?qū)?shù)字電路、數(shù)?；旌想娐愤M(jìn)行仿真；3.集成度大大提高，電路圖繪制完成后可直接進(jìn)行電路仿真，并且可以隨時(shí)分析觀察仿真結(jié)果。8.3.1電力電子仿真軟件介紹Saber仿真軟件Saber是美國(guó)Analogy公司開發(fā)，現(xiàn)由Synopsys公司經(jīng)營(yíng)的系統(tǒng)仿真軟件，被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件，也是唯一的多技術(shù)、多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品，現(xiàn)已成為混合信號(hào)、混合技術(shù)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工具的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，可用于電子、電力電子、機(jī)電一體化、光電、光學(xué)、控制等不同類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真，這也是Saber最大的特點(diǎn)。Saber作為混合仿真系統(tǒng)，可以兼容模擬、數(shù)字、控制量的混合仿真，便于在不同層面上分析和解決問題，其他仿真軟件不具備這樣的功能。8.3.1電力電子仿真軟件介紹PowerSystemBlocksets

目前，大型科學(xué)計(jì)算與仿真軟件Matlab已經(jīng)配備了電力系統(tǒng)工具包（PowerSystemblockset），這使得Matlab可以用于電力電子仿真。PowerSystem的仿真是基于Matlab的Simulink圖形環(huán)境，因而使用起來與PSpice一樣方便。Simulink

全稱是DynamicSystemSimulationSoftware,即系統(tǒng)仿真工具箱。它是Matlab軟件包中最重要的功能模塊之一，是交互式、模塊化的建模和仿真的動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)。在電力電子領(lǐng)域，通常利用Simulink建立電力電子裝置的簡(jiǎn)化模型（如基頻模型）并連接成系統(tǒng)，即可直接進(jìn)行控制其的設(shè)計(jì)和仿真。Simulink對(duì)C語(yǔ)言代碼提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式圖形環(huán)境下，也可以工作在Matlab指令語(yǔ)言模式的批處理模式下。8.3.1電力電子仿真軟件介紹其他仿真軟件應(yīng)用比較普遍并曾對(duì)開關(guān)工作電路與系統(tǒng)仿真產(chǎn)生影響的軟件主要有如下幾種：美國(guó)加州大學(xué)創(chuàng)建的原始電路模擬軟件CANCER；電子線路分析軟件ECAP；電力系統(tǒng)瞬態(tài)分析工具EMTP；功率變換器和電氣傳動(dòng)工具ATP；電力電子閉環(huán)系統(tǒng)分析工具PENCAN；電力電子電路仿真工具PSIM。8.3.1電力電子仿真軟件介紹另外，EWB（電子工作室）軟件也是學(xué)習(xí)電力電子知識(shí)時(shí)較受歡迎的軟件。因?yàn)樗峁┝四M和數(shù)字電路的虛擬實(shí)驗(yàn)環(huán)境，有和真實(shí)實(shí)驗(yàn)時(shí)一致的可視化界面，含有許多電子元器件模型，也允許自行擴(kuò)充器件庫(kù)，甚至輸出量與流行的PCB設(shè)計(jì)軟件（如Protel、CAD等）連起來，可以布線制板，因此這種軟件在高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用較普遍。當(dāng)前為電源界實(shí)際應(yīng)用的軟件還有：ICAP軟件，它是由Spice發(fā)展形成的一種電路分析軟件，在Windows下可以以電路或圖形的方式輸入，自然轉(zhuǎn)成仿真所需信息進(jìn)行仿真。SIMNON軟件，它是命令驅(qū)動(dòng)的交互式程序，可以對(duì)微分方程、結(jié)構(gòu)圖模型以及數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，這時(shí)電力電子器件一般按理想開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)仿真。8.3.1電力電子仿真軟件介紹Pspice的優(yōu)點(diǎn)：Pspice

的元件模型的特性與實(shí)際元件的特性十分相似,因而它的仿真波形與實(shí)驗(yàn)電路的測(cè)試結(jié)果相近,對(duì)電路設(shè)計(jì)有重要指導(dǎo)意義。Pspice的缺點(diǎn)：仿真數(shù)據(jù)處理量龐大,仿真和處理速度慢,輸出數(shù)據(jù)格式和兼容性差。8.3.1電力電子仿真軟件介紹Saber的優(yōu)點(diǎn)：Saber是一種功能更為強(qiáng)大的電子和電力仿真軟件,它可以仿真電力電子元件、電路和系統(tǒng);不僅具有Pspice

的功能,還能結(jié)合數(shù)學(xué)控制方程模塊實(shí)現(xiàn)仿真。Saber的缺點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理量也相當(dāng)龐大,仿真的處理速度慢。軟件價(jià)格高,使用時(shí)煩瑣復(fù)雜,不利于推廣應(yīng)用,較適合于大企業(yè)應(yīng)用。PowerSystemBlocksets

的優(yōu)點(diǎn)：支持線性和非線性系統(tǒng)、連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)、離散時(shí)間系統(tǒng)和連續(xù)與離散混合系統(tǒng),可以根據(jù)用戶的需要方便地為系統(tǒng)建立模型,十分直觀,仿真精度高,結(jié)果準(zhǔn)確。PowerSystemBlocksets

的缺點(diǎn)：它和其他高級(jí)程序相比，程序的執(zhí)行速度較慢。由于MATLAB的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序?yàn)榻忉寛?zhí)行，所以速度較慢。

8.4電力電子仿真實(shí)例主要內(nèi)容:8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模8.4.2級(jí)聯(lián)型中高壓變頻器控制方法的仿真逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真模型由主電路仿真模型和并聯(lián)控制策略仿真模型兩部分組成。利用MATLAB/Simulink中的元件模型以及函數(shù)模塊可以分別對(duì)并聯(lián)系統(tǒng)的主電路開關(guān)模型和控制算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而后再通過控制參數(shù)將主電路仿真模型和控制策略仿真模型連接起來，得到逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的應(yīng)用仿真模型。8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模逆變單元模塊的仿真建模如圖4.1所示，系統(tǒng)中各并聯(lián)逆變單元的主電路均采用電壓型全橋逆變主電路，圖中Vdc為系統(tǒng)直流輸入電壓，T1－T4為功率開關(guān)器件IGBT模塊，L和C為系統(tǒng)輸出濾波電感和電容，r為濾波電感的等效串聯(lián)電阻，R是系統(tǒng)的負(fù)載。圖4.1逆變單元的主電路拓?fù)?.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模圖4.2逆變單元主電路仿真模型系統(tǒng)的脈寬調(diào)制發(fā)生功能由Impulsegenerator模塊完成，它具有系統(tǒng)SPWM控制以及死區(qū)設(shè)置和補(bǔ)償功能SineWave表示逆變電源閉環(huán)控制模型輸出的正弦波調(diào)制信號(hào)，由系統(tǒng)的閉環(huán)控制策略所決定currentdetect為電流檢測(cè)模塊，用于檢測(cè)輸出電感電流，實(shí)現(xiàn)死區(qū)補(bǔ)償功能。8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模忽略輸出濾波器電感L、電容C的等效串聯(lián)電阻，系統(tǒng)瞬時(shí)雙閉環(huán)控制框圖如圖4.3所示，其中電流內(nèi)環(huán)采用比例調(diào)節(jié)，電壓外環(huán)則采用帶有前饋校正的復(fù)合控制結(jié)構(gòu)。輸出的信號(hào)與電壓指令前饋信號(hào)相加即為SPWM控制器的輸入信號(hào)，用以控制SPWM驅(qū)動(dòng)脈沖的產(chǎn)生。

圖4.3逆變電源瞬時(shí)雙閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)框圖8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模為了便于控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析，圖4.3經(jīng)等效變換可得如圖4.4所示的逆變電源瞬時(shí)雙閉環(huán)控制等效圖。

圖4.4逆變電源瞬時(shí)雙閉環(huán)控制等效圖8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模在Simulink的控制系統(tǒng)工具箱中有專門用于傳遞函數(shù)描述的仿真模塊，利用這些仿真模塊及控制等效圖就可以構(gòu)成逆變電壓的瞬時(shí)雙環(huán)控制仿真模型，如圖4.5所示。圖4.5逆變電源瞬時(shí)雙閉環(huán)控制仿真模型8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模pulseGenerator和Samplehold模塊分別用來模擬系統(tǒng)對(duì)于連續(xù)信號(hào)的采樣頻率以及對(duì)連續(xù)信號(hào)的采樣保持功能，通過這個(gè)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)就可以將連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)控制所需的離散信號(hào)，真實(shí)地再現(xiàn)控制過程中的采樣保持環(huán)節(jié);Sine_input和Out1分別代表調(diào)節(jié)器的正弦輸入指令以及調(diào)節(jié)輸出;kf、kpv、ki和kpc依次代表電壓調(diào)節(jié)器的前饋系數(shù)、比例系數(shù)、積分系數(shù)和電流調(diào)節(jié)器的比例系數(shù)；Limit1和Limit2分別表示電壓外環(huán)和電流內(nèi)環(huán)輸出限幅環(huán)節(jié)。

8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模逆變器并聯(lián)控制算法的仿真圖4.6所示為各并聯(lián)逆變單元的輸出功率計(jì)算仿真模型。其中frequency_detect是頻率檢測(cè)仿真工具，Variable_delay1表示計(jì)算無(wú)功功率時(shí)輸出電壓滯后1/4輸出周期，而Variable_delay2則完成有功功率和無(wú)功功率在一個(gè)輸出周期內(nèi)的積分功能。

圖4.6逆變單元的輸出功率計(jì)算仿真模型8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模1、利用Simulink中的函數(shù)模塊即可實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)下垂法控制指令電壓合成模型如圖4.7所示：圖4.7傳統(tǒng)下垂法控制指令電壓合成模型8.4.1逆變電源并聯(lián)系統(tǒng)的仿真建模2、利用Simulink中的函數(shù)模塊可實(shí)現(xiàn)虛擬阻抗自校正控制控制指令電壓合成模型如圖4.8所示：圖4.8虛擬阻抗自校正控制控制指令電壓合成模型依據(jù)前述主電路仿真模型及控制策略的仿真模型，通過控制參數(shù)的連接可將逆變電源的