《電子電力變壓器控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真》10000字

電子電力變壓器控制系統(tǒng)設(shè)計及仿真目錄TOC\o"1-3"\h\u2644引言 5190651電力電子變壓器控制系統(tǒng) 7324451.1定義 868761.2工作原理 8153441.3電力電子變壓器控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu) 9224811.3.1變壓器 9103761.3.2三相電源 1192841.4經(jīng)濟(jì)與社會意義 1157842MATLAB及Simulink仿真軟件介紹 13167522.1MATLAB軟件介紹 13256332.2Simulik軟件介紹 16226103電力電子變壓器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真 21217923.1電力電子變壓器仿真 21184423.2電力電子變壓器開環(huán)控制系統(tǒng)仿真 2748633.3電力電子變壓器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真 3326612結(jié)論 4025526參考文獻(xiàn) 42摘要電力電子變壓器是一種結(jié)合了電力電子元件和高頻變壓器的新型裝置，它除了能實(shí)現(xiàn)常規(guī)變壓器中的電壓之間的轉(zhuǎn)換、電氣的隔離還有能量傳輸，同時還能控制功率流動，提高電能質(zhì)量，具有阻隔諧波和電壓波動等多方面功能。本文所研究的主要方向有：MATLAB軟件和Simulink軟件的組成結(jié)構(gòu)和使用方法。電力電子變壓器的定義、工作原理、組成結(jié)構(gòu)以及經(jīng)濟(jì)社會意義。電力電子變壓器開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計；在開環(huán)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，添加模塊、修改數(shù)據(jù)，將其設(shè)計成閉環(huán)控制系統(tǒng)。電力電子變壓器開環(huán)和閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真模型以及仿真結(jié)果的數(shù)據(jù)分析。為了探索電力電子變壓器控制系統(tǒng)，我采用了文獻(xiàn)研究方法、模型研究法，在這基礎(chǔ)之上，我還通過書籍、網(wǎng)絡(luò)資料等相關(guān)內(nèi)容熟悉控制系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)；然后我進(jìn)行了電力電子變壓器開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)設(shè)計與仿真，這部分采用MATLAB仿真實(shí)驗(yàn)方法。在完成控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)并且獲取仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上，我展示并分析了控制系統(tǒng)中示波器的波形圖像。關(guān)鍵詞：變壓器；閉環(huán)系統(tǒng)；MATLAB；仿真模型引言經(jīng)過數(shù)十年的建設(shè)，我國的電網(wǎng)規(guī)模已相當(dāng)可觀，但總體結(jié)構(gòu)仍然比較薄弱。在安裝容量不足之外，電力系統(tǒng)通常在高峰負(fù)載時間內(nèi)進(jìn)入滿運(yùn)行狀態(tài)，這嚴(yán)重威脅了電網(wǎng)的安全性。同時，我國正處于國家網(wǎng)絡(luò)的早期階段，網(wǎng)絡(luò)需要由弱到強(qiáng)轉(zhuǎn)變，弱連接系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性非常顯著。電磁回路網(wǎng)絡(luò)的問題也會影響電能傳輸容量的充分利用，相反，客戶們對電能質(zhì)量和供電的不可靠性性有著比之前更敏銳的嗅覺，他們會更加重視這部分給他們生活帶來的影響。這幾年來，國家科技發(fā)展進(jìn)入新的時代，信息技術(shù)成長迅速，而供電部門所提供的供電質(zhì)量在現(xiàn)今社會中將會遇到了更大的挑戰(zhàn)。我們迫切需要在現(xiàn)有電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上盡可能避免故障，確保為用戶提供可靠合理的標(biāo)準(zhǔn)電能，并確保其電氣設(shè)備的安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，這已經(jīng)成為一個需要馬上去解決的問題了。從另一方面來講，環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展問題是當(dāng)今世界許多國家越來越重視的一方面。積極使用新的可再生能源已成為社會發(fā)展的必然要求，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的煤炭，石油和其他礦產(chǎn)能源儲量是有限的，而這些資源將在幾十年甚至數(shù)百年內(nèi)耗盡。隨著國家的發(fā)展，在接下來的幾十年里面，使用太陽能、風(fēng)能、水利能等自然能量發(fā)電的系統(tǒng)會成為主流系統(tǒng)，而這幾種自然能源在整個能源結(jié)構(gòu)中有著越來越高的地位。包含著交流和直流兩種電源的分布式電源，它的容量相對來說比較小，但是它的分布范圍也比較的廣泛，它的缺點(diǎn)是電源的電壓或者頻率波動的幅度比較大，那么如何有效且準(zhǔn)確的將它們合并到電力系統(tǒng)中，這是一個在未來我們需要花費(fèi)大量的人力物力去解決的問題。自從電力變壓器發(fā)明以來，世界上每個地方的輸配電系統(tǒng)都能夠顯而易見的找到變壓器的存在，不僅僅是因?yàn)樗鼈兾矍?，更是因?yàn)閿?shù)量非常之多。當(dāng)前，鐵芯油浸式電力變壓器是從古至今流傳下來的，它的工藝制作方法非常簡單，而且可靠性很高，但是它們也具有諸如批量生產(chǎn)，高質(zhì)量和大的空載損耗的缺點(diǎn)，同時產(chǎn)生威脅環(huán)境的變壓器油，它的主要功能是電壓轉(zhuǎn)換和隔離，功能比較簡單，當(dāng)鐵芯處在飽和狀態(tài)時，將諧波施加到電網(wǎng)時會產(chǎn)生諧波并產(chǎn)生大的勵磁涌流。在常規(guī)鐵芯變壓器承受的能量過多時，會導(dǎo)致輸出電壓下降，從而產(chǎn)生諧波；另一種情況，如果變壓器的初次級側(cè)都發(fā)生故障，那么故障的電流和電壓將會很輕松地通過電磁耦合進(jìn)行傳播，出現(xiàn)這種情況的話，很容易導(dǎo)致故障擴(kuò)散。當(dāng)施加非線性負(fù)載時，失真的電流會流經(jīng)變壓器。進(jìn)入電網(wǎng)會對電網(wǎng)造成污染。如果遇到特殊情況，電源側(cè)的電壓受到了不可控因素的影響，它將會被傳輸?shù)截?fù)載一側(cè)對敏感負(fù)載產(chǎn)生影響，此時我們倘若使用絕緣的液體（例如絕緣油），造成環(huán)境污染則是無法避免的。如果系統(tǒng)崩潰或過載，則需要支持相關(guān)設(shè)備保護(hù)它。由于上述原因，近年來，國內(nèi)和國外的研究人員一直在積極地探索和研究新的電力變壓器，伴隨著大功率電力電子設(shè)備及其控制技術(shù)的發(fā)展，如何通過電力電子轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的電壓轉(zhuǎn)換和能量轉(zhuǎn)換的新型變壓器受到越來越多的關(guān)注。在上世紀(jì)末，美國研究人員經(jīng)過不懈的努力后提出了一種具有高頻連接的變換電路,而我們現(xiàn)在直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換的電力電子變壓器的基礎(chǔ)研究理論就是這種高頻變換原理，電力電子變壓器,又稱電子變壓器，這是一種基于大功率電子轉(zhuǎn)換技術(shù)的新型電力變壓器，用于電力系統(tǒng)中的電壓轉(zhuǎn)換，能量傳輸和絕緣，這是近年來在電力轉(zhuǎn)換和傳輸領(lǐng)域中的重要研究成果之一。研究電力電子變壓器的最初目的是減少常規(guī)變壓器的體積和重量，因?yàn)樗捏w積和重量和變壓器工作頻率是有著成反比的關(guān)系，所以我們可以通過使用電力電子技術(shù)來提高轉(zhuǎn)換的頻率從而達(dá)到減小體積重量的目的。美國研究人員在上世紀(jì)70年代末和80年代初進(jìn)行了首次研究，上世紀(jì)末，美國電力學(xué)會也進(jìn)行了相關(guān)研究。上述兩個項(xiàng)目研究的試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜋C(jī)都不適合日常使用，因?yàn)槠渲惺褂昧私祲恨D(zhuǎn)換器，導(dǎo)致無法有效率的抑制輸入諧波電流，同時變壓器的輸入和輸出是不隔離的。在此期間，日本于1998年根據(jù)上述想法對相控型DC/AC高頻變壓器進(jìn)行了分析和研究，并將其應(yīng)用于UPS系統(tǒng)?；谙嗤脑恚毡驹?996年提出了一種智能轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以減小變壓器的尺寸并實(shí)現(xiàn)恒定電壓，電流和功率因數(shù)校正等功能。本文的電力電子變壓器閉環(huán)控制系統(tǒng)，就是在對電子變壓器相關(guān)的概念以及相關(guān)結(jié)構(gòu)有了一定的認(rèn)知后，進(jìn)行了創(chuàng)新和設(shè)計；在MATLAB/Simulink環(huán)境中搭建電力電子變壓器模型,為了有更好的基礎(chǔ)研究電子變壓器，我通過仿真系統(tǒng)仔細(xì)的研究了電力變壓器開環(huán)和閉環(huán)系統(tǒng)。本文的主要內(nèi)容有兩個方面：（1）我將會較為深入的了解電子變壓器的基本概念和組成結(jié)構(gòu)，查詢國內(nèi)外有關(guān)電子變壓器技術(shù)的相關(guān)資料，了解這項(xiàng)技術(shù)當(dāng)前的研究和發(fā)展方向，并且總結(jié)分析電子變壓器中的主要問題。（2）我將建立電子變壓器控制系統(tǒng)仿真模型，在文中會介紹基本環(huán)節(jié)的控制方法和原理。然后通過Simulink仿真軟件對電力電子變壓器控制系統(tǒng)模型進(jìn)行設(shè)計及構(gòu)建，通過對此模型的各種運(yùn)行方式進(jìn)行模擬，分析系統(tǒng)中示波器所展示的波形，以此來確定控制策略的精確性和有效性。1.電力電子變壓器控制系統(tǒng)1.1定義電子變壓器又稱電子電力變壓器，這是一種通過使用電力電子技術(shù)從而實(shí)現(xiàn)能量之間傳輸和功率相互轉(zhuǎn)換的新型變壓器。在分析電子變壓器的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)之后，我們可以得到如下理論：我們口中的電力電子變壓器其實(shí)也就是實(shí)現(xiàn)了電力電子相互轉(zhuǎn)換技術(shù)與高頻轉(zhuǎn)換技術(shù)的融合，這也就設(shè)計出了兩種擁有不同的電力特性的電力之間進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備。這里所指的電力的特性主要是指電壓（或電流）的幅度，頻率，相位，相數(shù)，相序和波形等。1.2工作原理變壓器的基本功能有能量傳輸、電力轉(zhuǎn)換以及系統(tǒng)分離。而我們所研究的電力電子變壓器是一種將能將電子轉(zhuǎn)換器與高頻變壓器兩種結(jié)構(gòu)結(jié)合的設(shè)備。因?yàn)橄到y(tǒng)中所使用的設(shè)備在體積容量和壓力承受方面會低于傳統(tǒng)電力傳輸系統(tǒng)，所以在今后的研究中，電子變壓器應(yīng)該會先應(yīng)用于配電方面。主電路和控制電路兩部分組成了電力電子變壓器的電子轉(zhuǎn)換器。在配電系統(tǒng)變壓器中，我們將與電源側(cè)連接的功率電子轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)繞組和高頻變壓器定義為初級側(cè)，以保持與傳統(tǒng)電源變壓器的一致性。將與功率電子轉(zhuǎn)換器對應(yīng)的高頻變壓器相連的繞組定義為次級側(cè)。兩者通過高頻變壓器連接。工作原理如下：在初級側(cè)，由于功率電子轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行，工頻母線的高壓變成了高頻交流方波。換句話說，就是將電壓的頻率升高，導(dǎo)致初級側(cè)起到升高電壓頻率的作用。芯材飽和度、磁通密度、繞組最大允許溫升對于變壓器的體積來說，是三個比較大的影響因素，所以如果一個變壓器的磁通密度處在高飽和的狀態(tài)，那么它的體積也會變大。由于鐵心材料的飽和磁通密度與變壓器的工作頻率成反比，因此初級電力電子轉(zhuǎn)換器的高頻效應(yīng)提高了鐵心材料的利用率，并節(jié)省了變壓器和變壓器所占的空間。這是電力電子變壓器相對于傳統(tǒng)電力變壓器的優(yōu)勢之一。1.3電力電子變壓器控制系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)基本的變壓器控制系統(tǒng)電路模型有以下幾個組成部分：交流電源、變壓器、電阻、電壓測量、電流測量、有功和無功計算、示波器、函數(shù)計算；而相對復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，就會在這些組成部分基礎(chǔ)上加入平均值計算、多功能橋式電路、三電平橋、三相RLC串聯(lián)負(fù)載等等。1.3.1變壓器變壓器是電力系統(tǒng)的組成部分之一，它的電磁特性會主導(dǎo)電力系統(tǒng)的整體性能和運(yùn)行。高精確性、便捷性、重復(fù)性，這三個“性”是電力系統(tǒng)實(shí)時計算機(jī)仿真系統(tǒng)的相對于過去系統(tǒng)的優(yōu)勢，這三點(diǎn)優(yōu)勢也在電力的系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)保護(hù)、系統(tǒng)控制中起著決定性的作用。單相變壓器MATLAB的單相變壓器模型有兩個，一個是線性模型（如圖1），一個是考慮了鐵心飽和效應(yīng)的模型（如圖2），線性模型與飽和模型相比，圖1單相變壓器線性模型圖2單相變壓器鐵心飽和效應(yīng)模型只是減少了反應(yīng)鐵心飽和特性的參數(shù)。模型有三個繞組，一個為一次繞組，兩個為二次繞組。如果設(shè)置第二個二次繞組中漏感和電阻的參數(shù)L3、R3為零，那么模型二次側(cè)就只有一個繞組，并且模型圖標(biāo)也會隨之改變（如圖3）。圖3單相變壓器三相變壓器MATLAB的三相變壓器模型總共有10個，分布在電器元件模塊庫和其他電器模塊庫的三相模塊子集中。其中比較常用的兩個有：其中一個有一組三相輸入，一組三相輸出，稱為三相兩繞組變壓器（如圖4）。圖4三相兩繞組變壓器另一個是一組三相輸入，兩組三相輸出，稱為三相三繞組變壓器（如圖5）。圖5三相繞組變壓器這種變壓器模型實(shí)際上是由多個單相變壓器模型根據(jù)不同的連接組要求鏈接而成的，因此三相變壓器的參數(shù)設(shè)置與單相變壓器相同。在三相變壓器參數(shù)中，變壓器容量、電壓、頻率使用伏安、伏、赫茲這三個單位進(jìn)行展示，同時，線電壓有效值被電壓所采用。1.3.2三相電源\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"三相交流電源（如圖6）：由三個振動幅度相等，頻率相同，相位依次互差一定角度的交流電路組成。它是由三相\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"交流發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的。日常生活中所用的\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"單相交流電，實(shí)際上是由\t"/item/%E4%B8%89%E7%9B%B8%E7%94%B5%E6%BA%90/_blank"三相交流電的一相提供的，由單相交流電源已經(jīng)很少采用。三相交流電比單相交流電具有許多優(yōu)勢。它在發(fā)電，傳輸和分配以及將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能方面具有明顯的優(yōu)勢。例如，制造三相發(fā)電機(jī)和變壓器比相同容量的單相發(fā)電機(jī)和變壓器節(jié)省更多的材料，并且具有簡單的結(jié)構(gòu)和優(yōu)越的性能。例如，由相同材料制成的三相電動機(jī)，與單項(xiàng)電動機(jī)比起來，具有比它更大的容量。對于相同的傳輸，相比單相傳輸線，三相傳輸線可以節(jié)省25％的有色金屬，并且功率損耗小于單相傳輸線。圖6三相交流電源1.4經(jīng)濟(jì)與社會意義通過將電力電子變壓器與三相電力電子變壓器的已有拓?fù)溥M(jìn)行對比，可發(fā)現(xiàn)其具有以下的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢及特點(diǎn)。（1）三相結(jié)構(gòu)，提高電壓質(zhì)量由于用于高壓交流側(cè)的MMC設(shè)備是三相交流電，因此三相之間存在一條公共交流母線。如果電力電子變壓器采用三相結(jié)構(gòu)，則直流母線沒有低頻波動，因此無需再使用二倍頻濾波器可以有效地改善電壓質(zhì)量。（2）減少高壓變頻器數(shù)量由于電力電子變壓器的每個相都需要6個高壓逆變器，所以三相共需要18個高壓逆變器，但是觀察電力電子變壓器時，只有10個高壓逆變器是必需的。因此，在電網(wǎng)中使用電力電子變壓器可以減少高壓逆變器的數(shù)量，這可以增加功率密度并降低電力電子變壓器的成本。（3）減少開關(guān)數(shù)量在電網(wǎng)上安裝電力電子變壓器可以有效減少電子開關(guān)和變壓器的數(shù)量，并且投資可以顯著提高直流電壓的質(zhì)量。同時，電力電子變壓器還具備以下社會意義：（1）既能對交流電網(wǎng)進(jìn)行保護(hù)，也能與直流電源連接。（2）其采用高頻變壓器，所需的導(dǎo)線、鐵絲較少，減少金屬用量。（3）它具有智能的自我保護(hù)功能，因此它被廣泛用于電網(wǎng)。從上面可以看出，它是一種集成了可再生電網(wǎng)連接和電氣絕緣的多功能集成電力電子設(shè)備。因此研究其在輸電系統(tǒng)中的工作原理和控制策略非常重要，以使其在電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮更好的作用。2.MATLAB及Simulink仿真軟件介紹2.1MATLAB軟件介紹2.1.1計算機(jī)仿真與MATLAB仿真是使用數(shù)學(xué)或物理模型來描述或模仿真實(shí)對象，環(huán)境，設(shè)備或系統(tǒng)。例如，沙盤用于模擬戰(zhàn)場，水箱用于模擬液壓環(huán)境，早期的模擬計算機(jī)由電阻器，電感器，電容器和運(yùn)算放大器組成。該電路用于求解數(shù)學(xué)方程式并研究各種問題，例如聲音，光，電和動力學(xué)。仿真以簡單、低成本、高效率的模型代替了現(xiàn)實(shí)。模型一直受到重視，因?yàn)樗鼈儾粌H可以研究現(xiàn)實(shí)，而且可以演繹和阻止發(fā)展。模擬可以分為兩種類型：物理模型模擬和數(shù)學(xué)模型模擬。物理模型需要物理設(shè)備來模擬，相比之下，模擬數(shù)學(xué)模型更省力且更具成本效益。它得到了人們的認(rèn)可，當(dāng)今的仿真主要基于數(shù)學(xué)模型上的模擬。使用數(shù)學(xué)模型對真實(shí)對象或系統(tǒng)進(jìn)行模擬是基于類似的獨(dú)特數(shù)學(xué)定律，但是可以使用簡單的數(shù)學(xué)方程式來獲得分析結(jié)果，復(fù)雜和高級的數(shù)學(xué)運(yùn)算，該方程式需要數(shù)值解?，F(xiàn)代計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與傳播推動了仿真技術(shù)的飛速發(fā)展，并形成了一個新的領(lǐng)域。1960年代出現(xiàn)的計算機(jī)輔助控制系統(tǒng)設(shè)計正式宣布進(jìn)入了模擬技術(shù)的新時代，已經(jīng)出現(xiàn)了許多通用的數(shù)字仿真軟件和語言，其中之一就是MATLAB。早期的MATLAB主要用于解決科學(xué)和工程學(xué)中的復(fù)雜數(shù)學(xué)計算問題。它易于使用，易于鍵入，計算效率高，適應(yīng)技術(shù)人員的思維方式并具有圖像繪制功能，具有自我擴(kuò)展的空間，因此受到歡迎。所以它成為科學(xué)技術(shù)界廣泛使用的軟件，也是國內(nèi)和海外大學(xué)通常用于教育和科學(xué)研究的軟件。MATLAB比較容易掌握，因?yàn)樗挥幸环N數(shù)據(jù)類型和標(biāo)準(zhǔn)I/O語句。它以解釋模式工作，不需要編譯。一般而言，入門后可以通過自學(xué)來學(xué)習(xí)，如有任何疑問，您可以通過幫助和演示功能獲得啟發(fā)。MATLAB學(xué)習(xí)的困難在于MATLAB具有大量功能。這些MATLAB函數(shù)只有700多個基本部分，其中200到300個是常用的，很難學(xué)習(xí)和記住。2.1.2MATLAB主菜單MATLAB的主菜單有File（文件）、Edit（編輯）、Debug（調(diào)試）、Desktop（桌面）、Window（視窗）和Help（幫助）五項(xiàng)。點(diǎn)擊菜單命令，就會顯示下拉子菜單的內(nèi)容。這些菜單的內(nèi)容與其他應(yīng)用程序的菜單區(qū)別不大?！綨ew】創(chuàng)建一個新文件，有多種文件（M-file、figure、Model等）可選。選擇【Model】即可進(jìn)入Simulink環(huán)境，以繪制仿真模型方式對電路和系統(tǒng)進(jìn)行仿真?！綩pen】打開一個名為“work”的文件夾，這是MATLAB默認(rèn)的保存文件的地方，只要文件保存時沒有另外指定文件保存的路徑，MATLAB系統(tǒng)就將文件保存在“work”文件夾中?！綜loseCommandWindow】可以切換窗口顯示?！綢mportData】打開MATLAB/work文件夾中帶.mat后綴的數(shù)據(jù)文件，并將數(shù)據(jù)放到Workspace中備用。【Preferences...】可以打開一個MATLAB參數(shù)設(shè)置對話框，供用戶改變工作環(huán)境的外觀和相關(guān)操作的屬性。2.1.3MATLAB系統(tǒng)結(jié)構(gòu)MATLAB系統(tǒng)由五大部分構(gòu)成，分別是語言、開發(fā)環(huán)境、圖形處理、數(shù)學(xué)函數(shù)、程序接口。語言MATLAB語言是一種基于矩陣的高級語言，具有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，輸入和輸出等多種方便人們使用的功能。使用這種語言，您可以快速輕松地建立簡單快速的程序以及復(fù)雜的程序。開發(fā)環(huán)境MATLAB開發(fā)環(huán)境是一組用戶友好的MATLAB函數(shù)和文件工具，同時這也是一個集合使用的用戶工作區(qū)，用戶可以在其中輸入、輸出數(shù)據(jù)，并為文件（如MATLAB桌面，命令窗口，MATLAB工作區(qū)和在線幫助文件）提供運(yùn)行環(huán)境。圖形處理這個系統(tǒng)允許MATLAB用戶以圖形方式顯示向量和矩陣，并在圖形中添加注釋和打印，它包括強(qiáng)大的2D和3D圖形功能，圖像處理和動畫顯示功能。數(shù)學(xué)函數(shù)數(shù)學(xué)函數(shù)庫中有多種計算算法，內(nèi)容涵蓋了基本算法到復(fù)雜算法，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行選擇。程序接口MATLAB應(yīng)用程序編程接口是一個允許MATLAB語言與其他高級編程語言進(jìn)行互相交流的功能庫。它的主要功能包括在MATLAB中調(diào)用相應(yīng)的程序，使其與別的程序之間建立用戶系統(tǒng)和服務(wù)器關(guān)系。2.2Simulik軟件介紹2.2.1SimulinkSimulink是MATLAB中一個非常獨(dú)特的仿真環(huán)境，它允許用戶繪制電路和連接系統(tǒng)，并通過使用鼠標(biāo)來執(zhí)行各種仿真實(shí)驗(yàn)。早期的MATLAB計算和仿真主要在命令窗口中進(jìn)行。仿真過程是編譯逐行命令和MATLAB函數(shù)，該方法不直觀，并且難以建立與真實(shí)電路或物理系統(tǒng)的視覺連接，復(fù)雜的系統(tǒng)通常由結(jié)構(gòu)圖表示。簡而言之，在Simulink環(huán)境中，系統(tǒng)功能，電路組件和其他模型都以塊的形式由塊表示，塊之間的連接指示信號或電流的方向，而塊是電路或系統(tǒng)。仿真模型是直觀直觀的，對用戶來說非常方便，并且代表功能，電路組件和其他模型的模塊存儲在模型庫中。用戶應(yīng)學(xué)習(xí)圖形界面的適用方法，并熟悉模型庫的內(nèi)容，您無需編寫和記住復(fù)雜的功能，而可以使用鼠標(biāo)和鍵盤以及調(diào)用模塊來模擬它們來輕松構(gòu)建電路和系統(tǒng)。Simulink仿真環(huán)境包含兩個主要部分：Simulink仿真平臺和Simulink庫瀏覽器系統(tǒng)仿真模型庫。Simulink是單詞simulation和link組合起來的，用來表示仿真鏈接。因?yàn)镾imulink仿真平臺易于使用，功能強(qiáng)大且用途廣泛，所以Simulink操作是仿真應(yīng)用程序的基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上，各種系統(tǒng)都一起使用此仿真環(huán)境，Simulink也就成為通用的仿真平臺。Simulink作為面向系統(tǒng)框圖的仿真平臺，具有以下特點(diǎn)：（1）調(diào)用模塊以替換程序的程序，并通過連接模塊形成的框圖表示系統(tǒng)，雙擊模塊并輸入模塊參數(shù)?？驁D代表的系統(tǒng)必須有輸入（電源），輸出（示波器）和組成系統(tǒng)必要的模塊。（2）提取模塊并將其連接到系統(tǒng)模型。設(shè)置仿真模擬參數(shù)后，您可以開始模擬。此時，仿真系統(tǒng)的初始化過程會自動完成，而仿真公式也會由系統(tǒng)框架圖慢慢的轉(zhuǎn)變出現(xiàn)，隨后，它會自動建立仿真數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，下一步就是自動計算系統(tǒng)響應(yīng)，當(dāng)然，這個計算的系統(tǒng)響應(yīng)是在特定激勵的情況下?？梢悦⒈４嬖O(shè)計的系統(tǒng)模型，模型名稱后綴為.mdl。（3）通過輸出模塊（示波器）來觀察波形或者曲線，分析系統(tǒng)的運(yùn)行結(jié)果和運(yùn)行時的狀態(tài)。（4）通過系統(tǒng)仿真獲得數(shù)據(jù)，可以通過Simulink界面保存在帶有.mat后綴的文件中，這樣就可以使用別的軟件處理數(shù)據(jù)。（5）如果系統(tǒng)框圖未完整繪制和配置，或者在仿真過程中計算未收斂，則將顯示特定的錯誤消息。這對于用戶根據(jù)消息進(jìn)行更改很有用。（6）Simulink的最早功能是通過使用框圖形式來模擬控制系統(tǒng)并取得想要的數(shù)據(jù)。從那時起，基于Simulink開發(fā)了許多模型庫，用于數(shù)字信號處理，在Simulink軟件中，用戶可以模擬各種系統(tǒng)（控制、電源等），因?yàn)镾imulink窗口是許多不同的系統(tǒng)共享的。2.2.2Simulink模型庫模塊的基本操作模塊的提?。河肧imulink對系統(tǒng)進(jìn)行仿真，首先是將需要的模塊從模型庫中提取出來，并放到Simulink的仿真平臺上去：講光標(biāo)指針移動到需要的模塊上，然后按住左鍵的同時將模型圖標(biāo)拖到Simulink的平臺上，然后松開鼠標(biāo)就可以了。復(fù)制和粘貼模塊：將光標(biāo)移動到所需的模塊，然后單擊鼠標(biāo)左鍵以在模塊的四個角顯示四個小的黑色塊，指示已選擇該模塊，然后選擇編輯菜單。只需使用粘貼命令，然后將其復(fù)制到其他位置即可。這樣，您不僅可以復(fù)制一個模塊，還可以同時復(fù)制幾個不同的模塊，或者復(fù)制部分或全部仿真模型并將其轉(zhuǎn)移到另一位置使用。在后一種情況下，只需按下鼠標(biāo)左鍵并拖動鼠標(biāo)，平臺上就會出現(xiàn)一個虛線框。釋放鼠標(biāo)時，您會在虛擬框所包圍的所有模塊的四個角看到小的黑色塊。選擇它，然后使用復(fù)制和粘貼命令將其復(fù)制或轉(zhuǎn)移到另一個位置以供使用。模塊的轉(zhuǎn)動：您可能需要旋轉(zhuǎn)模塊方向以方便模塊之間的連接。要旋轉(zhuǎn)模塊，只需選擇模塊，然后使用“格式”菜單上的“反轉(zhuǎn)塊”和“旋轉(zhuǎn)塊”命令即可。翻轉(zhuǎn)塊命令可水平翻轉(zhuǎn)模塊，旋轉(zhuǎn)塊命令可將模塊旋轉(zhuǎn)90°。模塊的參數(shù)：將Simulink模型庫中的模塊放入仿真窗口后，大多數(shù)模塊都需要在使用前設(shè)置模塊參數(shù)。在開始仿真之前，這是一項(xiàng)重要的任務(wù)，只需在模塊上移動光標(biāo)箭頭并單擊兩次，即可設(shè)置模塊參數(shù)，如下圖所示，彈出參數(shù)調(diào)整框，非常方便。下圖的仿真圖7模塊參數(shù)框平臺上有一個模塊，雙擊模塊以彈出模塊參數(shù)框?？虻捻敳渴悄K功能的概述。以下是模塊參數(shù)設(shè)置字段。在設(shè)置字段中設(shè)置所需的參數(shù)。如果對參數(shù)有任何疑問，可以單擊下面的“Help”尋求幫助。單擊更改按鈕以打開該模塊的手冊。設(shè)置完參數(shù)后，單擊“OK”關(guān)閉對話框，然后將參數(shù)應(yīng)用于模塊。2.2.3Simulink仿真步驟在仿真平臺上仿真一個系統(tǒng)的過程如下：根據(jù)要仿真的系統(tǒng)框圖，在Simulink窗口中的仿真平臺上構(gòu)建仿真模型。打開Simulink窗口，點(diǎn)擊模型瀏覽器，這時候，我們可以通過左上角的搜索框輸入并選擇我們需要的鏈接模塊，將它們拖放到平臺上，以一定的連接順序?qū)⑺鼈冋?，這就形成了一個完整的仿真模型。設(shè)置模塊參數(shù)。完成模塊的選取、組合后，給各個模塊設(shè)置我們所想要的參數(shù)。設(shè)置仿真參數(shù)。在確定模擬步驟，時間和算法之后，開始繪畫出模型。要設(shè)置模擬參數(shù)，請在Simulink窗口中單擊“模擬”菜單，從下拉子菜單中選擇“Configurationparameters”命令，或按鍵盤上的Ctri+E。此時，將彈出仿真參數(shù)框，如圖所示，該框有兩列：Simulationtime和Solveroptions。圖8仿真參數(shù)設(shè)置仿真時間有開始時間和終止時間，連續(xù)系統(tǒng)的仿真時間一般從零開始，仿真的終止時間可以先設(shè)定一個值，之后再通過仿真過程中的結(jié)論進(jìn)行修改。選擇算法時，計算類型下拉菜單中有兩個選擇：可變步長和固定步長。如果選擇可變步長，則可以自動設(shè)置最大步長，最小步長和初始步長。啟動仿真。在開始運(yùn)行仿真系統(tǒng)之前，我們應(yīng)該設(shè)置每個模塊相應(yīng)的仿真參數(shù)，防止過程中出現(xiàn)錯誤。在菜單中找到開始，然后單擊以輸入仿真。在模型計算期間，窗口底部的狀態(tài)欄顯示了計算進(jìn)度。一個簡單的模型將立即完成。如果要在仿真計算期間更改模塊參數(shù)、仿真時間等，則可以使用菜單中的“Pause”命令暫停仿真。暫停后，再次單擊“Start”以繼續(xù)。觀測仿真結(jié)果。模型仿真計算完成后，最重要的是觀察仿真結(jié)果。Simulink中最常用的觀察儀器是示波器，我們只需雙擊相應(yīng)的示波器模塊，示波器就會展示出波形，我們要做的就是觀察并分析波形的過程和完成形態(tài)，總結(jié)我們通過示波器所得出的結(jié)果。3、電力電子變壓器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真3.1電力電子變壓器仿真這個仿真模型（圖9變壓器仿真電路模型）由以下Simulink模塊組成：交流電源AC、單相變壓器LinearTransformer、電阻RLCBranch、電壓測量VoltageMeasurement、電流測量CurrentMeasurement、有功與無功計算Power、函數(shù)計算Fcn和示波器Scope。圖9變壓器仿真電路模型各模塊參數(shù)設(shè)計如下圖10電源模塊參數(shù)圖11變壓器模塊參數(shù)圖12電阻模塊參數(shù)圖13有功與無功計算模塊參數(shù)圖14仿真參數(shù)設(shè)置

運(yùn)行該仿真模型之前，設(shè)置仿真算法為ode45，仿真時間為0.1s，啟動仿真得到一次電壓和電流的示波器波形（圖15為Scope和Scope2兩個示波器的波形結(jié)合），同時我們也能得到二次電壓和電流的波形（圖16為Scope1和Scope3的波形結(jié)合）。圖15一次電壓和電流圖16二次電壓和電流圖15中粉色線條為一次電壓的波形，呈現(xiàn)出較大幅度的波動；黑色線條為一次電流的波形，震蕩幅度較小，在數(shù)值0左右來回波動。圖16中粉色線條為二次電壓的波形，相對一次電壓來說，經(jīng)過變壓器之后波動幅度有所下降，在正負(fù)150之間來回波動；黑色線條為二次電流的波形，與一次電流相比，波動幅度略有提升。而下圖17是有功功率P和無功功率Q的波形。圖17有功功率P和無功功率Q圖18是通過函數(shù)計算得到的負(fù)載功率因數(shù)波形圖圖18負(fù)載功率因數(shù)通過以上的波形圖穩(wěn)定后的結(jié)果，我們可以得出有功功率P=600W，無功功率Q=3720var，負(fù)載功率因數(shù)為0.157。3.2電力電子變壓器開環(huán)控制系統(tǒng)仿真此仿真模型（圖19變壓器開環(huán)控制系統(tǒng)仿真電路）是由Simulink中以下模塊組成的：三相電源Three-PhaseSource、四個多功能橋式電路、、三相RLC串聯(lián)負(fù)載、單相變壓器LinearTransformer、電容、電壓測量以及若干個示波器。圖19變壓器開環(huán)控制系統(tǒng)仿真電路各個模塊參數(shù)如下：圖20三相電源參數(shù)圖21三相RLC串聯(lián)負(fù)載參數(shù)圖22電容參數(shù)圖23PWMGenerator參數(shù)圖24UniversBridg1參數(shù)圖25UniversBridg2參數(shù)圖26UniversBridg3參數(shù)圖27UniversBridg4參數(shù)圖28開環(huán)控制系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置圖29單相變壓器參數(shù)運(yùn)行該仿真模型之前，設(shè)置仿真算法為ode23s^，仿真開始時間為0s，仿真結(jié)束時間為0.3s，然后就可以啟動仿真。仿真波形如下：圖30Scope2波形圖31Scope3波形圖32Scope4波形圖33Scope5波形圖34Scope6波形圖35Scope7波形通過比較圖30Scope2波形（1號電橋AB端）與圖32Scope4波形（4號電橋AB端），我們可以清楚的看出，經(jīng)過單相變壓器之后，輸入與輸出的波形產(chǎn)生了較大的變化，已經(jīng)沒有了明顯的波動。而比較圖31Scope3與圖33Scope5波形后，我們可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過變壓器作用后，波形的密度更大，同時幅度有了比較明顯的降低。而比較單相變壓器兩端波形（圖34Scope6與圖35Scope7），我們可以發(fā)現(xiàn)圖像沒有明顯的變化，只產(chǎn)生了數(shù)值上的改變。3.3電力電子變壓器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真此仿真模型（圖36變壓器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真電路）是由Simulink中以下模塊組成的：三相電源Three-PhaseSource、四個多功能橋式電路、、三相RLC串聯(lián)負(fù)載、三相變壓器Three-phaseTransformer、放大器Gain、飽和限制Saturation、同步6脈沖發(fā)生器PulseGenerator、電容、電壓測量以及若干個示波器。圖36變壓器閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真電路各個模塊參數(shù)如下：圖37三相電源參數(shù)圖38三相RLC串聯(lián)負(fù)載參數(shù)圖39電容參數(shù)圖40PWMGenerator參數(shù)圖41UniversBridg1參數(shù)圖42UniversBridg2參數(shù)圖43UniversBridg3參數(shù)圖44UniversBridg4參數(shù)圖45三相變壓器①參數(shù)圖46三相變壓器②參數(shù)圖47閉環(huán)控制系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置運(yùn)行該仿真模型之前，設(shè)置仿真算法為ode23s^，仿真開始時間為0.1s，仿真結(jié)束時間為0.3s，然后就可以啟動仿真。仿真波形如下：圖48Scope2波形圖49Scope3波形圖50Scope4波形圖51Scope5波形圖52Scope6波形圖53Scope7波形通過比較圖48Scope2波形（1號電橋AB端）與圖50Scope4波形（4號電橋AB端），我們可以清楚的看出，經(jīng)