Matlab在电力电子技术仿真中应用.docxVIP

Matlab在电力电子技术仿真中的应用　　1. 引言　　20世纪60年代发展起来的电力电子技术，使电能可以变换和控制，产生了现代各种高效、节能的新型电源和交直流调速装置，为工业生产、交通运输、楼宇、办公、家庭自动化提供了现代化的高新技术。为了更高效的利用电能，不断的有新控制技术和算法出现。那么如何验证这些算法的好坏呢？建立模型仿真是最有效，最经济的一种形式。　　在实际的工程应用中，我们要经常需要改善系统的运行性能，提高系统的效益。而系统又通常是复杂的非线性的，在仿真的基础上加以实现就比较容易。电力电子技术仿真的所有元件模型都包含在MATLAB的电力系统模块环境中。在MATLAB提示符下键入powerlib命令。这个命令将打开simulink窗口。同时展示了电力系统模块工具箱中的不同子模块工具箱。在psb中几乎提供了组成电力系统的所有元件，元件模型丰富，包括：同步机，异步机，变压器，直流机，线性和非线性，有名的和标么值系统的，不同仿真精度的设备模型库，单相，三相的分布和集中参数的传输线，单相，三相断路器及各种电力系统的负荷模型，电力半导体器件库以及控制测量环节， 信号显示和模块连接等一般可以在simulink工具箱中找到。　　2. 电力电子变流技术——三相全桥整流仿真　　2.1整流器件　　晶闸管及电力晶体管等是主要的电力电子器件，也就是说没有这些器件就没有电力电子技术，电力电子技术的核心是电力变换也就是变流技术。通过对晶闸管等器件的控制从而实现电力变换。　　晶闸管整流是电力电子技术中最基础的变流技术，通过它可以实现电流从交流到直流的变换。在MATLAB仿真中可以由SimPowersystem模块中提供的电力电子模块PowerElectronic中的Thyristor来提供仿真模块实现。　　2.2 模型建立　　三相桥式整流电路是电力电子变流技术中非常重要的一个功能，它不仅可以将交流电压转换成直流电压，以用作直流电动机的直流电源，还可调节电动机电枢电压以进行电动机的调速。在电力电子变流电路中，三相桥式整流电路应用十分广泛，鉴于它在工业应用中的广泛性，这里以一，这里以一个带感性负荷的三相桥式整流电路为例，介绍如何运用Matlab／Simulink对它进行仿真。三相桥式整流电路的原理图如图一所示：　　图一：三相桥式整流电路原理图　　根据原理可以利用Simulink内的模块建立图二所示的仿真模型。设置三个交流电压源Va、Vb、Vc相角依次相差120，得到整流桥的三相电源。用6个Thyristor构成整流桥，实现交流电压到直流电压的转换。6 pulse convertor产生整流桥的触发脉冲。6个pulse convertor从上到下分别给1到6号晶闸管触发脉冲。　　2．2 参数设置　　2．2．1 触发脉冲的设置　　给图二中的每个脉冲发生器(pulse generator)设合理的参数，从而获得三相整流桥所要求的触发脉冲。以使得触发角为30。为例，参数设置如下：　　A、周期（s）0．02　　B、脉冲占空比 25%　　C、幅值 0．1　　每个脉冲发生器这几项的参数设置均相同，不同之处在于开始时间start time的设置，这一参数用于设定触发角。为获得30。的触发角，可以设定脉冲发生器1的start time 为0．02／12+0．02／12。第i个 脉冲发生器(i=2，．．．，6)为0．02／12+0．02／12+0．02(i-1)／6。使得每个触发脉冲相差60度，实现整流触发。　　图二 仿真模型　　2．2．2 设置晶闸管的参数　　电路工作正常时，6个晶闸管的参数设置：　　电阻 0.1　　电感 10e-6　　直流电压源电压： 0　　初始电流 0　　缓冲电阻 103　　缓冲电容 0.1e-6　　2.2.3三相交流电源及负载设置　　三相交流电源参数及负载参数设置如下：　　负载参数设置如下：（阻感负载）　　电阻 0.2　　电感 20e-3　　电容 inf（使电源为感性）　　3 仿真结果分析　　3.1正常情况下的仿真　　首先对建立的正常情况下的仿真模型进行仿真，其仿真参数设置为：　　开始时间： 0.04s（晶闸管第一次触发时间）；　　停止时间： 0.2s；　　仿真算法： 可变步长的数值微分公式算法。　　运行仿真程序可以得到正常的仿真波形如图三所示：　　图三 正常的电压仿真波形　　3.2故障波形仿真　　晶闸管出现故障的几率较大，共有四种故障分别为：　　3.3 仿真结果分析：　　观察以上波形，对应图(a)正常工作时，每个周期(T=O．02s)连续输出6个波头，每个波头均为60度。图(a)每个周期连续少两个波头，两个波头为120度。由于正常工作时每个桥臂导通120度，因此可判定图(a)对应为有一个桥臂不导通，即有一个晶闸管发生故障。图(b)每个半周期有一