Matlab在电力电子技术仿真中应用

1、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。在实际的项目应用中，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

2、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

3、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

4、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：VTIVB >T5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

5、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. 02B、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。nnJi

6、n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infv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：0.04sv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

7、真晶闸管岀现故障的几率较大，共有四种故障分别为:只育一个晶闸管故障波形 ®同一相的阿今晶痢管找輝狀旳同一桥中的两个晶闸琶故障波形（C）不同挤且不同相的两个晶闸管故障波形（d）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=0. 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。因为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每个半周期有一个波头，再连续少两个，一个周期共少了 4个波头，三相桥式电路应输出6个波头，不难看出此时只有两相导电，另一相的两个桥臂不通，即接在同一相的两个晶闸管故障。图（c每个周期有两个连续波头，接着少了4个连续波头，因为正常情况时输岀电压波形6个波头的顺序可判定接在同一半桥的两个桥臂不导通。图（d每个周期连续输出3个波头，接着连续少了 3个波头，容易得出该图对应不同相的交叉的两个晶闸管故障。可见由波形 得到故障形式与设定故障形式得到仿真波形的结果是一致的。同时，还可以利用触发脉冲参数的改变仿真不同负载与不同触发角情况下的波形，通过对电压波形的 分析，我们可以了解三相