电力电子课程设计-boost-cuk电路及电力系统暂态上机计算

电力电子课程设计学院：电气信息工程学院专业：电气学号：姓名：一

设计要求

根据给定指标，设计BOOST电路参数

根据给定指标，设计CUK电路参数

利用Simulink软件，对上述电路进行验证

在实验平台上，进行实验，观察重要参数

撰写课程设计报告二电路原理BOOST电路图

Boost基本工作原理:

Boost电路可称为升压斩波电路，假设电路中电感L值很大，电容C值也很大。当V处于通态时，电源E向电感L充电，充电电流基本恒定为I1,同时C上的电压向负载R供电，因为C也很大，基本保持输出电压为恒值U0.设V通态时间为ton,此阶段L积蓄能量为EI1ton。当V处于断态时E和L共同向C充电，并向负载R提供能量。设V处于断态时间为toff,则这期间电感L释放能量为（U0-E）I1toff.一周期T中，电感L积蓄的能量和释放的能量相等，即EI1ton=（U0-E）I1toff化简得：U0=T/toffE输出电压高于电源电压。

CUK电路图Cuk基本工作原理:

当可控开关V处于通态时，E-L1-V回路和R-L2-C-V回路分别流过电流。当V处于断态时，E-L1-C-VD回路和R-L2-VD回路分别流过电流。输出电压的极性与电源电压极性相反。该电路的等效电路相当于开关S在A、B两点之间交替切换。在该电路中，稳态是电容C的电流在一周期内的平均值应为零，也就是其对时间的积分为零。其中：I2ton=I1toff所以：I2/I1=toff/ton=(1-α)/α可以得到输出电压与电源电压的关系为：U0=ton/toffE=α/(1-α)E三、参数计算1.Boost电路:输入电压:40V输出电压：100V工作频率：50KHZD=60%R=1000欧姆△I1=10%*I1△U0=%10*U0L=(UdD)/(f△I1)=19.2mHC=(I0D)/(f△U0)=0.12uF2.Cuk电路:输入电压：80V输出电压：53.33V工作频率：50KHZD=40%R=1000欧姆△I1=10%*I1△U0=10%*U0△Uc1=10%*Uc1△Uc2=10%*Uc2L1=L2=(UdD)/(f△I1)=0.120HC1=(I(1-D))/(△Uc1)=0.12uFC2=(UdD)/(8L2△Uc22)=0.00167uF四：仿真试验BOOST电路BOOST电路波形流过电感电流波形：脉冲采样波形：IGBT电流波形：IGBT电压波形：通过电力IGBT电流采样波形：流过二极管电流波形：输出电压波形：

实验结果：L=19.2mHC=0.12uF输出电压：100V2.CUK电路

.CUK电路.CUK电路波形流过电感L1电流波形脉冲采样波形IGBT电流波形IGBT电压波形流过IGBT电流采样波形流过VD电流波形电感Ｌ２电流波形输出电压波形

实验结果：L1=0.120HL2=0.120HC1=0.12uFC2=0.00167uF输出电压：53.33V五

器件选型1.boost电路IGBT:,, , 额定电流 额定电压

二极管： 额定电流 额定电压

2.cuk

IGBT:

,, , 额定电流 额定电压

二极管： 额定电流 额定电压

六.课程设计小结

为期一周的电力电子课程设计结束了，虽然时间并不是很长，但是每次的课程设计都会让我收获到很多东西。不仅是知识，还包括在电力电子设计中应该注意的很多问题以及对ＭＡＴＬＡＢ软件的使用。在学习电力电子理论知识的时候，我只是对电路的基本原理有所了解，对于电路中其他的器件的电压和流过的电流的大小以及波形都不清楚，并且也不知道电感和电容与电路的关系。通过这次课程设计，才发现在计算过电感和电容的值的大小之后，所得到的有关电路的一些波形并不像课本上给出的那么理想。对于开关器件的选型，是电力电子中最基本的需要具备的实践知识，可是ＢＯＯＳＴ电路和ＣＵＫ电路中的ＩＧＢＴ以及二极管的选型课本上并没有相关内容的介绍，在查阅了相关材料之后才知道了这两种器件的选型。可见单单是看课本上的知识是远远不够的，我们还需要结合多方面的知识，并且自己多问问为什么、怎么做、怎么样，这样才能够真正有所成长。在做电力电子实验的时候，我们曾经用过ＭＡＴＬＡＢ做相关的一个实验，当时实验老师将使用软件的相关注意事项讲的很清楚，但是这次的实习中，我仍然犯了同样的错误。这让我发现自己一个非常大的缺点：做事没有一步到位。如果在做实验的时候能够认真将老师讲的注意事项理解清楚了，那么在这次的实习中便可以避免这样的错误，从而节省很多时间。实践环节是必不可少的，这也是大学中工科学生最受益的一个环节。在今后的学习中，我会吸取这次课程设计的经验，将所学与所用联系起来，并且多注重提高自己的软件使用能力。课程设计报告(年度第二学期)名称：电力系统暂态上机计算院系：电气与电子工程学院班级：学号：学生姓名：指导教师：设计周数：两周成绩：日期：年月日课程电力系统暂态上机课程设计报告PAGE20一、课程设计的目的与要求巩固电力系统暂态分析理论知识，使学生掌握采用计算机对电力系统电磁暂态过程和机电暂态过程进行计算的基本方法，并进一步巩固计算机编程能力，为将来从事相关的技术工作打下必要的基础。二、设计正文（详细内容见附录,用A4纸，页数不限）对称短路计算过程流程图和计算结果不对称短路计算过程流程图和计算结果静态稳定性计算过程流程图和计算结果暂态稳定性计算过程流程图和计算结果思考题三、课程设计总结或结论四、参考文献《电力系统暂态过程》常鲜戎、赵书强编，机械工业出版社，2010年1月，第1版《电力系统分析基础》李庚银，机械工业出版社，2012年9月，第1版《电力系统故障的计算机辅助分析》重庆大学出版社米麟书等《电力系统潮流计算》天津大学出版社宋文南等《电力系统故障分析》清华大学出版社周荣光《短路电流实用计算方法》电力工业出版社西安交通大学等《精通Matlab6.5》北京航空航天大学出版社，张志涌附录（设计流程图、计算结果、思考题答案）1、电磁暂态过程计算1.1、求导纳矩阵1.1.1、正序导纳矩阵Y10.00-26.67i0.0+10.00i0.00+10.0i0.00+10.00i0.00-33.33i0.0+10.00i0.00+10.00i0.00+10.00i0.00-20.00i1.1.2、负序导纳矩阵Y20.00-26.67i0.0+10.00i0.00+10.0i0.00+10.00i0.00-33.33i0.0+10.00i0.00+10.00i0.00+10.00i0.00-20.00i1.1.3、零序导纳矩阵Y00.00-29.05i0.00+5.00i0.00+5.00i0.00+5.00i0.00-48.02i0.00+5.00i0.00+5.00i0.00+5.00i0.00-10.00i1.1.4、正序导纳矩阵YY10.00-40.00i0.00+10.00i0.00+10.00i0.00+20.00i0.00+0.00i0.00+10.00i0.00-60.00i0.00+10.00i0.00+0.00i0.00+40.00i0.00+10.00i0.00+10.00i0.00-20.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00+20.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00-30.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00+40.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00-60.00i1.1.5、负序导纳矩阵YY20.00-40.00i0.00+10.00i0.00+10.00i0.00+20.00i0.00+0.00i0.00+10.00i0.00-60.00i0.00+10.00i0.00+0.00i0.00+40.00i0.00+10.00i0.00+10.00i0.00-20.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00+20.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00-30.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00+40.00i0.00+0.00i0.00+0.00i0.00-60.00i1.2、短路计算过程流程图输入数据输入数据选择故障类型用节点导纳阵求逆得到节点阻抗矩阵求故障点各序电流计算各序电流的故障分量求故障点各序电流计算故障点各序电压的故障分量计算故障后各节点电压值形成节点导纳矩阵确定故障点开始计算支路电流计算计发电机端点的各节点电压，正常分量与故障分量相加结束1.3、节点3发生三相短路1.3.1、故障点的三序电流I_Fault1I_Fault2I_Fault00.000-9.859i0.000–0.000i0.000–0.000i1.3.2、故障点的三相电流IaIbIc0.000-9.859i0.000-9.859i0.000-9.859i1.3.3、故障点的三相电流有效值Ia_effectiveIb_effectiveIc_effective9.8599.8599.8591.3.4、各节点的三序电压，三相电压三序电压节点12345U10.4510.53500.6340.690U200000U000000三相电压及有效值节点12345Ua0.451+0.000i0.535+0.000i0.000+0.00i0.549+0.317i0.598+0.345iUb-0.225-0.390i-0.268-0.464i0.000+0.000i0.000-0.634i0.000-0.690iUc-0.225+0.390i-0.268+0.464i0.000+0.000i0.549+0.317i-0.598+0.345iUa_e0.4510.53500.6340.690Ub_e0.4510.53500.6340.690Uc-e0.4510.53500.6340.6901.3.5、各支路的三序电流，三相电流三序电流支路1234567I10.000+0.845i0.000-4.507i0.000-5.352i0.000+3.662i-3.662+6.343i0+6.197i-6.197+10.734iI20.000+0.000i0.000+0.000i0.000+0.000i0000I00.000+0.000i0.000+0.000i0.000+0.000i0000（其中1,2,3为线路，4,5分别为与1,2支路相连的变压器，发电机支路，6,7分别为与1,3支路相连的变压器，发电机支路；以下不同类型短路均与此相同）三相电流及有效值支路1234567Ia0.000+0.845i0.000-4.507i0.000-5.352i0.000+3.662i-3.662+6.343i0.000+6.197i-6.197+10.734iIb0.732-0.423i-3.903+2.254i-4.635+2.676i3.171-1.831i7.32395.367-3.099i12.394-0.000iIc-0.732-0.423i3.903+2.254i4.635+2.676i-3.171-1.831i-3.662-6.343i-5.367-3.099i-6.197-10.734iIa_e0.8454.5075.3523.66207.32396.197212.3944Ib_e0.8454.5075.3523.66207.32396.197212.3944Ic_e0.8454.5075.3523.66207.32396.197212.3944（其中1,2,3为线路，4,5分别为与1,2支路相连的变压器，发电机支路，6,7分别为与1,3支路相连的变压器，发电机支路；以下不同类型短路均与此相同）1.4、节点3发生a相接地短路1.4.1、故障点的三序电流I_Fault1I_Fault2I_Fault00.000-3.108i0.000-3.108i0.000-3.108i1.4.2、故障点的三相电流IaIbIc0.000-9.324i0.000–0.000i0.000–0.000i1.4.3、故障点的三相电流有效值Ia_effectiveIb_effectiveIc_effective9.324001.4.4、各节点的三序电压，三相电压三序电压节点12345U10.8270.8530.6850.8850.902U2-0.1737-0.147-0.315-0.115-0.098U0-0.072-0.046-0.37000三相电压及有效值节点12345Ua0.582+0.000i0.661+0.000i0.000+0.000i0.666+0.500i0.697+0.500iUb-0.398-0.866i-0.399-0.866i-0.554-0.866i0.000-1.000i0.000-1.000iUc-0.398+0.866i-0.399+0.866i-0.554+0.866i-0.666+0.500i-0.697+0.500iUa_e0.5820.66100.8330.858Ub_e0.9530.9541.0281.0001Uc-e0.9530.9541.0280.8330.8581.4.5、各支路的三序电流，三相电流三序电流支路1234567I10.000+0.266i0.000-1.421i0.000-1.687i0+1.158i-1.158+2.005i0.000+1.959i-1.959+3.393iI20.000+0.2664i0.000-1.421i0.000-1.687i0+1.158i1.158+2.005i0.000+1.959i1.959+3.393iI00.000+0.128i0.000-1.490i0.000-1.618i0+1.371i00.000+1.745i0三相电流及有效值支路1234567Ia0.000+0.661i0.000-4.331i0.00-4.992i0.000+3.7390i0.000+4.00i0.000+5.744i0.000+6.768iIb0.000-0.138i0.000-0.069i0.000+0.069i0.000+0.276i0.000+0.000i0.000-0.117i0.000+0.000iIc0.000-0.138i0.000-0.069i0.000+0.069i-0.000+0.276i0.000-3.999i0.000-0.117i0.000-6.768iIa_e0.6614.3324.9923.7393.9995.7446.768Ib_e0.1380.0690.0690.27600.1170Ic-e0.1380.0690.0690.2763.9990.1176.76751.5、节点3发生a相经10欧姆电阻接地短路1.5.1、故障点的三序电流I_Fault1I_Fault2I_Fault00.975-2.76i0.975-2.764i0.975-2.764i1.5.2、故障点的三相电流IaIbIc2.924-8.230i001.5.3、故障点的三相电流有效值Ia_effectiveIb_effectiveIc_effective8.794001.5.4、各节点的三序电压，三相电压三序电压节点12345U10.846-0.054i0.870-0.046i0.720-0.099i0.897-0.0362i0.913-0.031iU2-0.154-0.054i-0.130-0.046i-0.280-0.099i-0.103-0.036i-0.087-0.031iU0-0.064-0.022i-0.041-0.014i-0.329-0.116i0.000+0.000i0.000+0.000i三相电压及有效值节点12345Ua0.628-0.131i0.699-0.106i0.111-0.314i0.688+0.437i0.716+0.447iUb-0.410-0.834i-0.411-0.834i-0.548-0.883i0.000-1.000i0.000-1.000iUc-0.410+0.898i-0.411+0.898i-0.548+0.849i-0.688+0.563i-0.716+0.553iUa_e0.6420.7070.3320.8150.844Ub_e0.9290.9301.03911Uc-e0.9870.9871.0100.8890.9041.5.5、各支路的三序电流，三相电流三序电流支路1234567I1-0.084+0.237i0.445-1.264i0.529-1.501i-0.364+1.029i-1.659+1.419i-0.616+1.741i-2.808+2.401iI2-0.0834+0.237i0.445-1.264i0.529-1.501i-0.364+1.029i0.399+2.146i-0.616+1.741i0.675+3.632iI0-0.040+0.114i0.467-1.325i0.507-1.439i-0.431+1.219i0-0.548+1.552i0三相电流及有效值支路1234567Ia-0.207+0.588i1.358-3.853i1.565-4.44i-1.172+3.326i-1.254+3.557i-1.801+5.109i-2.122+6.020iIb0.043-0.123i0.022-0.062i-0.022+0.062i-0.087+0.245i0.000-0.0000i0.037-0.104i-0.000-0.000iIc0.043-0.123i0.022-0.062i-0.022+0.062i-0.087+0.245i1.254-3.557i0.0366-0.1040i2.122-6.020iIa_e0.6234.0854.7083.52633.77155.41726.383Ib_e0.1310.0650.0650.260100.11020Ic-e0.1310.0650.0650.26013.77150.11026.3831.6、节点3发生bc两相相间短路1.6.1、故障点的三序电流I_Fault1I_Fault2I_Fault00.000-4.930i0.000+4.930i01.6.2、故障点的三相电流IaIbIc0-8.538–0.000i8.538+0.000i1.6.3、故障点的三相电流有效值Ia_effectiveIb_effectiveIc_effective08.5388.5381.6.4、各节点的三序电压，三相电压：三序电压节点12345U10.7250.7680.5000.8170.845U20.2750.2320.5000.1830.155U000000三相电压及有效值节点12345Ua1.000+0.000i1.000+0.000i1.000+0.000i0.8660+0.317i0.866+0.345iUb-0.500-0.390i-0.500-0.464i-0.500+0.000i-0.000-0.634i0.000-0.690iUc-0.500+0.390i-0.5000+0.464i-0.500+0.000i-0.866+0.317i-0.866+0.345iUa_e1110.92220.932Ub_e0.6340.6820.5000.63380.690Uc-e0.6340.6820.5000.92220.9321.6.5、各支路的三序电流，三相电流三序电流支路1234567I10.000+0.423i0.000-2.254i0.000-2.676i0.000+1.831i-1.831+3.171i0.000+3.099i-3.099+5.367iI20.000-0.423i0.000+2.254i0.000+2.676i0.000-1.831i-1.831-3.174i0.000-3.0986i-3.099-5.367iI00000000三相电流及有效值支路1234567Ia0.000+0.000i0.000-0.000i0.000-0.000i0.000-0.000i-3.662-0.000i0.000-0.000i-6.197+0.000iIb0.732+0.000i-3.903+0.000i-4.635+0.000i3.171+0.000i7.324+0.000i5.367+0.000i12.394+0.000iIc-0.732-0.000i3.903+0.000i4.6350+0.000i-3.171-0.000i-3.662-5.367+0.000i-6.197-0.000iIa_e00003.66206.1972Ib_e0.7323.9034.6353.1717.3245.366912.3944Ic-e0.7323.9034.6353.1713.66205.36696.19721.7、节点3发生bc两相短路接地1.7.1、故障点的三序电流I_Fault1I_Fault2I_Fault00.000-6.404i0.000+3.456i0.000+2.948i1.7.2、故障点的三相电流IaIbIc0-8.538+4.422i8.538+4.422i1.7.3、故障点的三相电流有效值Ia_effectiveIb_effectiveIc_effective09.6159.6151.7.4、各节点的三序电压，三相电压三序电压节点12345U10.6430.6980.3500.7620.799U20.1930.1630.3500.1280.109U00.0680.04360.35000三相电压及有效值节点12345Ua0.904+0.000i0.905+0.000i1.051+0.000i0.771+0.317i0.786+0.345iUb-0.350-0.390i-0.387-0.463i0.000+0.000i-0.000-0.634i0.000-0.690iUc-0.350+0.390i-0.387+0.464i0.000+0.000i-0.771+0.317i-0.786+0.345iUa_e0.9040.9051.0510.8340.858Ub_e0.5240.60400.63380.690Uc-e0.5240.60400.83380.8581.7.5、各支路的三序电流，三相电流三序电流支路1234567I10.000+0.549i0.000-2.927i0.000-3.476i0.000+2.381i-2.381+4.125i0.000+4.030i-4.030+6.980iI20.000-0.296i0.000+1.580i0.000+1.876i0.000-1.281i-1.281-2.218i0.000-2.1672i-2.167-3.754iI00.000-0.121i0.000+1.413i0.000+1.535i0.000-1.304i00.000-1.660i0三相电流及有效值支路1234567Ia0.000+0.131i0.000+0.066i0.000-0.066i0.000-0.262i-3.662+1.897i0.000+0.111i-6.197+3.210iIb0.732-0.248i-3.903+2.087i-4.635+2.335i3.171-1.904i7.324-0.000i5.367-2.669i12.394+0.000iIc-0.732-0.248i3.903+2.087i4.635+2.335i-3.171-1.904i-3.662-1.897i-5.367-2.669i-6.197-3.210iIa_e0.1310.0660.0660.2624.1240.11096.9790Ib_e0.7734.4265.1903.6997.3245.993812.3944Ic-e0.7734.4265.1903.6994.1245.99386.9790

2、静态稳定计算2.1、静态稳定计算流程图否否否否是是是开始clc设初值：Xd_all,Xdd_all,Xq,Xq_all,Eq0,UG0,Xe,Xd,Xdd,Tj,Td0Ke=0.1Ke_r=Ke,delta_r=delta,P_r=Eq*U*sin(delta*pi/180)/Xd_all,delta=delta+0.01delta=49求Kemax,Kemin求Eq,Eqq求UGd,UGq,UG求K1~K6Ke<5.7delta<=110(K1>0)&(Ke>=Kemin)&(Ke<=Kemax)结束打印Ke_r，delta_r,P_r2.2、静态稳定计算结果使Ke以步长为0.1以及δ以步长为1进行循环:Ke=0.100000,delta=91,P=1.345117Ke=0.200000,delta=92,P=1.363000Ke=0.300000,delta=93,P=1.380693Ke=0.400000,delta=95,P=1.398409Ke=0.500000,delta=96,P=1.415747Ke=0.600000,delta=97,P=1.432842Ke=0.700000,delta=98,P=1.449679Ke=0.800000,delta=99,P=1.466244Ke=0.900000,delta=101,P=1.482360Ke=1.000000,delta=102,P=1.498265Ke=1.100000,delta=103,P=1.513819Ke=1.200000,delta=104,P=1.529000Ke=1.300000,delta=105,P=1.543786Ke=1.400000,delta=106,P=1.558152Ke=1.500000,delta=107,P=1.572075Ke=1.600000,delta=108,P=1.585527Ke=1.700000,delta=109,P=1.598483Ke=1.800000,delta=108,P=1.613666Ke=1.900000,delta=105,P=1.626492Ke=2.000000,delta=103,P=1.635259Ke=2.100000,delta=100,P=1.637025Ke=2.200000,delta=98,P=1.637979Ke=2.300000,delta=96,P=1.635815Ke=2.400000,delta=94,P=1.630657Ke=2.500000,delta=92,P=1.622630Ke=2.600000,delta=90,P=1.611867Ke=2.700000,delta=88,P=1.598501Ke=2.800000,delta=86,P=1.582670Ke=2.900000,delta=84,P=1.564509Ke=3.000000,delta=82,P=1.544155Ke=3.100000,delta=81,P=1.535174Ke=3.200000,delta=79,P=1.511558Ke=3.300000,delta=77,P=1.486103Ke=3.400000,delta=76,P=1.474144Ke=3.500000,delta=74,P=1.445989Ke=3.600000,delta=73,P=1.432473Ke=3.700000,delta=71,P=1.401945Ke=3.800000,delta=70,P=1.387071Ke=3.900000,delta=69,P=1.371732Ke=4.000000,delta=67,P=1.338431Ke=4.100000,delta=66,P=1.321987Ke=4.200000,delta=65,P=1.305171Ke=4.300000,delta=63,P=1.269626Ke=4.400000,delta=62,P=1.251928Ke=4.500000,delta=61,P=1.233937Ke=4.600000,delta=60,P=1.215672Ke=4.700000,delta=59,P=1.197153Ke=4.800000,delta=58,P=1.178398Ke=4.900000,delta=56,P=1.139925Ke=5.000000,delta=55,P=1.120623Ke=5.100000,delta=54,P=1.101144Ke=5.200000,delta=53,P=1.081504Ke=5.300000,delta=52,P=1.061715Ke=5.400000,delta=51,P=1.041792Ke=5.500000,delta=50,P=1.021746Ke=5.600000,delta=49,P=1.0015892.3、结果分析当Ke取值时，系统的功角极限值，以及对应的P值。由于P越大时，系统的稳定储备系数也就越高，所以选择P值最大时候的Ke值为最佳放大倍数。选择结果：Ke=2.200000,系统可达到稳定极限，此时，delta=98,P=1.637979，稳定储备=（1.637979-1）/1=63.8%3、暂态稳定计算3.1、暂态稳定性计算流程图是否i=i+1i＞要求的计算时段打印δi+1δi+1=δi+dδi+1(a)dt*h,∆ωi+1=∆ωi+d∆ω是否