电力电子仿真：理想开关幻灯片.ppt

近年来随着电力电子装置应用的日益普及，推出了一系列基于理想开关模型的专用仿真软件，如用于开关电源设计的SIMPLIS，SCAT和电力电子电路设计的PSIM等[1]，这些软件充分利用了理想开关电路在仿真中比详细器件模型电路效率高的特点，但也存在包括上述的参数优化等一系列影响仿真精度的问题。由于这些软件在我国应用并不普及，所以这里不拟加以介绍。 但应当指出，MATLIB从结构上适于对微分方程和传递函数所描述的系统进行仿真，而由于大量工具箱的引入它特别适于对控制系统进行优化设计，进行电力电子系统仿真并不是其所长。注意到目前许多新推出的软件如PSCAD均备有和MATLIB的接口，所以将它和其他适于进行电力电子系统仿真的软件相结合，而将MATLIB专用于电力电子系统的控制系统设计应当是最有佳的选择。 随着电力电子装置应用的日益普及，为了将其应用范围扩展到电力电子领域，该公司于1998年推出了包括以双电阻理想开关模型为基础的电力系统软件包（POWER SYSTEM BLOCKSET），为MATLAB用户进行电力电子电路的仿真提供了有力的工具。这样对于电力电子电路MATLIB既可以用MATLIB的M语言进行编程，也可以用Simulink进行。应用中，由于MATLIB本身具有丰富的微分方程算法和图形处理功能所以比较灵活，便于按仿真要求优化配置。但是该软件和其他基于理想开关模型的软件一样，不能对于开关的动态过程进行精确的描述；而利用电力系统软件包在SIMULINK条件下进行仿真速度较慢，这成为阻碍其应用的又一个问题。 下面分别介绍利用M语言编写的降压斩波器程序和Simulink生成的零电流谐振变流器的原理图和仿真曲线。 应用中，由于MATLIB本身具有丰富的微分方程算法和图形处理功能所以比较灵活，便于按仿真要求优化配置。但是该软件和其他基于理想开关模型的软件一样，不能对于开关的动态过程进行精确的描述；而利用电力系统软件包在SIMULINK条件下进行仿真速度较慢，这成为阻碍其应用的又一个问题。 为了说明Matlib在仿真中的应用，引入降压斩波器模型。降压斩 波器在包括电流不连续工况的条件下有3个可能的拓扑，与其对 应的拓扑图和状态方程见下： A1=[0 -1/L; 1/C -1/(R*C)]; A2=[0 0; 0 -1/(R*C)];％电流连续时状态方程度差别仅是外接电源。 B=[1/L;0]; n=200; %simulation time if(RR0) %CCM t=[];X=[]; for k=1:n t0=(k-1)*Ts;tout=t0+t1;E=Vin; % t1=D*Ts; [temp, Xout]=newode45(abu,t0,tout,X0,A1,B,E); t=[t;temp];X=[X;Xout];X0=Xout(length(Xout),:); ％其中newode45是经过修改后的4/5阶的龙格库塔法库函数。 t0=t1+(k-1)*Ts;tout=k*Ts;E=0; [temp, Xout]=newode45(abu,t0,tout,X0,A1,B,E); t=[t;temp];X=[X;Xout];X0=Xout(length(Xout),:); end 图左为MOS管电流和谐振电容Cr上的电压所生成的状态平面图，而图右为相应的电压和电流曲线。对比PSPICE仿真结果可以看到与PSCAD仿真类似，在适当选择理想开关器件的导通电阻和吸收回路参数的条件下，如进一步忽略开关时刻曲线的细部，仿真结果具有相当好的一致性。值得注意的是理想开关模型参数的选择对于仿真的结果具有一定的影响，对于高频低压开关电路上述影响更为明显。而在不同的软件中理想开关模型由于往往采用了不同的结构，比如MATLIB中考虑到高频应用，器件模型中包括杂散电感，而PSCAD由于主要用于电力系统仿真，其模型就采用了单纯的双电阻形式，所以上述仿真中为了得到与PSPICE类似的仿真结果，采用了不同的器件参数；这显然进一步加大了参数选择的困难。 MATLIB仿真原理图和仿真结果 MATLIB仿真原理图和仿真结果 近年来随着电力电子装置应用的日益普及，推出了一系列基于理想开关模型的专用仿真软件，如用于开关电源设计的SIMPLIS，SCAT和电力电子电路设计的PSIM等，这些软件充分利用了理想开关电路在仿真中比详细器件模型电路效率高的特点，但也存在包括上述的参数优化等一系列影响仿真精度的问题。由于这些软件在我国应用并不普及，所以这里不拟加以介绍。 但应当指出，MATLIB从结构上适于对微分方程和传递函数所描述的系统进行仿真，而由于大量工具箱的引入它