收稿日期:2002-11-11第20卷 第5期计 算 机 仿 真2003年5月文章编号:1006-9348(2003)05-0113-02基于MATLAB 的电力电子电路建模仿真方法的研究潘湘高(常德师范学院电气工程系,湖南常德415003)摘要:通过三相桥式可控整流电路实例讨论了利用MATLAB SIM ULINK 对电力电子电路进行建模仿真的方法,并给出了仿真结果波形,证实了该方法的简便直观、高效快捷和真实准确性。
利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。
系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似,用户不用进行编程,也无需推导电路、系统的数学模型,就可以很快地得到系统的仿真结果,通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能,这样就可以极大地加快系统的分析或设计过程。
关键词:电力电子电路;建模;仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码:B1 前言在电力电子电路如变流装置的设计过程中,需要对设计出来的初步方案(电路)及有关元件参数选择是否合理,效果如何进行验证。
如果通过实验来检验,就要将设计的系统用元件安装出来再进行调试和试验,不能满足要求时,要更换元件甚至要重新设计、安装、调试,往往要反复多次才能得到满意的结果。
这样将耗费大量的人力和物力,且使设计效率低下,耗资大,周期长。
图1 电力系统工具箱模块库采用计算机进行仿真试验,则可大大地节约开支,提高设计效率,缩短设计周期。
但是用其它计算机高级语言(如C 语言,BASIC 语言或仿真语言)编程实现,对电力变流电路来说,由于大功率开关器件开关转换电流换相动态过程十分复杂,过渡过程一个接一个,一个未完,新的一个又开始了。
要分析输出电压、电流(带感性负载时)波形,特别是象大功率开关管关断时承受的尖峰电压大小形状,即阻容保护电路的保护效果如何,就要建立等效电路的数学模型。
而这样的数学模型是很复杂的,即使建立起来了,用计算机编程实现得到真实的仿真结果也需要花大量的时间精力来编程和调试。
然而采用MATLAB/SIMULINK 可视化,图形化仿真环境来对电力电子电路进行建模仿真则可使之变得直观,简单易行,高效快捷,真实准确。
本文以三相桥式可控整流电路为例介绍了利用MAT -LAB/SIMULINK 建立电力电子电路仿真模型并进行仿真的方法,给出了仿真结果波形。
2 SIMULINK 中电力系统工具箱和仿真元件简介可视化图形仿真功能是在SIMULINK 环境下进行的。
进入MATLAB 系统后打开模块库浏览窗口,用鼠标左键双击其中的Power System Blocks 即可弹出电力系统工具箱模块库,如图1所示。
它包括连接元件库(Connectors),电源库(Electrical Sources),基本元件库(Elements),其它元件库(Extra Library ),电机元件库(Machines),测量元件库(Measurements)和电力电子元件库(Power Electronics)。
这些模块库包含了大多数常用电力系统元件的模块。
利用这些库模块及其它库模块,用户可方便、直观地建立各种系统模型并进行仿真。
3 三相桥式可控整流系统仿真模型的建立打开新建模型窗口,将所需元件模块从模块库中拖入新建模型窗口并改名,设定有关参数后将各模块连接组成仿真模型,如图2所示。
3.1 相交流电源A 、B 、C 设定为220V,50Hz,相位互差120b ;3.2 La 、Lb 、Lc 为三相电源等效电感,设定为5mH;3.3 晶闸管三相可控整流桥模型参数设定为晶闸管通态电)113)图2 三相桥式可控整流系统仿真模型阻(Thyristor on-state resistance)0.018,通态电感(T hyristor on -state inductance)10L H,阻容保护回路电阻(Snubberr esistance)2K 8,电容(Snubber capacitance)4.7L F;3.4 三相可控整流桥触发脉冲产生模块设定为双窄脉冲方式(Double pulsing),脉冲宽度为10b ;3.5 建立同步电压信号测量转换模块并封装成子系统TB;3.6 R )L 负载模块参数设定为220V,50Hz,1000W,1000Var;3.7 建立输出电压vl,共阴极组三个晶闸管电流id 及晶闸管电压Uak 检测显示模块。
4 仿真运行及仿真结果波形分析图3 共阴极组三个晶闸管AK 之间的电压波形先双击图2中Step 模块设定触发角(alpha de )为30b ,再点击图2下拉菜单仿真(Si mu -lation)按钮,选择仿真参数(Si mulation pa -rameters)命令设定有关仿真参数。
设定停止时间(Stop ti me)为0.08秒,仿真算法选择可变步长(Variable step )积分算法函数ode23s(Runge -Kutta 法),其它参数选项可用默认值。
然后点击图2启动仿真按钮(黑三角形)即开始进行仿真,双击各个显示模块就能显示其信号波形。
图3为共阴极组三个晶闸管AK 之间的电压Uak(V)波形,每个晶闸管30b 承受正向电压,导通120b 其余时间承受反向电压。
图4为共阴极组三个晶闸管的电流i 的波形,可清楚地看出电流换相过程。
图5为输出电流id(A)和输出电压vl(V )的波形,可清楚地看出电流由0增加到稳态值的过程,电流大图4 共阴极组三个晶闸管的电流波形小对晶闸管换流过程的影响。
改变各个参数设定再进行仿真就可得到不同参数时的仿真波形,从而分析各个参数对系统的影响,这样就为系统设计参数的确定图5 输出电流(A)和输出电压(V)波形提供了科学方便的手段。
改变各个参数的设定直到得到满意的结果为止。
5 结论从上述系统仿真结果波形可以看出,利用MATLAB/SIMULINK 对系统建模及仿真的结果(波形)具有真实性和极高的可信度。
利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。
系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似,用户不用进行编程,也无需推导电路、系统的数学模型,就可以很快得到系统的仿真结果。
通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能,这样就大大加快了系统的分析或设计过程。
参考文献:[1] 黄文梅等.系统分析与仿真)))MA TLAB 语言及应用.长沙:国防科技大学出版社,19991[2] 薛定宇.反馈控制系统设计与分析)))MA TLAB 语言应用.北京:清华大学出版社,20001[3] 范影乐等.MATLAB 仿真应用详解.北京:人民邮电出版社,20011作者简介潘湘高(1963.3-),男(汉族),湖南平江人,副高职称,在读硕士,主要从事自动化技术,计算机控制的研究和教学工作,发表各种论文多篇。
(下转第117页))114)结果的描述,多采用关系模型。
在大型的综合信息系统中不仅要具有集成管理海量的空间数据以及属性数据的功能,而且要基于图文数据提供日常办公与文档处理的功能,包括依据来自OAS的文档数据(如业务审批流转数据),根据应用实时更新相应数据,包括更新空间数据和属性数据。
例如随着OAS中审批流程的进行,通过审批流程后的数据在被存入到OAS归档数据库中的同时,可能产生新数据或者更改相应的空间数据和属性数据。
为了实现GIS数据与文档数据之间建立对应关系,采取如下方法:通过在空间数据的属性表及文档的域中设定公共标识关联项,便可以利用公共标识项将其关联的图文记录挂接起来,实现图文数据的动态联接。
4结束语当今国内外OAS与GIS的发展逐渐成熟,但如何将OAS 与GIS跨平台的结合现在国内还没有成功的案例。
我们认为将来的发展趋势应该向跨平台方向发展,这将成为一个热点课题。
因为开发商不情愿抛弃前期的巨大投入,将原来的成熟的产品大刀阔斧的改动,所以愿意研究通过中间件来实现OA与GIS跨平台的集成。
本文结合中间件技术,提出一种新的OAS与GIS集成模式,并且基于当前流行的软件Lotus Domino/Notes和MAPGIS,对实现这种集成模型进行了初步探讨。
这对构建高效的/图文一体化0大型综合信息系统的研究具有特别的意义。
当然,为了适应集成技术、OAS和GIS 系统等高新技术的日新月异的发展,这种集成模式及其实现本身也在不断完善之中。
参考文献:[1]常煜芬,张育平.中间件技术研究[J].计算机应用研究,2001,10(10).[2]林涛,许树业,用通用中间件实现B2B与ERP的系统集成[J].计算机应用,2001,21(5).[3]张佐.系统集成的概念、方法与实践[J].测控技术,1999,18(9).[4]颜涯,邵佩英[J].GIS与MIS系统集成技术在城市规划中的研究与应用[J].计算机仿真,2001-9(5).[5]洪勇,卢正鼎.一种基于Lotus Domino与RDB MS的异构系统集成的实现[J].电脑开发与应用,2001,14(10).[6]曾怡,张慧.Lotus Notes与ERP后台数据库的集成技术研究[J].武汉理工大学学报,2002,26(1).[7]徐爱萍,徐武平.组件技术与ComGis[J].计算机应用,2001-2.[8]来欣,邓铁清,吴泉源.CORBA与OLE/COM的应用集成研究[J].计算机工程与应用,1999-2.作者简介刘福江(1973-),男(汉族),新疆乌苏人,助教,硕士研究生,研究方向:GIS及应用。
杨伦(1957-),男(汉族),湖北人,教授,研究方向:3S集成应用技术。
郭艳(1974-),女(汉族),江西赣州人,硕士研究生,研究方向:OA、M IS、集成技术。
The Research of OAS and GIS S ystem Integration Based on MiddlewareLIU Fu-jiang,YANG Lun,GUO Yan(China University of Geosciences,Wuhan Hubei430074,China)ABSTRACT:This article summarizes and compares current two models of integrati on with Office Automation System(OAS)and Geographic Information System(GIS),and introduces another method:how to use Middleware to carry out the integration of different platform,OAS and GIS.Then we analyze their advantages and disadvantages.At las t we give an example of realization.KEY WORDS:Middleware;System Integrati on;Office Automation System;Geographic Information System(上接第114页)Research to Approach of Modeling and S imulating thePower Electronics Circuit Based on MATLABPAN Xiang-gao(Departmen t of Electrical Engineering,Changde Normal University,Changde Hunan415003,China)ABSTRACT:With the help of the example of a3-phase brid ge thyristor rectifying ci rcuit,an approach of modeling and simulating the Power Electronics Circuit by using MATLAB SIMULINK was discussed and the results and waveforms introduced proved the advantages of si mplicity, visual,high efficiency,great speed,reali ty and accuracy.This approach can also be used to model and simulate some very complicated cir-cuits,power electronics conversion circuits,electric driven automatic control systems etc.The process to model system is si milar to that of de-signing it,so needn.t knowing the mathematics model and needn.t programming it,users can quickly find out and analyze the results from si mulation,then the constructi on of the system can be improved or some parameters in it can be modi fied as to meet the demanded results and performances.By which,the process of analyzing and desi gni ng a system ca be greatly fasten.KEY WORDS:Power electronics circuit;Modeling;Simulation)117)。