【正文】 erruptible PowerSuPPly）的全稱是不間斷電源系統(tǒng)，顧名思義， UPS是一種能為負(fù)載提供連續(xù)的不間斷電能供應(yīng)的系統(tǒng)設(shè)備。 UPS 最早的應(yīng)用，應(yīng)該是一些特殊的領(lǐng)域，比如：醫(yī)院的手術(shù)室供電保障、電臺 /電視臺的節(jié)目播出系統(tǒng)供電、軍事應(yīng)用等等。今天計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)及 其相關(guān)產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，計算機(jī)在各行各業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，于是 UPS似乎也成了計算機(jī)系統(tǒng)設(shè)備的一個部分。越來越多的重要數(shù)據(jù)、圖象、文字由計算機(jī)處理和存貯，如果在工作中間突然停電，必然導(dǎo)致隨機(jī)存貯器中的數(shù)據(jù)和程序丟失或損壞；更嚴(yán)重的是，如果此時計算機(jī)的讀寫磁頭正在工作的話，極易造成磁頭或磁盤的損壞；假如這些數(shù)據(jù)是在銀行清算系統(tǒng)或是證券交易等系統(tǒng)中丟失的話，后果更將不堪設(shè)想。不間斷電源的核心技術(shù)就是將蓄電池中的直流電能逆變?yōu)榻涣麟娔艿哪孀兗夹g(shù)。 (3)電動機(jī)制動再生能量回饋 在變頻調(diào)速系統(tǒng)中，電動機(jī)的減速和停止都是通 過逐漸減小運(yùn)行頻率來實(shí)現(xiàn)的，在變頻器頻率第 4 頁 共 49 頁 減小的瞬間，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速隨之下降，而由于機(jī)械慣性的原因，電動機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速未變，或者說，它的轉(zhuǎn)速變化是有一定時間滯后的，這時會出現(xiàn)實(shí)際轉(zhuǎn)速大于給定轉(zhuǎn)速，從而產(chǎn)生電動機(jī)反電動勢高于變頻器直流端電壓的情況，這時電動機(jī)就變成發(fā)電機(jī)，非但不消耗電網(wǎng)電能，反而可以通過變頻器專用型能量回饋單元向電網(wǎng)送電，這樣既有良好的制動效果，又將動能轉(zhuǎn)變化為電能，向電網(wǎng)送電而達(dá)到回收能量的效果。 交流電動機(jī)和直流電動機(jī)在制動過程中都會處于發(fā)電狀態(tài)而使直流母線電壓泵生。采用有源逆變系統(tǒng)將能量回 饋到交流電網(wǎng)而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電阻能耗制動，既節(jié)約了電能，又提高了安全性能?；仞佒苿硬捎玫氖怯性茨孀兗夹g(shù)，將再生電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻率同相位的交流電回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)制動 。 (4)直流輸電 由于交流輸電架線復(fù)雜、損耗大、電磁波污染環(huán)境，所以直流輸電是一個發(fā)展方向。直流輸電目前主要用于 ：① 遠(yuǎn)距離大功率輸電； ② 聯(lián)系不同頻率或相同頻率而非同步運(yùn)行的交流系統(tǒng)； ③ 作網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)和 區(qū)域系統(tǒng) 之間的聯(lián)絡(luò)線（便于控制、又不增大短路容量）； ④ 以海底電纜作跨越海峽送電或用地下電纜向用電密度高的大城市供電； ⑤ 在電力系統(tǒng)中采用交、直流輸電線的 并列運(yùn)行，利用直流輸電線的快速調(diào)節(jié)，控制、改善電力系統(tǒng)的運(yùn)行性能。首先把交流電整流成高壓直流再進(jìn)行遠(yuǎn)距離輸送，然后再逆變成交流電供給用戶。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率可控硅制造技術(shù)的進(jìn)步、價格下降、可靠性提高，換流站可用率的提高，直流輸電技術(shù)的日益成熟，直流輸電在電力系統(tǒng)中必然得到更多的應(yīng)用。當(dāng)前，研制高壓直流斷路器、研究多端直流系統(tǒng)的運(yùn)行特性和控制、發(fā)展多端直流系統(tǒng)、研究交直流并列系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)理和控制，受到廣泛的關(guān)注。 許多科學(xué)技術(shù)學(xué)科的新發(fā)展為直流輸電技術(shù)的應(yīng)用開拓著廣闊的前景，多種新的發(fā)電方式 ──磁流體發(fā)電、電氣體發(fā)電 、 燃料電池和太陽能電池等產(chǎn)生的都是直流電，所產(chǎn)生的電能要以直流方式輸送，并用逆變器變換送入交流電力系統(tǒng)；極低溫電纜和超導(dǎo)電纜也更適宜于直流輸電，等等。今后的電力系統(tǒng)必將是交、直流混合的系統(tǒng) 。 以上分別介紹了在城市供電、電氣傳動、交通運(yùn)輸、通信、電力系統(tǒng)等領(lǐng)域中的主要應(yīng)用，此外在工業(yè)生產(chǎn)（如化學(xué)電源）、醫(yī)療設(shè)備（如醫(yī)用電源）、家用電器、航空逆變器、艦船逆變器、變頻電源及充電機(jī)等都會用到 有源逆變 技術(shù)?？傊?， 有源逆變 技術(shù)已經(jīng)涉及各行各業(yè)，以及各種領(lǐng)域的電源設(shè)備。 第 5 頁 共 49 頁 SIMULINK/POWER SYSTEM 概述 SIMULINK 簡介 Simulinnk 是 the mathworks 公司于 1990 年推出的產(chǎn)品，是在 matlab 環(huán)境下建立系統(tǒng)框圖 的和仿真的模塊庫。 Simu 一詞表明它可以用于計算機(jī)模擬，而 link 一詞表明它能進(jìn)行系統(tǒng)連接，即把一系列模塊連接起來，構(gòu)成復(fù)雜的系統(tǒng)模型。正是由于 simulink 的這兩大功能和特色，使它成為仿真領(lǐng)域首選的計算機(jī)環(huán)境。 Sinulink 環(huán)境下可以使用的電力系統(tǒng)仿真模塊庫（ power system blockset）主要是由加拿大的 hydro Quebec 和 tecsim international 公司共同開發(fā)的，其功能非常強(qiáng)大，可以用于電路電子系統(tǒng)，電機(jī)系統(tǒng)，電力傳輸系統(tǒng)等領(lǐng)域的仿真，提供一種類似電路搭建的方法用于系統(tǒng)模擬的繪制。 在 matlab 命令窗口中給出 simulink 命令，或單擊 matlab 工具欄的 simulink 圖標(biāo)則可打開 simulink 模型庫窗口 。 圖 Simulink 模型庫界面 （ 1）：連續(xù)模塊組及其用途 連續(xù)模塊組包括的主要模塊及其圖標(biāo) 如圖所示 第 6 頁 共 49 頁 圖 連續(xù)模塊組 表 模塊名稱 模塊用途 Derivative 對信號輸入進(jìn)行微分 Integrator 對信號輸入進(jìn)行微分 Memory 輸出本模塊上一步的輸入值 StateSpace 建立一個線性狀態(tài)空間模型 Transfer F 建立一個線性傳遞函數(shù)模型 Transport Delay 對輸入信號進(jìn)行給定量的延遲 Varible Transport Dalay 對輸入信號進(jìn)行不定量的延遲 ZerpPole 以零極點(diǎn)形式建立一個傳遞函數(shù) 模型 （ 2）：離散模塊組及其用途 第 7 頁 共 49 頁 圖 表 模塊名稱 模塊用途 模塊名稱 模塊用途 Discrete 建立離散濾波器 DiscreteTime Intergrater 對一個信號進(jìn)行離散時間積分 Discrete StateSpace 建立一個離散狀態(tài)空間模型 FirstOrder Hold 建立一階采樣保持器 Discrete Transrer F 建立一個離散傳遞函數(shù) Unit Delay 對采樣信號保持，延遲一個采樣周期 Discrete ZeroPole 建立一個零極點(diǎn)形式離散傳遞函數(shù) ZeroOrder Hold 建立零階保持器 （ 3）：函數(shù)與表模塊組及其用途 第 8 頁 共 49 頁 圖 表 模塊名稱 模塊用途 模塊名稱 模塊用途 LookUp Table 建立一維輸入信號巡查表 F 求取輸入信號的熟悉函數(shù)值 LookUp Table(2D) 建立兩維輸入信號巡查表 MATLAB F 用 MATLAB現(xiàn)有函數(shù)運(yùn)算 LookUp Table(nD) 建立 n 維輸入信號巡查表 SFunction 調(diào)用 s 函數(shù)的程序 proLookUp Index Search 查找輸入信號所在范圍 SFunction Builder S 函數(shù)生成器 Interpolation(nD)using PreLookUp 對輸入信號進(jìn)行內(nèi)差運(yùn)算 Polynomial 多項式求值 Direct LookUpTable(nD) 從表中選擇數(shù)據(jù) （ 4）：數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊組 （ 5）：非線性系統(tǒng)模塊組 （ 6）：信號與系統(tǒng)模塊組 （ 7）：模塊組輸出及 （ 8）：輸入源模塊組 第 9 頁 共 49 頁 POWER SYSTEM 簡介 在 MATLAB 命令窗口中鍵入 powerlib 命令，則可以得到下圖的模塊庫。當(dāng)然，電力系統(tǒng)模塊庫還可以從 Smulink模塊瀏覽窗口中直接啟動。 在該模塊庫中有很多模塊組，主要有電源（ Electrical sources），元件（ Elements），電力電子（ Power Electronics），電機(jī)系統(tǒng)（ Machines） ,連接器（ Conectors），測量（ Measuements），附加（ Extras），演示（ Demos）模塊組等。 圖 Smulink模塊庫 （ 1）：電源（ Electrical sources）模塊組 電源模塊組包括直流電壓源，交流電壓源，交流電流源，受控電壓源和受控電流源基本模塊等。 圖 （ Electrical sources）模塊組 （ 2）：測量（ Measuements）模塊組 測量模塊組包括電壓表，電流表，阻抗表，多用表模塊組和各種附加的子模塊組等基本模塊。 第 10 頁 共 49 頁 圖 （ Measuements）模塊組 （ 3）：元件（ Elements）模塊組 元件模塊組包括各種電阻，電容，電感元件，各種變壓器元件，另外還有一個附加的三相件子模塊組 。 圖 （ Elements）模塊組 （ 4）：電力電子（ Power Electronics）模塊組 電力電子模塊組包括理想開關(guān)，二極管， 晶閘管 ，可關(guān)斷晶閘管，功率 MOS 效應(yīng)管，絕緣門極晶體管等模塊。 圖 （ Power Electronics）模塊組 （ 5）：電機(jī)系統(tǒng)（ Machines） 模塊組 電動機(jī)系統(tǒng)模塊組包括簡單同步電動機(jī)，永磁同步電動機(jī)，直流電動機(jī)，異步電動機(jī)，汽輪機(jī)和調(diào)節(jié)器等模塊。 第 11 頁 共 49 頁 圖 （ Machines） 模塊組 （ 6）：連接器（ Conectors）模塊組 連接器模塊組包括 10個常用的連接器模塊。 （ 7）：附加（ Extras），演示（ Demos）模塊組 演示模塊組主要是提供一些演示事例。 附加模塊組則包括了上述各模塊組中的各個附加子模塊組。 圖 （ Extras），演示（ Demos）模塊組 圖 附加測量（ Measuements）子模塊組 第 12 頁 共 49 頁 圖 離散型附加測量（ Discrete Measurements）子模塊組 圖 附加控制（ Control Blocks）子模塊組 以上我們簡要介紹了 MATLAB的 Simulink和 Power System模塊庫所包含的模塊內(nèi)容。 研究的目標(biāo)、內(nèi)容 我們知道，在工程實(shí)際中， 有源逆變電路 的結(jié)構(gòu)往往很復(fù)雜，如果不借助專用的系統(tǒng)建模軟件，則很難準(zhǔn)確地把一個 有源逆變電路 的復(fù)雜模型 進(jìn)行分析 ， MATLAB 語言是一種功能強(qiáng)大的計算機(jī)輔助設(shè)計和仿真語言，尤其它提供的 SIMULINK仿真工具具有圖形化、模塊化的界面，易于實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的仿真，因而倍受人們的青睞。 本論文的目標(biāo)、內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵問題 1. 單相橋式 全控整流及 有源逆變電路 的建模與 仿真 2. 三相半波有源逆變電路的建模與仿真 3. 三 相橋式有源逆變電路的建模與仿真 第 13 頁 共 49 頁 2 有源逆變電路的 結(jié)構(gòu)及原理 單相橋式有源逆變電路 在實(shí)際 生活 中，往往會出現(xiàn)需要將直流電能變換為交流電能的情況。例如，應(yīng)用晶閘管的電力機(jī)車，當(dāng)機(jī)車下坡運(yùn)行時，機(jī)車上的直流電機(jī)將由于機(jī)械能的作用作為直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，此時就需要將 直流電能變換為交流電能回送電網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)制動。又如，運(yùn)轉(zhuǎn)中的直流電機(jī)，要實(shí)現(xiàn)快速制動，較理想的辦法是將該直流電機(jī)作為直流發(fā)電機(jī)運(yùn)行，并利用晶閘管將直流電能變換為交流電能回送電網(wǎng)，從而實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的發(fā)電機(jī)制動。 相對于整流而言，逆 變是它的逆過程 。整 流裝置在滿足一定條件下可以作為逆變裝置應(yīng)用。即同一套電路， 既可以工作在整流狀態(tài)，也可以工作在逆變狀態(tài)， 這樣的電路統(tǒng)稱為變流裝置。 變流裝置如果工作在逆變狀態(tài)，其交流側(cè)接在交流電網(wǎng)上， 電網(wǎng)成為負(fù)載， 在運(yùn)行中將直流電能變換為交流電能并回送到電網(wǎng)中去， 這樣的逆變 過程就 稱為 “ 有源逆變 ” 。 （ a）同極性連接 E1E2； (b) 同極性連接 E2E1； (c) 反極性連接 圖 兩個電源間能量的傳送 （ 1） 圖 (a)表示直流電源 E1和 E2同極性相連。當(dāng) E1＞ E2時， 回路中的電流為 REEI 21 ?? (1) 式中 R為回路的總電阻。此時電源 E1輸出電能 E1I，其中一部分為 R所消耗的 I2R，其余部分則為電源 E2所吸收的 E2I。 注意上述情況中，輸出電能的電源其電勢方向與電流方向一致， 而吸收電能的電源則二者方向相反。 （ 2） 在圖 (b)中，兩個電源的極性均與圖 (a)中相反，但還是屬于兩個電源同極性相連的形式。如果電源 E2＞ E1，則電流方向如圖，回路中的電流 I為 REEI 12 ?? (2) 此時，電源 E2輸出電能，電源 E1吸收電能。 （ 3） 在圖 (c)中，兩個電源反極性相連， 則電路中的電流 I為 R IE 1 E