【正文】 謝謝顏老師，祝您身體健康，工作順利! 在中國(guó)石油大學(xué)學(xué)習(xí)期間，信息與控制工程學(xué)院的各位老師對(duì)我的精心教誨和指導(dǎo)，同學(xué)們對(duì)我不吝鼓勵(lì)和幫助，使我受益匪淺，在此一一作謝! 在四年的生活和學(xué)習(xí)中，感謝我的父母、家人和舍友，是他們?cè)诓粩喙膭?lì)我克服困難、積極上進(jìn)、做好每一件事。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，顏老師提出了許多寶貴意見(jiàn)，并給予了認(rèn)真的指導(dǎo)。顏老師具有深厚的理論功底、淵博的知識(shí)層面、豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。電力電子系統(tǒng)仿真軟件也將逐步向全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真和大規(guī)模實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)方向發(fā)展。隨著仿真技術(shù)在電力科學(xué)研究中的普及和發(fā)展,使用基于圖形界面仿真建模方式的仿真軟件Matlab適用范圍極廣,幾乎可用于所有工程領(lǐng)域的仿真[7]。這對(duì)于電路工作狀態(tài)分析和電路設(shè)計(jì)指導(dǎo)都有很大幫助,尤其是Simulink在復(fù)雜的具有各種控制策略的電力電子系統(tǒng)方面有很大潛力。通過(guò)對(duì)仿真結(jié)果分析就可以將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)或?qū)?有關(guān)參數(shù)進(jìn)行修改使系統(tǒng)達(dá)到要求的結(jié)果和性能，這樣就大大加快了系統(tǒng)的分析或設(shè)計(jì)過(guò)程[6] 。利用該方法還能對(duì)非常復(fù)雜的電路、電力電子變流系統(tǒng)、電力拖動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真。通過(guò)仿真可以直觀的研究線路無(wú)功補(bǔ)償量與LC參數(shù)的關(guān)系和控制相關(guān)的問(wèn)題。零狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊情況，以及穩(wěn)態(tài)電流波形。時(shí)TCR電路的負(fù)載相電流波形。圖59(a)給出了α為120176。配以固定電容器，就可在從容性到感性的范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)無(wú)功功率，稱為靜止無(wú)功補(bǔ)償裝置(Static Var Campensator—SVC），用來(lái)對(duì)無(wú)功功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，以補(bǔ)償電壓波動(dòng)或閃變。 （a） (b)圖59 三相交流調(diào)壓器輸出波形α=120176。建立其仿真模型?？刂芶 角可連續(xù)調(diào)節(jié)流過(guò)電抗器的 圖57 原理圖電流，從而調(diào)節(jié)無(wú)功功率，移相范圍為90176。 支路控制三角形聯(lián)結(jié)調(diào)壓器由三個(gè)單相交流調(diào)壓電路組成，分別在不同的線電壓作用下工作。時(shí)輸出從圖56（a）的三相波形中可以看到，在調(diào)壓器三相的各相中都有一個(gè)晶閘管導(dǎo)通區(qū)間，輸出電壓（相電壓）應(yīng)為導(dǎo)通兩線電壓的1/2。 （a） (b) 圖56 α=30176。建立其仿真模型，為了觀察方便在觸發(fā)模塊的移相控制端介入了一個(gè)控制角與移相控制電壓的變化函數(shù)。其中星形聯(lián)結(jié)又有無(wú)中線和有中線兩種電路，三角形聯(lián)結(jié)有線路控制、支路控制和中點(diǎn)控制的不同電路。電路的輸入端In1是同步電壓輸入端，同步電壓經(jīng)延遲Relay環(huán)節(jié)產(chǎn)生與同步電壓正半周等寬的方波，該方波經(jīng)斜率設(shè)定產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波與移相控制電壓（輸入端In2）疊加調(diào)節(jié)鋸齒波的過(guò)零點(diǎn)，再經(jīng)延遲Relay產(chǎn)生前沿可調(diào)，后沿固定的晶閘管觸發(fā)脈沖。的寬脈沖觸發(fā)方式，以保證晶閘管能正常觸發(fā)。這是因?yàn)樽韪胸?fù)載電流滯后于電壓，因此如果控制角較小，在一個(gè)晶閘管電流尚未下降到零前，另一個(gè)晶閘管可能已經(jīng)觸發(fā)（但不能導(dǎo)通），一旦電流下降到零，如果另一個(gè)晶閘管的觸發(fā)脈沖還存在，則該晶閘管立即導(dǎo)通，使負(fù)載上電壓成為連續(xù)的正弦波，出現(xiàn)失控現(xiàn)象。1．調(diào)壓器輸出電壓和電流的正負(fù)半周是不連續(xù)的，在這范圍內(nèi)調(diào)節(jié)控制角，負(fù)載的電壓和電流將隨之變化。的位置在電源電壓過(guò)零的時(shí)刻。圖52 反并聯(lián)晶閘管分支電路交流調(diào)壓晶閘管控制角的移相范圍是180176。交流調(diào)壓線路有采用晶閘管器件的相位 圖51兩個(gè)晶閘管反并聯(lián)控制和采用全控元件的PWM控制兩種方式，這里主要介紹晶閘管控制的交流調(diào)壓電路。交交變頻是通過(guò)電力電子電路的開(kāi)關(guān)控制將工頻三相交流電改變?yōu)槠渌l率的單相或三相交流電，也稱直接變頻器和周波變流器，一般交交變頻器在改變頻率的同時(shí)也調(diào)節(jié)電壓的大小[3]。第5章 三相交流調(diào)壓的仿真 三相交流調(diào)壓仿真基礎(chǔ)交交變流包括交流調(diào)壓和交交變頻。說(shuō)明構(gòu)建的仿真模型的正確性。仿真波形如圖47所示。F。（3）IGBT和二極管的參數(shù)可以保持默認(rèn)值。 圖46 升壓斬波電路模型2. 在模型中設(shè)置仿真參數(shù)：（1）設(shè)置電源E電壓為200V，電阻的阻值為5Ω。設(shè)計(jì)一個(gè)直流升壓變流器，并選擇電感和電容參數(shù)值。直流升壓變流器的電感和電容的值設(shè)計(jì)，可以通過(guò)仿真來(lái)確定。在以上分析中，認(rèn)為V處于通態(tài)期間因電容C的作用使得輸出電壓Uo不變，但實(shí)際上C值不可能為無(wú)窮大，在此階段其向負(fù)載放電，U。負(fù)載側(cè)輸出電壓的平均值為: （42）式（42）中T為V開(kāi)關(guān)周期,為導(dǎo)通時(shí)間，為關(guān)斷時(shí)間。在電路中IGBT導(dǎo)通時(shí)，電流由E經(jīng)升壓電感L和V形成回路，電感L儲(chǔ)能；當(dāng)IGBT關(guān)斷時(shí)，電感產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)和直流電源電壓方向相同互相疊加，從而在負(fù)載側(cè) 圖45 原理圖得到高于電源的電壓，二極管的作用是阻斷IGBT導(dǎo)通是，電容的放電回路?？梢圆扇〉拇胧┦翘岣邤夭l率和電容濾波。由圖可知所設(shè)參數(shù)滿足降壓要求但是電壓的波動(dòng)很大。導(dǎo)通期間電感L釋放儲(chǔ)能，維持負(fù)載電流，電流下降（圖下部）。啟動(dòng)仿真，仿真波形如下。仿真步驟如下：（1） 在模型中設(shè)置參數(shù)，設(shè)置電源E電壓為200V，電阻的阻值為5Ω，脈沖發(fā)生器脈沖周期T=,脈沖寬度為50%，IGBT和二極管的參數(shù)可以保持默認(rèn)值。1. 設(shè)直流降壓變流器電源電壓E=200V，輸出電壓=100V，電阻負(fù)載為5Ω。圖42 降壓斬波電路模型在模型中采用了IGBT,IGBT的驅(qū)動(dòng)信號(hào)由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生，設(shè)定脈沖發(fā)生器的脈沖周期和脈沖寬度可以調(diào)節(jié)脈沖占空比。降壓變流器的主電路的設(shè)計(jì)除要選擇開(kāi)關(guān)器件和二極管外，還需要確定電感L的參數(shù)，電感參數(shù)的計(jì)算是復(fù)雜的，但采用仿真很方便。（2） 保持開(kāi)關(guān)導(dǎo)通時(shí)間不變，改變開(kāi)關(guān)周期T,稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。負(fù)載側(cè)輸出電壓的平均值為： （41）式（41）中T為V開(kāi)關(guān)周期,為導(dǎo)通時(shí)間，為占空比。在開(kāi)關(guān)器件V導(dǎo)通時(shí)，有電流經(jīng)電感L向負(fù)載供電，在V關(guān)斷時(shí)，電感L釋放儲(chǔ)能，維持負(fù)載電流，電流經(jīng) 圖41 原理圖負(fù)載和二極管VD形成回路。它有多種類型，這里主要介紹降壓變流器、升壓變流器的仿真[7]。第4章 直流斬波電路的仿真直流斬波電路（DC Chopper）是一種將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電的電路。如果繼續(xù)增大至120176。變壓器二次側(cè)b相和c相電流的波形與變壓器二次側(cè)a相電流的波形相同，只是相位不同，依次相差120176。期間，ia為正，若ia波形的形狀與同時(shí)段的ud波形相同，在VT4處于通態(tài)的120176。處于斷態(tài)，由于負(fù)載為電阻，故晶閘管處于通態(tài)時(shí)的電流波形與相應(yīng)時(shí)段的ud波形相同。圖315 整流變壓器二次側(cè)各相電流波形圖315中整流變壓器二次側(cè)各相電流波反映了晶閘管中流過(guò)電流的波形，由此波形可以看出，晶閘管一周期中有120176。因?yàn)槭请娮柝?fù)載，整流后的電壓和電流波形相同，但幅值不同。整流電壓平均值如圖313所示與理論計(jì)算值：相符。啟動(dòng)仿真得到波形圖如下。3．仿真并觀察結(jié)果。取雙脈沖觸發(fā)方式。4）三相晶閘管整流器參數(shù)設(shè)置：使用默認(rèn)值。 2) 整流變壓器參數(shù)設(shè)置：一次繞組聯(lián)結(jié)(winding 1 connection)選擇Delta（D11)，線電壓為=220V=380V；二次繞組聯(lián)結(jié)(winding 2 connection)選擇Y，線電壓為100V=173V，在要求不高時(shí)變壓器容量、互感等其他參數(shù)保持默認(rèn)不變。)設(shè)置模型參數(shù)如下： 1) 電源參數(shù)設(shè)置：三相電源的電壓峰值為220V，可表示為“220*sqrt（2)”，頻率為50Hz，相位分別為0、120176。（2）提取電路與器件模塊，組成上述電路的主要元件有交流電源，晶閘管、RLC負(fù)載等。觸發(fā)，將電源交流電整流為直流電。完整的三相橋式全控整流電路由整流變壓器，6個(gè)橋式連接的晶閘管、負(fù)載、觸發(fā)器和同步環(huán)節(jié)組成?？傻帽纠休敵鲋绷麟妷簽椋号c仿真結(jié)果相符合。時(shí)，u波形中正負(fù)而積相等，ud的平均值為零。當(dāng)u2過(guò)零時(shí)，由于電感的存在，阻止電流下降，因而VT1繼續(xù)導(dǎo)通，直到下一相晶閘管VT2的觸發(fā)脈沖到來(lái)，才發(fā)生換流，由VT2導(dǎo)通向負(fù)載供電，同時(shí)向VT1施加反壓使其關(guān)斷。時(shí)（如a=60176。啟動(dòng)仿真，其波形如下圖310 輸出電壓、電流及電壓平均值波形從上圖波形可以看出此電路特點(diǎn)：阻感負(fù)載，L值很大，id波形基本平直。圖39 三相半波可控整流電路模型其參數(shù)設(shè)置為三相交流電源為220V(有效值)相位互差120176。三個(gè)晶閘管分別接入a、b、c三相電源，其陰極連接在一起—共陰極接法。本節(jié)主要對(duì)三相半波可控整流電路，三相橋式全控整流電路進(jìn)行仿真分析。其交流側(cè)由三相電源供電。因此改變晶閘管觸發(fā)角度則可觀察不同觸發(fā)角下到各種波形。其輸出直流電壓值由下可得:與仿真結(jié)果相同。VT2和VT3導(dǎo)通后，u2通過(guò)VT2和VT3分別向VT1和VT4施加反壓使其關(guān)斷，流過(guò)VT1和VT4的電流迅速轉(zhuǎn)移到VT1和VT3上，此過(guò)程稱為換相，亦稱換流。U2過(guò)零變負(fù)時(shí)，由于電感的作用晶閘管VT1和VT4中仍流過(guò)電流Id，并不關(guān)斷。其波形如圖37所示。圖36 單相橋式全控整流電路模型=220V(有效值)，R=10Ω, L=,晶閘管參數(shù)為默認(rèn)值。VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在u2負(fù)半周承受電壓u2，得到觸發(fā)脈沖即導(dǎo)通， 圖35 原理圖當(dāng)u2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。 單相橋式可控整流電路單相橋式全控整流電路帶電阻感負(fù)載時(shí)的原理接線圖如圖35所示。其輸出直流電壓：與仿真輸出直流電壓值相同。因?yàn)槭请娮柝?fù)載整流后，電壓與電流成正比，兩者波形相同。VT的a 移相范圍為180176。α=30176。表31 元器件名稱及路徑元器件名稱提取元器件路徑交流電源ACPower system blockset/electrical sources /Acvoltage source晶閘管TPower system blockset/power electronics/thyristorRLC串聯(lián)電路Power system blockset/elements/series RLC branch脈沖發(fā)生器Simulink/source/pulse generator中性節(jié)點(diǎn)Power system blockset/connectors/neutral（3）將器件建立系統(tǒng)模型圖如下圖32 單相半波可控整流電路模型2. 仿真參數(shù)的設(shè)置電源電壓為220V(有效值)、頻率50Hz，晶閘管參數(shù)為默認(rèn)值；，采用變步長(zhǎng)算法ode23tb(stiff／TR．BDF2)。在變壓器二次側(cè)電壓的正半周觸發(fā)晶閘管VT，則在負(fù)載上可以得到方向不變的直流電，改變 圖31 原理圖 晶閘管的控制角可以調(diào)節(jié)輸出直流電壓和電流的大小，該電路的仿真過(guò)程可以分為建立仿真模型，設(shè)置模型參數(shù)和觀測(cè)仿真結(jié)果等幾個(gè)主要階段，敘述如下：1. 建立仿真模型（1）首先建立一個(gè)仿真的新文件，命名為sanquan。switch valcase 1 open a case 2 open