【正文】 第二章 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 3 第二章 觸發(fā)電路仿真軟件 電力系統(tǒng)仿真軟件 電力系統(tǒng)是一個大規(guī)模、時變的復(fù)雜系統(tǒng)，在國民經(jīng)濟中有非常重要的作用。 目前常用的電力系統(tǒng)仿真軟件有： ① 邦納維爾電力局 （ Bonneville Power Administration,BPA）開發(fā)的 BPA 程序和 EMTP 程序； ②曼妮托巴高壓直流輸電研究中心（ Manitoba HVDC Research Center）開發(fā)的PSCAD/EMTDC 程序； ③德國西門子公司研制的電力系統(tǒng)仿真軟件 NETOMAC； ④中國電力科學(xué)研究院 開發(fā)的電力系統(tǒng)分析綜合程序 PSASP； ⑤ MathWorks 公司開發(fā)的科學(xué)與工程計算軟件 MATLAB（ Matrix Laboratory，矩陣實驗室）。在國際學(xué)術(shù)界， MATLAB 已經(jīng)被確認(rèn)為準(zhǔn)確、可靠地科學(xué)計算標(biāo)準(zhǔn)軟件。 在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門， MATLAB 被認(rèn)為是進行高效研究和開發(fā)的首選軟件工具。該模塊集包含了大量的電力系統(tǒng)的常用元器件，并將它作為高效的仿真分析軟件。但是他并不像增加學(xué)生的編程負(fù)擔(dān)，因此，設(shè)計了一組調(diào)用 LINPACK 和 EISPACK 庫程序的“ 通俗易用”的接口，并命名為 MATLAB，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個維數(shù)不加限制的矩陣。因此，一兩年后， MATLAB 在應(yīng)用數(shù)學(xué)的團體中流行了起來。 MATLAB 的第一個商業(yè)化版本是同年推出的基于 DOS 的 ，該版本已經(jīng)具有數(shù)值計算和數(shù)據(jù)圖示化的功能。 一直到 2020 年 10 月底推出了全新的 正式版，在操作界面上有了很大的改觀，同時還給出了程序發(fā)布窗口、實時信息窗口和變量管理窗口等，為用戶的使用提供了很大的方便；在計算內(nèi)核上拋棄了其一直使用的 LINPACK 和 EISPACK，而采用了更具有優(yōu)勢的 LAPACK 軟件包和 FFTW 系統(tǒng)，速度變得更快，數(shù)值性能也很好；在用戶圖形界面設(shè)計上也更趨合理；與 C 語言接口及轉(zhuǎn)換的兼容性也更強?，F(xiàn)在的MATLAB 再也不是一個簡單的矩陣實驗室了，它已經(jīng)演變成一個具有廣泛應(yīng)用前景的全新的計算機高級匯編語言，其功能也越來越大，并不斷地根據(jù)科研需求提出新的解決方法。 SIMULAB 包括仿真平臺和系統(tǒng)仿真模型庫兩部分，主要用于仿真以數(shù)學(xué)函數(shù)和傳遞函數(shù)表達的系統(tǒng)，它是 20 世紀(jì) 70 年代開發(fā)的連續(xù)系統(tǒng)仿真程序包（ CCS）的繼續(xù)。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 5 該軟件有兩個特別明顯的功能：仿真與鏈接。很明顯，這種做法使得一個原本很復(fù)雜的系統(tǒng)變得相當(dāng)容易輸入。 現(xiàn)在的 SIMULINK 都直接捆綁在 MATLAB 之 上 ， 版 本 也從 1993 年的，并且可以針對任何能夠用數(shù)學(xué)描述的系統(tǒng)進行建模，例如航空航天動力學(xué)系統(tǒng)，衛(wèi)星控制制導(dǎo)系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)， 船舶及汽車動力學(xué)系統(tǒng)等。 （ 2） SimPowerSystems 庫發(fā)展簡史 SimPowerSystems庫是 SIMULINK下面的一個專用的模塊庫，是在 SIMULINK 環(huán)境下進行電力，電子系統(tǒng)建模和仿真的先進工具。它為電路，電力電子系統(tǒng)，電機系統(tǒng)，發(fā)電，輸變電系統(tǒng)和配電計算提供了強有力的解決辦法，尤其是當(dāng)設(shè)計開發(fā)內(nèi)容涉及控制系統(tǒng)設(shè)計時，優(yōu)勢更為突出。該模塊集中包含電力系統(tǒng)常見元件和設(shè)備，以直觀易用的圖形方式對電力系統(tǒng)進行模型描述，并可與其他 SIMULINK 模塊相連，進行一體化的系統(tǒng) 級動態(tài)分 析。它明確表明 SIMULINK端口與電力線路段子端口之間的區(qū)別，并專門為電力系統(tǒng)物理建模提供了相關(guān)段子端口，強調(diào)不得講點理端口連接到SIMULINK 的輸入和輸出端口；規(guī)定 ，也可以只有SIMULINK 端口；還可以二者兼得，對早期 SimPowerSystems版本中的分析命令 進行重新命名。這些工具可以對發(fā)電，輸電和輸配電以及機電能量轉(zhuǎn)換的過程進行高效建模。隨著版本的不斷升級，它在數(shù)值計算及符號計算功能上得到了進一步的完善。 MATLAB 提供了一組可供用戶 操作函數(shù)和文件的具有圖形用戶界面的工具，包括 MATLAB 主界面、命令窗口、歷史命令、編輯和調(diào)試、在線瀏覽幫助、工作空間、搜索路徑設(shè)置等可視化工具窗口。 MATLAB 可驚醒包括基本函數(shù)、復(fù)雜算法、更高級的矩陣運算等非常豐富的數(shù)學(xué)應(yīng)用功能，特別適合矩陣代數(shù)領(lǐng)域。 ③編程語言簡高效。 MATLAB 既提供有結(jié) 構(gòu)化的控制語句，又有面向?qū)ο缶幊痰奶匦?。程序限制不?yán)格，程序設(shè)計自由度大，并有很強的用戶自定義函數(shù)的能力。正是這種能力為數(shù)據(jù)的圖形化表示 (即數(shù)據(jù)可視化 )提供了有力工具，使數(shù)據(jù)的展示更加形象生動，有利于揭示數(shù)沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第二章 電力系統(tǒng)仿真軟件介紹 7 據(jù)間的內(nèi)在關(guān)系。利用這些運算符可使一般高級語言中的循環(huán)結(jié)構(gòu)變成一個簡單的MATLAB 語句，再結(jié)合 MATLAB 豐富的庫函數(shù)可使程序變得相當(dāng)簡短，幾條語句即可代替數(shù)十行 C 語言或 Fortran 語言程序語句的功能。矩陣的加減乘除、乘方開方、指數(shù)對數(shù)等運算，都有一套專門的運算符或運算函數(shù)。 ②但是 MATLAB 還是有一定的缺點的。由于 MATLAB 的程序不用編譯等預(yù)處理，也不生成可執(zhí)行文件，程序為解釋執(zhí)行，因此速度較慢。 SIMULINK 準(zhǔn)備有數(shù) 百種福定義的系統(tǒng)環(huán)節(jié)模型、最先進的有效積分算法和直觀的圖示化工具。 SIMULINK 具有如下的特點： ①建立動態(tài)的系統(tǒng)模型并進行仿真。由于支持線性、非線性、連續(xù)、離散、多變量和混合式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， SIMULINK 幾乎可分析任何一種類型的真實動態(tài)系統(tǒng)。利用 SIMULINK 可視化的建模方式，可迅速地建立 動態(tài)系統(tǒng)的框圖模型。 SIMULINK 標(biāo)準(zhǔn)庫擁有超過 150 中，可用于構(gòu)成各種不同種類的動態(tài)模型系統(tǒng)。 SIMULINK 模塊可以被設(shè)定為觸發(fā)和使能的，用于模擬大模型系統(tǒng)中存在條件作用的子模型的行為。 SIMULINK 模塊庫是可制定的，能夠擴展以包容用戶自定義的系統(tǒng)環(huán)節(jié)模塊。 SIMULINK 允許用戶吧自己編寫的 C、FORTRAN、 Ada 代碼直接植入 SIMULINK 模型中。 SIMULINK 優(yōu)秀的積分算法給非線性系統(tǒng)仿真帶來了極高的精度。 SIMULINK 的求解器能確保連續(xù)系統(tǒng)或離散系統(tǒng)的仿真速度、準(zhǔn)確地進行。 ⑤分層 次的表達復(fù)雜系統(tǒng)。根據(jù)需要，各種模塊可以組織成若干子系統(tǒng)。子模型的層次數(shù)量完全取決于所構(gòu)建的系統(tǒng)，不受軟件本身的限制。 ⑥交互式的仿真分析。這種交互式的特征可以幫助用戶快速 的評估不同的算法，進行參數(shù)優(yōu)化。 （ 3） SimPowerSystems 庫的特點 使用標(biāo)準(zhǔn)的電氣符號進行電力系統(tǒng)的拓?fù)鋱D形建模和仿真。 ②使用 SIMULINK 強有力的變步長積分器和零點越檢測功能，給出高度精確的 電力系統(tǒng)仿真計算結(jié)果。這一特性能夠顯著提高仿真計算的速度 —— 尤其是那些帶有電力電子設(shè)備的模型。 ④利用 Powergui 交互式工具模塊可以修改模型的初始狀態(tài)，從任何起始條件開始進行仿真分析，例如計算電路的狀態(tài)空間表達、計算電流和電壓的穩(wěn)態(tài)解、設(shè)定或回復(fù)初始電流 /電壓狀態(tài)、電力系統(tǒng)的潮流計算等。 ⑥提供大量功能演示模型，課直接運行仿真或進行案列學(xué)習(xí)。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路 10 第三章 晶閘管的基本理論 晶閘管的工作原理 晶閘管是一種大功率 PNPN 四層半導(dǎo)體元件，具有三個 PN 結(jié)，引出三個極，陽極 A、 陰極 K、門極（控制極） G，其外形及符號如圖 11 所示，各管腳名稱（陽極 A、陰極 K、 具有控制作用的門極 G）標(biāo)于圖 31 中。說明晶閘 管像整流二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。這是二極管所不具備的。這就是晶閘管閘流特性，即可控特性。 晶閘管的工作過程 晶閘管是四層三端器件，它有 J J J3 三個 PN 結(jié)圖 1，可以把它中間的 NP分成兩部分，構(gòu)成一個 PNP 型三極管和一個 NPN 型三極管的復(fù)合管。 圖 2 中每個晶體管的集電極電流同時就是另一個晶體管的基極電流。 設(shè) PNP 管和 NPN 管的集電極電流相應(yīng)為 Ic1 和 Ic2；發(fā)射極電流相應(yīng)為 Ia 和 Ik；電流放大系數(shù)相應(yīng)為 a1=Ic1/Ia 和 a2=Ic2/Ik，設(shè)流過 J2 結(jié)的反相漏電電流為 Ic0, 晶閘管的陽極電流等于兩管的集電極電流和漏電流的總和： Ia=Ic1+Ic2+Ic0 或 Ia=a1Ia+a2Ik+Ic0 （ 31） 若門極電流為 Ig,則晶閘管陰極電流為 Ik=Ia+Ig,從而可以得出晶閘管陽極電流為： I=(Ic0+Iga2)/（ 1（ a1+a2）） （ 32） 硅 PNP管和硅 NPN 管相應(yīng)的電流放大系數(shù) a1 和 a2 隨其發(fā)射極電流的改變而急劇變化 . 當(dāng)晶閘管承受正向陽極電壓，而門極未受電壓的情況下，式（ 32）中， Ig=0,(a1+a2)很小，故晶閘管的陽極電流 Ia≈ Ic0 晶閘關(guān)處于正向阻斷狀態(tài)。這樣強烈的正反饋過程迅速進行。晶閘管已處于正向?qū)顟B(tài)。晶閘管在導(dǎo)通后，門極已失去作用。 晶閘管的伏安特性 正向伏安特性與二極管正向伏安特性不同，晶閘管在門極開路時，及時世家一定的正向陽極電壓，期間也處于阻斷狀態(tài)，但是當(dāng)正向電壓超過器件允許的最高電壓FBU 時，內(nèi)部 2J 結(jié)被擊穿，時器件進入考挺狀態(tài)，這造成器件的失效，這一電壓被定義為晶閘管正向阻斷電壓，或正向轉(zhuǎn)折電壓。 反向伏安特性當(dāng)晶閘管承受反向陽極電壓時，由于 31 JJ， 結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，晶閘管流過的電流僅由各區(qū)少數(shù)載流子 形成，因此非常小，這就是器件的反向阻斷狀態(tài)，隨著反向電壓的增加，穿過 2J 結(jié)的少數(shù)載流子稍有增大，反向漏電流稍有增大。 沈陽化工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 第四章 單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路 13 第四章 單結(jié)晶體管的觸發(fā)電路 單結(jié)晶體管簡介 只有一個 PN 節(jié)作為發(fā)射極而有兩個基極的三端半導(dǎo)體器件，早期稱為雙基極二極管。當(dāng)基極 B1 和 B2 之間加上電壓時，電流從 B2 流向 B1,并在結(jié)處基區(qū)對 B1 的電勢形成反偏狀態(tài)。一旦正偏狀態(tài)出現(xiàn)，便有大量空穴注入基區(qū)，使發(fā)射極和 B1 之間的電阻減小，電流增大，電勢降低，并保持導(dǎo)通狀態(tài)，改變兩個基極間的偏置或改變發(fā)射極信號才能使器件恢復(fù)原始狀態(tài)。 單結(jié)晶體管的伏安特性