电力电子电路典型环节的MATLAB仿真开题报告

1. 研究目的与意义

通过matlab的仿真设计，可以将电力电子中抽象的、复杂的理论知识变得直观、简单易行，利用matlab工具箱作仿真,学生能较快地理解课程理论,并可以初步学会用仿真来分析电力电子问题的技能。通过对仿真结果的分析就可以对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和设计过程。

通过仿真，能够以直观易用的图像方式对电气系统进行模型描述。还可以通过仿真来验证一些特殊情况下波形分析的正确性,从而更好地理解一些概念和理论，这也正是论文研究的目的和意义所在。

matlab/simulink软件在建立各电路的仿真模型时，需对各个模块和系统内部的参数进行设置，例如仿真算法、电子器件的选择和电源幅值和频率等，最终实现电力电子系统在matlab中的仿真。仿真结果和理论分析结果相一致，验证仿真建模的有效性和正确性。

2. 课题关键问题和重难点

matlab中提供的simpowersystems是进行电力电子系统仿真的理想工具，对于其中的模块的理解和选择及设定参数。如：三相桥式全控整流电路的仿真使用matlab模型库中提供了通用桥(universal bridge)和同步6脉冲触发器(synchronized 6-pulse generator)，使得相控电路的模型搭建很容易。6脉冲触发器的同步电压要求是线电压，因此用电压测量模块将相电压转为线电压。在触发模块的参数设定中，频率选为与电源频率一致(例如50hz)，并选双脉冲触发形式。

利用降压（buck）变换器和升压（boost）变换器的仿真，理解斩波变换电路的基本手段都是通过开关器件的通断，使带有滤波器的负载线路与直流电源一会儿接通，一会儿断开，在负载上得到另一个等级的直流电压。

技术难点有：基于pwm控制的逆变器的仿真。

3. 国内外研究现状（文献综述）

电力电子技术综合了微电子、电路、自动控制等多学科知识，是电能变换与控制的核心技术，在工业、能源、交通、国防等各个领域发挥着越来越重要的作用。根据参考文献[1]，由于使用MATLAB编程运算与进行科学计算的思路和表达方式完全一致，所以不像学习Basic、Fortran和C等其它高级语言那样难于掌握。用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。在这个环境下，对所要求解的问题，用户只需简单地列出数学表达式，其结果便会由MATLAB以数值或图形的方式显示出来。 然而，根据参考文献[2]，由于电力电子器件所固有的非线性特性，使得对电力电子电路及系统的分析十分困难。现代计算机仿真技术为电力电子电路及系统的分析提供了有效的方法，大大简化了电力电子的分析与设计过程。成为相关专业学生和工程技术人员学习和研究的重要手段。但是，复杂的数学模型、数值计算及编程过程仍然需要耗费巨大的工作量，这些都阻碍了计算机仿真技术的应用。为此，出现了PSPICE、SABER、MATLAB等适用于电力电子仿真的专用仿真软件。这些软件将各种功能子程序模块化，提供了完善的部件模型，用户只需简单的操作便可完成给定系统的仿真模型设计，成为广大学生和工程技术人员在学习、科研和开发过程中的必备工具。参考文献[3]提到，电力电子技术的应用非常广泛，工业应用：电解电镀，电气传动，加热淬火，冶炼和焊接。能源电力：输配发电，电能质量控制。交通运输：电力机车和城市轨道交通，汽车和舰船。办公照明，办公自动化和家电，航空航天。早期的MATLAB软件主要用于数值计算及控制系统的仿真和分析，经过多年不断地扩展，目前涉及通信、信号处理、电气工程、人工智能等诸多领域，已经成为风靡全球的科学计算软件。MATLAB中提供的PowerSystems是进行电力电子系统仿真的理想工具，与其他仿真软件进行器件级别的仿真分析不同，PowerSystems中的模型更加关注器件的外特性，易于与控制系统相连接。使用这些模块进行仿真能够简化编程工作，以直观易用的图形方式对电力电子电路进行模型描述。根据文献[5]，为了仿真电力电路系统，通常使用SPICE（面向电路的仿真器）来实现。这种仿真器对仿真大型电力电子系统不方便，尤其对系统包含控制系统环节的更不方便。Simulink的SimpowerSystems是专业电力电子和电气传动系统仿真设计的，包含有少数开关装置和简单电力电子转换器，转换器的开关器件是基于有V-B-L支路组成的微型结构，卫视开关器件正常工作，在开关器件两端并接R.C吸收电路。SMUPEC是一个模型化的软件包，能互动处理电力电子图，并生成D文件作为Simulink子函数模型。本文主要研究了电力电子电路典型环节的MATLAB仿真系统设计，仿真结果的运行效果证实了本文设计的准确性和实用性，取得了比较满意的效果。应用Matlab／Simulink仿真设计的方法来对电力电子电路进行分析和计算，避免了常规分析方法中烦琐的绘图和计算过程, 得到了一种较为直观、快捷分析电路的新方法。不仅可以节约计算时间、方便修改和调试参数，而且还可以非常直观地观察和测量模型电路中的电压、电流等物理量的实时变化区线。主要参考文献：[1] 林飞,杜欣. 电力电子应用技术的MATLAB仿真[M]. 北京：中国电力出版社，2008.[2] 王兆安,黄俊. 电力电子技术[M]. 5版，北京：机械工业出版社，2009.[3] 洪乃刚,陈坚. 电力电子技术基础[M]北京：清华大学出版社，2008[4] Power System Blockset User′s Guide[M]. Version2.the Math Work Inc,2000.[5] 苏海滨,王继东. 基于Simulink/MATLAB电力电子系统仿真设计[J]. 华北水利水电学院学报, 2007，第01期.

4. 研究方案

1.MATLAB/SIMULIK基础知识:关于MATLAB组成部分和电力系统模块库的介绍2.整流电路的SIMULINK仿真设计：单相三相桥式整流电路的仿真3.斩波电路的SIMULINK仿真设计：降压升压斩波电路的仿真4.仿真调试：仿真调试的模型建立和仿真参数设置和仿真运行和观测仿真结果

5. 工作计划

第1周 论文前期调研，借阅或下载相关的资料，复习电力电子技术等专业知识，了解与课题相关的研究文献和方法，熟悉matlab软件，完成英文翻译。

第2周 完成英文翻译的word文档及开题报告的初稿。

第3周 完成开题报告word文档明确课题的关键技术和难点所在。