1、目錄緒論.2第1章 MATLAB簡介.3 1.1 MATLAB電力工具箱簡介.3 1.2 MATLAB集成環(huán)境.3 1.3 SIMLINK 仿真基礎.4第二章 基于MATLAB的晶閘管單相交流調壓電路仿真.4 2.1 電壓電流分析.4 2.2 諧波分析.6第3章 單相交流調壓電路參數設置.7 3.1 單相交流調壓電路介紹.7 3.2 單相交流調壓電流電路仿真模型建立.8 3.3 模型仿真參數設置.8第4章 單相交流電路仿真.12 4.1 當=30°時模型的仿真.12 4.2 當=60°時模型的仿真.14 4.3 當=90°時模型的仿真.16 4.4 當=120&#

2、176;時模型的仿真.17 4.5 當=150°時模型的仿真.19 4.6 仿真結果分析.20第五章 MATLAB在電力系統(tǒng)中應用學.20參考文獻.21緒論摘要：MATLAB是由美國的Clever Moler博士于1980年開發(fā)的，初衷是為解決“線性代數”課程的矩陣運算問題。后來又被MathWorks公司商業(yè)化，用于算法開發(fā)、數據分析及數值計算等，主要包括MATLAB和Simulink兩部分。 MATLAB是Matrix Laboratory 的簡稱，發(fā)展迅速。目前，MATLAB 已經成為國際上最流行的科學與工程計算的軟件工具，現在的 MATLAB 已經不僅僅是一個“矩陣實驗室”了，

3、它已經成為了一種具有廣泛應用前景的全新的計算機高級編程語言，有人稱它為“第四代”計算機語言，它在國內外高校和研究部門正扮演著重要的角色。 MATLAB作為一種高效的科學及工程計算語言，它可以將計算過程、可視化以及編程等功能集于一體，為我們方便地服務。迄今為止，MATLAB已經廣泛應用在數學分析、計算、自動控制、系統(tǒng)仿真、數字信號處理、圖像處理、數理統(tǒng)計、通信工程、金融 系統(tǒng)和電力系統(tǒng)分析等領域，而且越來越受到使用者的喜愛，為我們的工作創(chuàng)造了很大的便利。第一章 MATLAB簡介1.1 MATLAB電力工具箱簡介 MATLAB在電力系統(tǒng)建模和仿真的過程主要由電力系統(tǒng)仿真模塊（SimPowerSys

4、tem Blockset簡稱為PSB模塊）來完成。PSB模塊主要包括電源模塊庫（Electrical Source）、 電器元件庫（ Elements）、電機模塊庫（ Machines）、電力電子模塊庫（Power Electronics）、 測量模塊庫（Measurements）、相量元素模塊（Phasor Elements）等。這些總的模塊又各 自包括很多對應的元器件，我們將這些元器件拖拽到“模型編輯窗口”之后，通過我們構 建的模型進行連線，做完準備工作后我們就可以進行整個系統(tǒng)的仿真。 電力電子技術綜合了電子電路、電機拖動、計算機控制等多學科知識，是一門實踐性和應用形很強的課程。由于電力電

5、子器件自身的開關非線性，給電力電子電路的分析帶來了一定的復雜性和困難，一般常用波形分析的方法來研究。仿真技術為電力電子電路的分析提供了嶄新的方法。 我們在電力電子技術課程的教學中引入了仿真，對于加深學生對這門課程的理解起到了良好的作用。掌握了仿真的方法，學生的想法可以通過仿真來驗證，對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力很有意義，并且可以調動學生的積極性。實驗實訓是本課程的重要組成部分，學校的實驗實訓條件畢竟是有限的，也受到學時的限制。而仿真實訓不受時間、空間和物質條件的限制，學生可以在課外自行上機。仿真在促進教學改革、加強學生能力培養(yǎng)方面起到了積極的推動作用。1.2 MATLAB集成環(huán)境 安裝完MATLAB之

6、后，一般有兩種方法可以啟動它，可以單擊開始程序MATLAB MATLAB 7.10.0，也可以直接雙擊桌面上的MATLAB圖標。下面是進入后的MATLAB界面, 即MATLAB命令窗口。注意,首次進入時,MATLAB可能打開了多個窗口,這是關閉其它窗口后退出MATLAB，然后重新進入MATLAB的顯示畫面。如下圖1.1所示，即為MATLAB集成環(huán)境的界面。圖1.1 MATLAB集成環(huán)境1.3 SIMLINK 仿真基礎 SIMLINK 是MATLAB軟件的擴展，它是實現動態(tài)系統(tǒng) 建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結

7、果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構建，而非語言的編程上。 所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內部是如何實現的，通過對這些基本模塊的調用，再將它們連接起來就可以構成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進行存取），進而進行仿真與分析。 我們在 SIMLINK中建立仿真模型，然后對模型中的參數進行設置，點擊simulation中的Configuration Parameters，對其進行仿真參數的設置。參數設置界面如下圖1.2所示。圖1.2 仿真參數的設置第二章 基于MATLAB的晶閘管單相

8、交流調壓電路仿真2.1 電壓電流分析 帶阻感負載的單項調壓電路的阻抗角=arctan(wL/R).如果用導線把晶體管完全短接,穩(wěn)態(tài)時負載電路應是正弦波,其相位滯后于電源電壓u1的角度為。在用晶體管控制時由于只能 通過觸發(fā)延遲角推遲晶體管的導通，所以晶體管的觸發(fā)脈沖應在電流過零之后,而無法使其超前。把=0時刻仍定在電壓過零時刻，顯然，阻感負載下的異響范圍為。 由晶閘管組成的交流電壓控制電路，以方便地調節(jié)輸出電壓的有效值，結構簡單、成本低廉。圖2.1示出RL負載的單相交流調壓電路及其電壓電流波形，該電路用2套觸發(fā)裝置觸 圖2.1RL負載單相交流調壓電路及其電壓電流波形2個晶閘管，負載阻抗=arct

9、an(wL/R).)。當移相角>剛io既不連續(xù)，義非正弦。當“=”時，負載電流成為完全的正弦波。當“<”時，分2種情況：晶閘管門極用窄脈沖觸發(fā)，若先觸發(fā)vTl且“<，則vL導通角>"，如果觸發(fā)脈沖的寬度<+一(+a)= -”，則當vTl的電流下降到零時，vT2的門極脈沖已經消失而無法導通，這樣輸出電流將如同半波整流，變成直流。晶閘管門極用寬脈沖或脈沖列觸發(fā)：則經過一段時間的過渡過程后，電路達到穩(wěn)定狀態(tài)，也即使電路工作在“=”時的狀態(tài)。負載電壓有效值：晶閘管電流有效值負載電流有效值為。2.2諧波分析電流只含3、5、7···等次

10、諧波，陋次數的增加，諧波含量減少；和電阻負載時相比，阻感負載時的諧波電流含鼉少一些；“角相同時，隨的增大，諧波含量有所減少。=O時諧渡變化曲線見圖2.2。圖表 1 =0時諧波變化曲線第三章 單相交流調壓電路仿真模型建立及參數設置3.1 單相交流調壓電路介紹 對單相交流電的電壓進行調節(jié)的電路。用在電熱控制、交流電動機速度控制、燈光控制和交流穩(wěn)壓器等場合。與自耦變壓器調壓方法相比，交流調壓電路控制方便，調節(jié)速度快，裝置的重量輕、體積小，有色金屬消耗也少。 交流調壓電路的一般結構如圖3.1（a）所示。按一定的規(guī)律控制交流開關S1的通斷，即可控制輸出的負載電壓u0。按單相交流調壓電路的控制方式有周波控

11、制調壓、相位控制調壓和斬波控制調壓。采用前兩種控制方式的單相交流調壓電路如圖1b所示。圖1c所示。是斬波控制的單相交流調壓電路，圖中的雙向開關S2是續(xù)流開關。 周波控制調壓適用于負載熱時間常數較大的電熱控制系統(tǒng)?？刂茍D2.3(b)所示。中晶閘管導通時間與關斷時間之比，使交流開關在某幾個周波連續(xù)導通，某幾個周波連續(xù)關斷，如此反復循環(huán)地運行，其輸出電壓的波形如圖2所示。改變導通的周波數和控制周期的周波數之比即可改變輸出電壓。為了提高輸出電壓的分辨率，必須增加控制周期的周波數。為了減少對周圍通信設備的干擾，晶閘管在電源電壓過零時開始導通。在負載容量很大時，開關的通斷將引起對電網的沖擊，產生由控制周期

12、決定的分數次諧波，這些分數次諧波引起電網電壓閃變。這是其缺陷。 利用控制觸發(fā)滯后角的方法,控制輸出電壓。晶閘管承受正向電壓開始到觸發(fā)點之間的電角度稱為觸發(fā)滯后角。在有效移相范圍內改變觸發(fā)滯后角，即能改變輸出電壓。有效移相范圍隨負載功率因數不同而不同，電阻性負載最大,純感性負載最小。圖3是阻性負載時相控方式的交流調壓電路的輸出電壓波形。相控交流調壓電路輸出電壓包含較多的諧波分量，當負載是電動機時，會使電動機產生脈動轉矩和附加諧波損耗。另外它還會引起電源電壓畸變。為減少對電源和負載的諧波影響，可在電源側和負載側分別加濾波網絡。 使開關在一個電源周期中多次通斷，將輸入電壓切成幾個小段，用改變小段的寬

13、度或開關通斷的周期來調節(jié)輸出電壓。斬控調壓電路輸出電壓的質量較高,對電源的影響也較小。圖4是斬波控制的交流調壓電路的輸出電壓波形。在斬波控制的交流調壓電路中，為了在感性負載下提供續(xù)流通路，除了串聯(lián)的雙向開關S1外，還須與負載并聯(lián)一只雙向開關S2。當開關 S1導通，S2關斷時，輸出電壓等于輸入電壓；開關S1關斷，S2導通時,輸出電壓為零。控制開關導通時間與關斷時間之比即能控制交流調壓器的輸出電壓。開關 S1、S2動作的頻率稱斬波頻率。斬波頻率越高,輸出電壓中的諧波電壓頻率越高,濾波較容易。當斬波頻率不是輸入電源頻率的整數倍時，輸出電壓中會產生分數次諧波。當斬波頻率較低時，分數次諧波較大，對負載產

14、生惡劣的影響。將斬波信號與電源電壓鎖相，可消除分數次諧波。斬波控制的交流調壓電路的功率開關元件必須采用功率晶體管或其他自關斷元件，所以成本較高。 圖3.1 單相交流調壓電路3.2 單相交流調壓電路仿真模型建立用simulink的建模如圖3.2所示，品閘管模塊并聯(lián)r阻容緩沖電路(具體參數為): R=1, L=0.002 , 計算的 =32度. R1=0.001, lon=0, Vf=0.8, Io=0, Rs=10. Cs=4e-6, 電源電壓：交流圖3.2 單相交流調壓模型 如上圖3.2所示即為單相交流調壓電流，在該調壓電路的模型中，我們用到的模塊有交流電壓源（AC Voltage Sourc

15、e）、脈沖信號發(fā)生器（PulseGenerator）、晶閘管（Thyristor）、電流測量模塊（Current Measurement）、電壓測量模塊（Voltage Measurement）、示波器（Scope）等。3.3 模型仿真參數設置3.1.1 交流電壓源參數設置 電壓源，即理想電壓源，是從實際電源抽象出來的一種模型，在其兩端總能保持一定的電壓而不論流過的電流為多少。電壓源具有兩個基本的性質：第一，它的端電壓定值U或是一定的時間函數U(t)與流過的電流無關。第二，電壓源自身電壓是確定的，而流過它的電流是任意的。 電壓源是一個理想元件,因為它能為外電路提供一定的能量,所以又叫有源元件。

16、 本次仿真的交流電壓源是有效值100V,峰值為141V，相位角為0度，頻率為50Hz。交流電壓源的參數設置如下圖3.3所示。 圖3.3 交流電壓源的參數設置3.3.2 脈沖信號發(fā)生器參數設置脈沖信號發(fā)生器是信號發(fā)生器的一種。信號發(fā)生器按信號源有很多種分類方法，其中一種方法可分為混和信號源和邏輯信號源兩種。其中混和信號源主要輸出模擬波形；邏輯信號源輸出數字碼形?；旌托盘栐从挚煞譃楹瘮敌盘柊l(fā)生器和任意波形/函數發(fā)生器，其中函數信號發(fā)生器輸出標準波形，如正弦波、方波等，任意波/函數發(fā)生器輸出用戶自定義的任意波形；邏輯信號發(fā)生器又可分為脈沖信號發(fā)生器和碼型發(fā)生器，其中脈沖信號發(fā)生器驅動較小個數的的方波

17、或脈沖波輸出，碼型發(fā)生器生成許多通道的數字碼型。如泰克生產的AFG3000系列就包括函數信號發(fā)生器、任意波形/函數信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器的功能。另外，信號源還可以按照輸出信號的類型分類，如射頻信號發(fā)生器、掃描信號發(fā)生器、頻率合成器、噪聲信號發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器等等。信號源也可以按照使用頻段分類，不同頻段的信號源對應不同應用領域。脈沖信號發(fā)生器參數設置如下圖3.4所示。圖3.4 脈沖信號發(fā)生器參數設置3.3.3 晶閘管參數設置 晶閘管（Thyristor）是晶體閘流管的簡稱，又可稱做可控硅整流器，以前被簡稱為可控硅；1957年美國通用電氣公司開發(fā)出世界上第一款晶閘管產品，并于1958年將其

18、商業(yè)化；晶閘管是PNPN四層半導體結構，它有三個極：陽極，陰極和門極； 晶閘管具有硅整流器件的特性，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過程可以控制、被廣泛應用于可控整流、交流調壓、無觸點電子開關、逆變及變頻等電子電路中。 晶閘管按其關斷、導通及控制方式可分為普通晶閘管（SCR）、雙向晶閘管（TRIAC）、逆導晶閘管（RCT）、門極關斷晶閘管（GTO）、BTG晶閘管、溫控晶閘管（TT國外，TTS國內）和光控晶閘管（LTT）等多種。晶閘管導通條件為：加正向電壓且門極有觸發(fā)電流；其派生器件有：快速晶閘管，雙向晶閘管，逆導晶閘管，光控晶閘管等。它是一種大功率開關型半導體器件，在電路中用文字符號為“

19、V”、“VT”表示（舊標準中用字“SCR”表示）。 當晶閘管承受正向陽極電壓時，為使晶閘管導通，必須使承受反向電壓的PN結J2失去阻擋作用。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。因此，兩個互相復合的晶體管電路，當有足夠的門極電流Ig流入時，就會形成強烈的正反饋，造成兩晶體管飽和導通，晶體管飽和導通。晶閘管參數設置如下圖3.5所示。圖3.5 晶閘管參數設置3.3.4 電流測量模塊參數設置 MATLAB中的電流測量模塊用來對仿真電路中的電流進行測量，其參數設置如下圖3.6所示。3.3.5 電壓測量模塊參數設置 MATLAB中的電壓測量模塊用來對仿真電路中的電流進行測量，其參數

20、設置如下圖3.7所示。 第四章 單相交流電路仿真 觸發(fā)角的不同對模型的仿真結果有一定的影響，改變a值就可以看到不同的仿真結果。 4.1 當=30°時模型的仿真 當=30時，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置是不同的，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置分別如下圖4.1和圖4.2所示。圖4.1 =30時Pulse Generato 參數設置圖4.2 =30°時Pulse Generato1 參數設置 參數設置完成后，我們就可以進行模擬的仿真。仿真結果如下圖4.3所示。圖4.3 =30時仿真結果如上圖4.3所示為=30°時，u1，uG1，ug2，io，uo，uvt波形。由圖可知，當

21、<=時，由于指數分量衰減到零后VT1和VT2的導通時間趨近于的一個分量為正弦穩(wěn)態(tài)分量,另一個為指數衰減分量。4.2 當=60°時模型的仿真 當=60°時，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置也是不同的，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置分別如下圖4.4和圖4.5所示。圖4.4 =60°時Pulse Generato 參數設置圖4.5=60°時Pulse Generato1 參數設置參數設置完成后，我們就可以進行模擬的仿真。仿真結果如下圖4.6所示。圖4.6 =60°時仿真結果如上圖4.6所示為=60°時，u1，uG1，ug2，io，uo，uv

22、t波形。4.3 當=90°時模型的仿真當=90°時，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置也是不同的，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置分別如下圖4.7和圖4.8所示。圖4.7 =90°時Pulse Generato 參數設置圖4.8 =90°時Pulse Generato1 參數設置參數設置完成后，我們就可以進行模擬的仿真。仿真結果如下圖4.9所示。圖4.9 =90°時仿真結果如上圖4.9所示為=90°時，u1，uG1，ug2，io，uo，uvt波形。4.4 當=120°時模型的仿真 當=120°時，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置

23、也是不同的，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置分別如下圖4.10和圖4.11所示。圖4.10 =120°時Pulse Generato 參數設置圖4.11 =120°時Pulse Generato1 參數設置參數設置完成后，我們就可以進行模擬的仿真。仿真結果如下圖4.12所示。圖4.12 =120°時仿真結果如上圖4.12所示為=120°時，u1，uG1，ug2，io，uo，uvt波形。4.5當=150°時模型的仿真當=150°時，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置也是不同的，兩個信號脈沖發(fā)生器的參數設置分別如下圖4.13和圖4.14所示。圖4.13 =150°時Pulse Generato 參數設置圖4.13 =150°時Pulse Generato 參數設置參數設置完成后，我們就可以進行模擬的仿真。仿真結果如下圖4.15所示。圖4.1