電力電子9_其他匯編

1、Power Electronics Technology 電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)South China University of Technology第五部分 電力電子其他 相關(guān)技術(shù) 6 6South China University of Technology本節(jié)主要參考書目本節(jié)主要參考書目University of Colorado at Boulder，F(xiàn)undamentals of Power Electronics，2001.05張占松、蔡宣三，開關(guān)電源的原理與設(shè)計，電子工業(yè)出版社，1998.065. 5 并聯(lián)均流技術(shù)電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略分布式電源系統(tǒng)（分布式電

2、源系統(tǒng)（DPS）Filter Filter Filter Filter Power SuppliesApplications:TelecommunicationComputerInternets and wirelessACAC-DCDC-DCDC-DCDC-DCDC Bus電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略分布式電源系統(tǒng)（分布式電源系統(tǒng)（DPS） 各模塊電流自動平衡 盡可能不加外部均流措施 能和冗余技術(shù)相結(jié)合 輸入、負(fù)載變化時，輸入穩(wěn)定 均流瞬態(tài)效果要好電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略并聯(lián)系統(tǒng)準(zhǔn)則并聯(lián)系統(tǒng)準(zhǔn)則電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略常用均流方法常用均流方法123輸出阻

3、抗法；主從設(shè)置法；最大電流自動均流法；4平均電流自動均流法；5熱應(yīng)力自動均流法；6外加均流控制器均流法。電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略輸出阻抗法輸出阻抗法又稱為Droop(下垂、傾斜)法，調(diào)節(jié)開關(guān)變換器的外特性傾斜度（即調(diào)節(jié)輸出阻抗），以達(dá)到并聯(lián)模塊接近均流的目的。電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略輸出阻抗法原理輸出阻抗法原理近似均流開環(huán)控制電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略輸出阻抗法缺點輸出阻抗法缺點 電壓調(diào)整率下降 不同額定功率的模塊，難以實現(xiàn)并聯(lián)均流 電纜電阻對均流性能有影響 系統(tǒng)老化時均流效果改變 線路簡單電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略主從設(shè)置法主從設(shè)置法適用于

4、電流控制型變換電路各個模塊的電流主模塊電流基本一致電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略主從設(shè)置法缺點主從設(shè)置法缺點 主模塊失效，整個系統(tǒng)不能工作 主從模塊之間需要通訊聯(lián)系，線路復(fù)雜 電壓環(huán)的帶寬大，容易受外界干擾電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略平均值自動均流法平均值自動均流法以2個模塊并聯(lián)為例流入母線的電流為零時：負(fù)載電流VIVCVrVe負(fù)載電流電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略平均值法缺點平均值法缺點 某模塊發(fā)生短路或者故障時，母線電 壓波動大，輸出電壓也隨之變化。電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略最大電流法最大電流法民主均流法UC3907電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策

5、略熱應(yīng)力均流法熱應(yīng)力均流法VI=kITa電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略外加均流控制器的均流法外加均流控制器的均流法電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略外加均流控制器的均流法外加均流控制器的均流法5. 6 PFC技術(shù)電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略產(chǎn)生的原因產(chǎn)生的原因電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略幾種波形的功率因數(shù)幾種波形的功率因數(shù)電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略無源濾波器無源濾波器電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略Boost功率因數(shù)校正原理功率因數(shù)校正原理Boost電路本身特點適合做PFC電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略Boost功率因數(shù)校正原理功率因數(shù)

6、校正原理電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略功率因數(shù)校正控制方法功率因數(shù)校正控制方法電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略峰值電流控制法原理峰值電流控制法原理電力電子技術(shù)第四部分 電力電子控制策略Boost功率因數(shù)校正特點功率因數(shù)校正特點 輸入輸出不隔離 輸入電流連續(xù)，EMI小 有輸入電感，減小對輸入濾 波器的要求 輸出電壓大于輸入電壓峰值 開關(guān)器件電壓不超過輸出電壓 開關(guān)器件源極接地，容易驅(qū)動 寬輸入電壓、寬頻率5. 7 電力電子的計算機仿真電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)計算機仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景計算機仿真技術(shù)產(chǎn)生的背景1 1）實驗樣機型）實驗樣機型 2 2）分析型）分析型 3

7、3）仿真型）仿真型 電力電子電路和系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要有三種途徑：電力電子電路和系統(tǒng)的分析和設(shè)計主要有三種途徑： 一一. . 仿真可以節(jié)省人力、物力、財力仿真可以節(jié)省人力、物力、財力進(jìn)行一次詳盡的仿真分析，比制作實際系統(tǒng)和樣機節(jié)進(jìn)行一次詳盡的仿真分析，比制作實際系統(tǒng)和樣機節(jié)省大量的經(jīng)費。而且，制作實際系統(tǒng)需要計算元器件的省大量的經(jīng)費。而且，制作實際系統(tǒng)需要計算元器件的定額，但仿真就不用。仿真還能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題、定額，但仿真就不用。仿真還能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)存在的問題、確定最優(yōu)參數(shù)，從而增加試驗樣機一次成功的可能性。確定最優(yōu)參數(shù)，從而增加試驗樣機一次成功的可能性。對于新的電路和參數(shù)（器件新的裕度）進(jìn)行

8、實驗，電對于新的電路和參數(shù)（器件新的裕度）進(jìn)行實驗，電路拓?fù)涞淖兓蛯嶒灳鶡o需成本。路拓?fù)涞淖兓蛯嶒灳鶡o需成本。能大幅度縮減所需時間，并能完成電路、系統(tǒng)的多次能大幅度縮減所需時間，并能完成電路、系統(tǒng)的多次運行實驗。運行實驗。 電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)計算機仿真的好處計算機仿真的好處二二. . 仿真可以實現(xiàn)許多實驗不能或難以實現(xiàn)的功能仿真可以實現(xiàn)許多實驗不能或難以實現(xiàn)的功能 仿真能在各種假定的條件下，甚至是在目前無法實現(xiàn)仿真能在各種假定的條件下，甚至是在目前無法實現(xiàn)的條件下，對電路進(jìn)行研究。如不管是考慮安全因素還是的條件下，對電路進(jìn)行研究。如不管是考慮安全因素還是成本，實驗室

9、里都不宜做的破壞性實驗。但是仿真卻可以成本，實驗室里都不宜做的破壞性實驗。但是仿真卻可以做各種故障和非正常性的實驗。做各種故障和非正常性的實驗。 在研究一個系統(tǒng)的方案的初期，可以將影響系統(tǒng)的一些在研究一個系統(tǒng)的方案的初期，可以將影響系統(tǒng)的一些次要因素去掉，如雜散電容、漏電感等，以免它們對系統(tǒng)次要因素去掉，如雜散電容、漏電感等，以免它們對系統(tǒng)的基本原理和性能產(chǎn)生影響，從而混淆了對系統(tǒng)的正確理的基本原理和性能產(chǎn)生影響，從而混淆了對系統(tǒng)的正確理解。但在制作一個實際系統(tǒng)中卻作不到這一點。一旦系統(tǒng)解。但在制作一個實際系統(tǒng)中卻作不到這一點。一旦系統(tǒng)出現(xiàn)異常，有時你甚至不知道問題出自主電路設(shè)計問題還出現(xiàn)異常

10、，有時你甚至不知道問題出自主電路設(shè)計問題還是寄生電路引起的問題；是寄生電路引起的問題； 仿真時，可以簡化部分電路，從而研究電路中的某一特仿真時，可以簡化部分電路，從而研究電路中的某一特定部分，對于實際系統(tǒng)這是不可能的定部分，對于實際系統(tǒng)這是不可能的。 電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)計算機仿真的好處計算機仿真的好處三三. . 借助仿真，可以更有效的工作借助仿真，可以更有效的工作 可以觀察到器件和電路在各種條件下的工作性能可以觀察到器件和電路在各種條件下的工作性能 可以檢驗處于電路設(shè)計初始階段的各種決策可以檢驗處于電路設(shè)計初始階段的各種決策 有時計算機仿真是唯一可行或唯一安全的分析和評

11、價技術(shù)有時計算機仿真是唯一可行或唯一安全的分析和評價技術(shù) 借助仿真，可以擁有各種高功率設(shè)備和測量儀器儀表借助仿真，可以擁有各種高功率設(shè)備和測量儀器儀表 計算非線性電路的平均功率、有效值、功率因數(shù)等，而計算非線性電路的平均功率、有效值、功率因數(shù)等，而 這在硬件電路中是難以實現(xiàn)的這在硬件電路中是難以實現(xiàn)的 能夠?qū)﹄娏﹄娮酉到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計能夠?qū)﹄娏﹄娮酉到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計 進(jìn)行一些特殊的分析，比如進(jìn)行一些特殊的分析，比如Monte CarloMonte Carlo分析，最優(yōu)化分分析，最優(yōu)化分析等析等電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)計算機仿真的好處計算機仿真的好處 現(xiàn)在的

12、電力電子系統(tǒng)的建模和仿真基本上建立現(xiàn)在的電力電子系統(tǒng)的建模和仿真基本上建立以下三個層面上：以下三個層面上： 一、系統(tǒng)層面一、系統(tǒng)層面 這一層面是整個電力電子系統(tǒng)的最高層面，主要研究電這一層面是整個電力電子系統(tǒng)的最高層面，主要研究電力電子系統(tǒng)控制系統(tǒng)的建模和仿真問題，在這一層面主要關(guān)力電子系統(tǒng)控制系統(tǒng)的建模和仿真問題，在這一層面主要關(guān)心的是系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計和分析，注重系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和心的是系統(tǒng)調(diào)節(jié)器的設(shè)計和分析，注重系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析和校正環(huán)節(jié)的確定等。在這個層面上涉及到的電路和器件大都校正環(huán)節(jié)的確定等。在這個層面上涉及到的電路和器件大都是非常簡單的模型，系統(tǒng)層面的仿真最主要的目的是確定整是非常

13、簡單的模型，系統(tǒng)層面的仿真最主要的目的是確定整個的電力電子系統(tǒng)的全部設(shè)計方案是否合理個的電力電子系統(tǒng)的全部設(shè)計方案是否合理電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)電力電子建模理論和方法概況電力電子建模理論和方法概況二、電路層面二、電路層面 在這一層次上是對電力電子系統(tǒng)中的主電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)在這一層次上是對電力電子系統(tǒng)中的主電路的結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，在此模型上進(jìn)行仿真分析用來試驗、模擬待實現(xiàn)行建模，在此模型上進(jìn)行仿真分析用來試驗、模擬待實現(xiàn)電路的電性能，電路的電性能，其目的是準(zhǔn)確預(yù)測電路的性能。其目的是準(zhǔn)確預(yù)測電路的性能。電路的建模分成兩大類：電路的建模分成兩大類： 1.1.電路建模仿真方法電路建模仿真

14、方法 電路建模分析法是屬于數(shù)字仿真法電路建模分析法是屬于數(shù)字仿真法, , 是利用各種各樣是利用各種各樣的算法對電力電子電路進(jìn)行數(shù)值計算得到某些特性數(shù)值解的算法對電力電子電路進(jìn)行數(shù)值計算得到某些特性數(shù)值解的方法。數(shù)值仿真法可對電路進(jìn)行全面的分析，在分析和的方法。數(shù)值仿真法可對電路進(jìn)行全面的分析，在分析和設(shè)計甚至調(diào)試中起著重要的作用。設(shè)計甚至調(diào)試中起著重要的作用。電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)電力電子建模理論和方法概況電力電子建模理論和方法概況2.2.解析建模仿真方法解析建模仿真方法 解析建模法是指用解析表達(dá)式來描述開關(guān)電路特性的解析建模法是指用解析表達(dá)式來描述開關(guān)電路特性的建模方法，

15、用解析建模法所得的結(jié)果的優(yōu)點是速度快、直建模方法，用解析建模法所得的結(jié)果的優(yōu)點是速度快、直觀明了、精確，可用線性電路和古典控制理論對功率變換觀明了、精確，可用線性電路和古典控制理論對功率變換器電路進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和小信號分析。物理概念不清楚。器電路進(jìn)行穩(wěn)態(tài)和小信號分析。物理概念不清楚。 狀態(tài)空間平均法（穩(wěn)態(tài)和動態(tài)小信號的解析分析，簡狀態(tài)空間平均法（穩(wěn)態(tài)和動態(tài)小信號的解析分析，簡單、物理概念清楚，分析精度差）、符號分析法（能夠求單、物理概念清楚，分析精度差）、符號分析法（能夠求出狀態(tài)變量的紋波表達(dá)式）、離散時域建模法（時變的非出狀態(tài)變量的紋波表達(dá)式）、離散時域建模法（時變的非線性模型，這種模型即可用于小

16、信號分析又可用于大信號線性模型，這種模型即可用于小信號分析又可用于大信號分析）、傳輸線模型（高頻開關(guān)分析）、分析）、傳輸線模型（高頻開關(guān)分析）、PFCPFC建模（有源建模（有源功率校正）。功率校正）。電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)電力電子建模理論和方法概況電力電子建模理論和方法概況三、器件層面三、器件層面 對電力電子器件的建模也是電力電子系統(tǒng)仿真的一對電力電子器件的建模也是電力電子系統(tǒng)仿真的一個重要方面，建立起一個精確的器件模型是非常困難的。個重要方面，建立起一個精確的器件模型是非常困難的。器件模型分為三種器件模型分為三種：1.1.簡單模型簡單模型 2.2.一般模型一般模型 3.3

17、.精確模型精確模型電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)電力電子建模理論和方法概況電力電子建模理論和方法概況電力電子系統(tǒng)仿真分析方法主要有兩種：電力電子系統(tǒng)仿真分析方法主要有兩種： 1. 1. 個別仿真分析方法個別仿真分析方法 根據(jù)具體的需要，自己編制軟件，計算和分析模型電路。根據(jù)具體的需要，自己編制軟件，計算和分析模型電路。優(yōu)點是針對性強，仿真結(jié)果精確、真實。節(jié)省仿真時間。優(yōu)點是針對性強，仿真結(jié)果精確、真實。節(jié)省仿真時間。 缺點是要求有高水平的數(shù)學(xué)、建模、電路理論和計算機缺點是要求有高水平的數(shù)學(xué)、建模、電路理論和計算機編程等能力，仿真程序的通用性較差，不便于推廣運用。編程等能力，仿真程序

18、的通用性較差，不便于推廣運用。電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)仿真方法和手段簡介仿真方法和手段簡介2.2.通用電力電子仿真平臺仿真分析方法通用電力電子仿真平臺仿真分析方法 借助現(xiàn)有的電力電子仿真軟件平臺進(jìn)行仿真分析。優(yōu)借助現(xiàn)有的電力電子仿真軟件平臺進(jìn)行仿真分析。優(yōu)點是在這樣的仿真平臺上，有各種元器件的模型，用這些點是在這樣的仿真平臺上，有各種元器件的模型，用這些器件的模型可以建立各種各樣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電力電子電路，器件的模型可以建立各種各樣拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的電力電子電路，建立各種電路分析方式（如交流分析、直流分析、暫態(tài)分建立各種電路分析方式（如交流分析、直流分析、暫態(tài)分析等），方便地觀測仿真結(jié)果

19、，方便地改變電路參數(shù)。使析等），方便地觀測仿真結(jié)果，方便地改變電路參數(shù)。使用者只要掌握軟件的使用方法，無需理解電路建模原理和用者只要掌握軟件的使用方法，無需理解電路建模原理和其運算分析方法，不必關(guān)心方程的解法，就能得到較滿意其運算分析方法，不必關(guān)心方程的解法，就能得到較滿意的結(jié)果。的結(jié)果。 缺點是仿真結(jié)果不夠精確，個性化差，仿真時間較缺點是仿真結(jié)果不夠精確，個性化差，仿真時間較長。長。主要有下面的幾種軟件：主要有下面的幾種軟件： 電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)通用仿真平臺的仿真分析通用仿真平臺的仿真分析 PspicePspice應(yīng)用改進(jìn)的節(jié)點分析法建立電路方應(yīng)用改進(jìn)的節(jié)點分析法建立

20、電路方程（程（MNAMNA），能進(jìn)行直流分析（包括直流工），能進(jìn)行直流分析（包括直流工作點、直流轉(zhuǎn)移特性、直流傳輸曲線、直流靈作點、直流轉(zhuǎn)移特性、直流傳輸曲線、直流靈敏度分析等），交流分析（包括電路噪聲和失敏度分析等），交流分析（包括電路噪聲和失真分析）和大信號暫態(tài)分析（包括離散傅立葉真分析）和大信號暫態(tài)分析（包括離散傅立葉分析）。分析）。 PspicePspice輸出內(nèi)容可包括：直流輸出、交流輸輸出內(nèi)容可包括：直流輸出、交流輸出、暫態(tài)輸出、噪聲輸出等，也可包括任意節(jié)出、暫態(tài)輸出、噪聲輸出等，也可包括任意節(jié)點的電壓、支路電流。輸出可采用數(shù)據(jù)和曲線點的電壓、支路電流。輸出可采用數(shù)據(jù)和曲線形式。形

21、式。 電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)Pspice通用電路仿真軟件通用電路仿真軟件PspicePspice的仿真界面的仿真界面 電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)Pspice通用電路仿真軟件通用電路仿真軟件PspicePspice的仿真結(jié)果的仿真結(jié)果電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)Pspice通用電路仿真軟件通用電路仿真軟件 Saber軟件軟件十分適用數(shù)字十分適用數(shù)字模擬混合電路的仿真分析，模擬混合電路的仿真分析，電力電子電路往往正是這樣的電路。電力電子電路往往正是這樣的電路。SaberSaber十分適合電力十分適合電力電子系統(tǒng)的仿真電子系統(tǒng)的仿真。SaberSab

22、er包括各種分析技術(shù)，它們是：電包括各種分析技術(shù)，它們是：電子、電力電子、機電、機械、光電、光學(xué)、液壓控制、系子、電力電子、機電、機械、光電、光學(xué)、液壓控制、系統(tǒng)離散數(shù)字系統(tǒng)等。統(tǒng)離散數(shù)字系統(tǒng)等。SaberSaber有包括電力電子器件在內(nèi)非常有包括電力電子器件在內(nèi)非常全面的元器件庫。全面的元器件庫。SaberSaber可進(jìn)行的分析有：直流工作點分可進(jìn)行的分析有：直流工作點分析、暫態(tài)分析、交流小信號頻率響應(yīng)分析、零極點分析、析、暫態(tài)分析、交流小信號頻率響應(yīng)分析、零極點分析、頻譜分析、參數(shù)分析、直流傳輸分析、統(tǒng)計分析應(yīng)力分析、頻譜分析、參數(shù)分析、直流傳輸分析、統(tǒng)計分析應(yīng)力分析、故障分析等。故障分析

23、等。SaberSaber還有硬件描述語言還有硬件描述語言MASTMAST。 電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)Saber仿真軟件仿真軟件SaberSaber軟件界面軟件界面電力電子技術(shù)第五部分 電力電子其他相關(guān)技術(shù)Pspice通用電路仿真軟件通用電路仿真軟件 Matlab（Matrix Laboratory）由）由Mathworks公司推出的當(dāng)前公司推出的當(dāng)前國際上最流行的數(shù)學(xué)分析軟件，是一種以矩陣為基本編程單元國際上最流行的數(shù)學(xué)分析軟件，是一種以矩陣為基本編程單元程序設(shè)計語言。它提供了各種矩陣的運算與操作，并有較強的程序設(shè)計語言。它提供了各種矩陣的運算與操作，并有較強的數(shù)據(jù)可視化功能

24、。數(shù)據(jù)可視化功能。由于由于Matlab有強大的矩陣運算和繪圖功能，許多控制界的名有強大的矩陣運算和繪圖功能，許多控制界的名家在自己擅長的專業(yè)領(lǐng)域編寫了一些具有特殊意義的工具箱家在自己擅長的專業(yè)領(lǐng)域編寫了一些具有特殊意義的工具箱（Toolbox）,如控制工具箱、電力系統(tǒng)工具箱、系統(tǒng)辨識工具如控制工具箱、電力系統(tǒng)工具箱、系統(tǒng)辨識工具箱、小波信號工具箱、信號處理工具箱等。箱、小波信號工具箱、信號處理工具箱等。1992年年Mathworks公司又推出的交互式模型輸入與仿真環(huán)境公司又推出的交互式模型輸入與仿真環(huán)境Simulink使得使得Matlab為控制系統(tǒng)的仿真與為控制系統(tǒng)的仿真與CAD應(yīng)用打開了嶄新局面。應(yīng)用打開了嶄新局面。利用利用Simulink的模塊的功能，對的模塊的功能，對電力電子系統(tǒng)層面電力電子系統(tǒng)層面的仿真變得的仿真變得十分方便和容易?；谑址奖愫腿菀?。基于Matlab的仿真方法將成為電力電子系的仿真