有源逆变电路建模与仿真 - 图文

目 录

前言 ..................................................................... 1 1 概述 ................................................................... 2 1.1有源逆变电路的概述 .................................................. 2 1.1.1有源逆变技术的分类和发展 ........................................ 2 1.1.2有源逆变技术的应用 .............................................. 3 1.2 SIMULINK/POWER SYSTEM概述........................................... 5 1.2.1 SIMULINK简介 ................................................... 5 1.2.2 POWER SYSTEM 简介 ............................................... 9 1.3研究的目标、内容 ................................................... 12 2 有源逆变电路的结构及原理 .............................................. 13 2.1单相桥式有源逆变电路 ............................................... 13 2.1.1电源间能量的变换关系 ........................................... 13 2.1.2基本工作原理 ................................................... 14 2.1.3问题的提出 ..................................................... 15 2.2三相半波有源逆变电路 ............................................... 16 2.2.1基本工作原理 ................................................... 16 2.2.2电路的基本计算 ................................................. 17 2.3三相桥式有源逆变电路 ............................................... 17 2.3.1逆变工作原理 ................................................... 18 2.3.2电路中基本电量的计算 ........................................... 18 3 有源逆变电路的MATLAB建模与仿真 ....................................... 20 3.1单相桥式全控整流及有源逆变的模型仿真 ............................... 20 3.1.1 仿真模型模块介绍 ............................................... 20 3.1.2 仿真模型 ....................................................... 22 3.1.3 仿真模型模块的参数设置 ......................................... 23 3.1.4 模型仿真及仿真结果 ............................................. 31 3.2三相半波有源逆变的模型仿真 ......................................... 36

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3.2.1 仿真模型 ....................................................... 36 3.2.2 仿真模型模块的参数设置 ......................................... 36 3.2.3 模型仿真及仿真结果 ............................................. 37 3.3三相桥式有源逆变的模型仿真 ......................................... 41 3.3.1 仿真模型 ....................................................... 41 3.3.2 仿真模型模块的参数设置 ......................................... 42 3.3.3 模型仿真及仿真结果 ............................................. 44 结论 .................................................................... 48 参考文献 ................................................................ 49

II

有源逆变电路建模与仿真

摘要:本文以有源逆变电路为研究对象，介绍了有源逆变电路的工作原理，并对MATLAB/Simulink模块中电力电子

仿真所需要的电力系统模块做了简要的说明，介绍了有源逆变电路的主要环节整流及有源逆变的工作原理，并且分析了几种常见的触发角，在此基础上运用MATLAB软件分别对电路的仿真进行了设计；实现了对有源逆变电路的仿真。

关键词：有源逆变电路; matlab仿真;Simulink

Regenerative Invert Circuits modeling and simulation

Abstract： In this paper, inverter circuit for the active study, described active inverter circuit work, and matlab/simulink

module needed to power electronic simulation power system module to do a brief description of the active inverter main components –the active rectifier and inverter works, and analyzed several common trigger angle on this basis, the use of matlab software simulation were carried out on the circuit design; implementation of active inverter system.

Keywords：Regenerative invert circuits; Matlab simulation; Simulink

III

前言

由于近年来逆变技术已经渗透到国民经济的各个领域和人们生活的方方面面，广泛应用于电力系统、交通运输、邮电通信、工业控制等民用领域和航空、航天、航海等国防领域，特别是随着石油、煤和天然气等主要能源日益紧张，新能源的开发和利用越来越受到人们的重视，而利用新能源的关键技术——逆变技术，能将蓄电池、太阳能电池和燃料电池等其他新能源转化的直流电能变换成交流电能与电网并网发电，并网逆变的基础则是有源逆变技术，因此，有源逆变在新能源的开发和利用领域有着至关重要的地位。

有源逆变电路常规的分析方法需要繁琐的绘图和计算过程。在设计过程中使用Matlab/Simulink工具来辅助设计,可以得到一种较为直观、快捷分析有源逆变电路的新方法。同时，能用Scope随时地观察仿真波形，使得仿真更具有直观性，实时性。应用Matlab/Simulink进行仿真，在仿真过程中可以灵活改变仿真参数，并且能直观的观察到仿真结果随参数的变化情况。

鉴与此，我们有必要对有源逆变电路进行一定程度的分析研究，以便能更好的认识有源逆变电路的工作原理，本文正是在基于Matlab/Simulink优秀平台下对有源逆变电路进行仿真，来探讨有源逆变电路的实际运行状态。

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1 概述

1.1有源逆变电路的概述

1.1.1有源逆变技术的分类和发展

随着电力电子技术的迅猛发展以及各行各业控制技术的发展和对操作性能要求的提高，许多行业的用电设备都不是直接使用通用交流电网提供的交流电作为电能源，而是通过各种形式对其进行变换，从而得到各自所需的电能形式。它们的幅值、频率、稳定度及变化方式因用电设备的不同而不尽相同，如充电器、太阳能发电装置、电弧焊电源、交流电动机的变频调速器、加热电源、电动汽车、燃料电池发电系统、绿色照明电源、不间断电源、有源滤波器、市电电源的无功补偿器等等，它们所使用的电能都是通过整流和逆变组合电路对原始电能进行变换后得到的。

现代逆变技术的种类很多，按输出交流的频率、主电路拓扑结构、输出相数等来分类，按逆变器输出能量的去向，可分为有源逆变和无源逆变。如果把逆变器的交流侧接到交流电源上，把直流电逆变为同频率的交流电反送到电网去，称为有源逆变；如果逆变器的交流侧不与电网联接，而直接接到负载，即把直流电逆变为某一频率或可调频率的交流电供给负载，则称为无源逆变。

逆变技术的发展是和电力电子器件的发展联系在一起的，器件的发展带动逆变技术的发展。最初的逆变电源采用晶闸管（ＳＣＲ）作为逆变器的开关器件，成为可控硅逆变电源，由于ＳＣＲ是一种没有自关断能力的器件，因此必须通过增加换流电路来强迫关断ＳＣＲ，ＳＣＲ的换流电路限制了逆变电源的进一步发展。随着半导体技术和变流技术的发展，自关断的电力电子器件脱颖而出，相继出现了电力晶体管（ＧＴＲ）、可关断晶闸管（ＧＴＯ）、功率场效应晶体管（ＭＯＳＦＥＴ）、绝缘栅双极型晶体管（ＩＧＢＴ）等等。由于自关断器件的使用，使得开关频率得以提高，从而逆变桥输出电压中低次谐波的频率比较高，使输出滤波器的尺寸得以减小，而且对非线性负载的适应性得以提高。一般认为，逆变技术的发展可以分为如下三个阶段：

1956，－－－1980年为传统发展阶段。这个阶段的特点是：开关器件以低速器件为主，逆变器的开关频率较低，波形改善以多重叠加法为主，体积重量较大，逆变效率低，正弦波逆变器开始出现，晶闸管SCR的诞生为正弦波逆变器的发展创造了条件。

1981～2000年为高频化新技术阶段。这个阶段的特点是：开关器件以高速器件为主，逆变器的开关频率较高，波形改善以ＰＷＭ法为主，体积重量较小，逆变效率高，正弦波逆变技术发展日趋完善，微电子技术的发展使新近的控制技术如矢量控制技术、多电平变换技术、重复控制、模糊控制等技术在逆变领域得到了较好的应用，极大的促进了逆变器技术的发展。

2000年至今为高效低污染阶段。这个阶段的特点是以逆变器的综合性能为主，低速与高速开关器件并用，多重叠加法与ＰＷＭ法并用，不再偏向追求高速开关器件与高开关频率，高效环保的逆

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