应用PSCAD进行电力电子装置仿真课件

PSCAD电力电子装置仿真谭甜源武汉大学电气工程学院2012.06PSCAD电力电子装置仿真谭甜源主要内容第一部分：基本模块及功能介绍电力电子器件、插值触发脉冲发生器、控制系统的搭建、自定义模块、与MATLAB的仿真接口第二部分：软件自带例程介绍PowerElectronics、APF第三部分：几个典型的应用案例分析模拟系统的仿真、数字系统的仿真、PWM脉冲策略的仿真、缓冲吸收电路的仿真2主要内容第一部分：基本模块及功能介绍2第一部分基本模块及功能介绍电力电子器件模型：两状态电阻性开关3第一部分基本模块及功能介绍电力电子器件模型：两状态电阻性开二极管4二极管4晶闸管5晶闸管5GTR、GTO、IGBT6GTR、GTO、IGBT6插值触发脉冲发生器1)为什么需要插值算法？例：二极管从导通到关断的仿真过程7插值触发脉冲发生器例：二极管从导通到关断的仿真过程72)如何实现？InterpolatedFiringPulsesGenerator输出为2维数组，包括：触发脉冲0或者1，以及插值时间t，其结果是基于输入信号H和L的比较：当H>L时，输出1，否则输出0。如果触发时刻在两次仿真步长之间，则会采用插值算法求出准确的动作时刻t+Δt82)如何实现？InterpolatedFiringPul3)BandLimitProximityCorrection的含义？调制波处于载波临界区域时可能漏掉触发脉冲设置该参数后可以通过插值算法避免漏掉触发脉冲的情况出现93)BandLimitProximityCorrec控制系统搭建(电力电子装置常用控制模块)3.1锁相环10控制系统搭建(电力电子装置常用控制模块)103.2静止坐标系和旋转坐标系变换113.2静止坐标系和旋转坐标系变换113.2静止坐标系和旋转坐标系变换（老版本）123.2静止坐标系和旋转坐标系变换（老版本）123.3PI控制器方案1：封装好的模块方案2：分立模块组合构成133.3PI控制器方案1：封装好的模块方案2：分立模块组合3.4传递函数143.4传递函数143.5载波调制PWM算法方案1：方案2：153.5载波调制PWM算法方案1：方案2：153.6采样和保持模块163.6采样和保持模块163.7滤波器可实现：低通、带通、高通、带阻等各种类型的滤波器

173.7滤波器可实现：低通、带通、高通、带阻等各种类型的滤3.8逻辑控制电路多输入逻辑门电路：包括与、或、异或等183.8逻辑控制电路多输入逻辑门电路：包括与、或、异或等183.9FFT模块193.9FFT模块19自定义元件/模块1）调用“元件向导”来创建自定义元件/模块的“壳体”2）右键“EditDefinition”进去后，采用Fortran语言来编写所需要的自定义元件的具体内容。3）直接双击进去编辑模块的内容4）如何复制模块20自定义元件/模块1）调用“元件向导”来创建自定义元件/模块的与MATLAB的仿真接口5.1安装实现步骤1）安装Fortran90以上的编译器；2）安装合适版本的MATLAB（安装完的MATLAB目录必须没有子目录\extern\lib\win32\digital\df60才行）；3）安装PSCAD，安装完后重新启动计算机，使其能够找到已安装的Fortran编译器；4）修改PSCAD的设置，设置Edit-Workspacesettings中的Fortran和MATLAB选项卡中的内容5）若在第3步中，PSCAD自动找到了Fortran编译器的位置，此时就可以打开MATLAB的接口例程进行仿真。否则应进一步修改PSCAD安装目录下\emtdc\cf6\windows\emtdc.cfg文件

21与MATLAB的仿真接口5.1安装实现步骤2122225.2PSCAD与MATLAB的仿真接口1）工作流程PSCAD内有一个Fortran文件DSDYN，通过它可以调用外部Fortran子程序。该Fortran子程序可以启动MATLAB数据引擎并建立起Fortran子程序和MATLAB数据引擎之间的通信管道，同时，含有MATLAB命令的M文件也传到MATLAB数据引擎中，这样，PSCAD和MATLAB就紧密地结合了起来，用户可以根据需要编制M文件或Simulink文件，实现所需的仿真。235.2PSCAD与MATLAB的仿真接口235.2PSCAD与MATLAB的仿真接口2）在线帮助中给出的例程245.2PSCAD与MATLAB的仿真接口24主要内容第一部分：基本模块及功能介绍电力电子器件、插值触发脉冲发生器、控制系统的搭建、自定义模块、与MATLAB的仿真接口第二部分：软件自带例程介绍PowerElectronics、APF第三部分：几个典型的应用案例分析模拟系统的仿真、数字系统的仿真、PWM脉冲策略的仿真、缓冲吸收电路的仿真25主要内容第一部分：基本模块及功能介绍25PowerElectronics（常见电力电子装置）1.1Single-PhaseThyristorHalf-WaveRectifier（单相半波半控整流电路）知识点：用受控直流电压源和压控振荡器来产生单相交流电压；用滑块手动输入实数/整数来控制晶闸管的触发角利用万用表测量电流和电压的瞬时值及电压的有效值，该模块还可以用来测量有功功率、无功功率和相角利用全局变量设置万用表测量时的基准频率为60Hz26PowerElectronics（常见电力电子装置）261.2Single-PhaseGTOHalf-WaveRectifier（单相半波全控整流电路）知识点：演示GTO全控型器件和SCR半控型器件的区别，及相应的脉冲生成方法的区别。271.2Single-PhaseGTOHalf-Wave1.3PhaseControlledACSwitch（相控交流开关电路）知识点：相控交流开关电路的移相范围，如果初始触发角小于负载阻抗角会出现什么情况？演示过程中，带着大家分析可能出现的各种错误的仿真结果及解决办法。如：仿真步长太大，导致不正确的结果等等。281.3PhaseControlledACSwitchAPF（有源电力滤波器）2.16-PulseBridge（6脉波桥）（常用非线性负载）知识点：6脉波桥的功能及输入输出端子的含义；Node-Loop组件的用法数据格式转换模块的用法29APF（有源电力滤波器）292.2ShuntAPF（并联型有源电力滤波器）知识点：并联型有源电力滤波器的工作原理；基于瞬时无功功率法(p-q算法)和滞环电流跟踪PWM的控制系统及其搭建302.2ShuntAPF（并联型有源电力滤波器）302.3SeriesAPF（串联型有源电力滤波器）知识点：串联型有源电力滤波器的工作原理；仿真模块中无源滤波器组的作用检测系统电流的控制策略312.3SeriesAPF（串联型有源电力滤波器）31主要内容第一部分：基本模块及功能介绍电力电子器件、插值触发脉冲发生器、控制系统的搭建、自定义模块、与MATLAB的仿真接口第二部分：软件自带例程介绍PowerElectronics、APF第三部分：几个典型的应用案例分析模拟系统的仿真、数字系统的仿真、PWM脉冲策略的仿真、缓冲吸收电路的仿真32主要内容第一部分：基本模块及功能介绍32仿真模拟连续控制系统——采用滞环电流跟踪控制法的APF知识点：仿真前一定要明确目的，根据目的来选择建立合适的模型。一般采用PSCAD建模仿真电力电子装置，主要用来验证控制策略（包括：控制算法和PWM算法等等），可以暂时不考虑电力电子器件的开关频率、电压和电流应力等各方面的限制。验证基于ip-iq控制方法的控制效果优化输出滤波器参数

33仿真模拟连续控制系统——采用滞环电流跟踪控制法的APF33仿真离散数字控制系统——采用三角波比较法的APF知识点：仿真目的：分析受实际硬件限制所带来的工程问题。与理想模型仿真的区别在于更侧重于细节方面的处理，尽量使仿真条件与实际装置的运行情况保持一致，通过仿真复现实验波形，从而分析原因并找到解决方案。将所有输入到控制器的采样量利用采样器按照实际的采样频率离散化，以尽量接近控制器的实际情况。锯齿波调制算法采样时刻不同对APF补偿效果的影响。34仿真离散数字控制系统——采用三角波比较法的APF34PSCAD在线帮助系统

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