電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真

前言

電子設(shè)計(jì)自動化（electronic design automation,EDA）是電子信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要成果，它的應(yīng)用已經(jīng)滲入到電子電路，特別是大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)的每一個(gè)階段，引發(fā)了電子工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的革命，成為推動電子技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品更新?lián)Q代的不可缺少的有力工具。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展和推廣應(yīng)用，利用計(jì)算機(jī)仿真與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法對電力電子電路進(jìn)行分析研究也得到了日益廣泛的重視。但迄今還沒有一個(gè)電路設(shè)計(jì)的軟件能對大功率電子器件中所存在的復(fù)雜的物理效應(yīng)進(jìn)行足夠精確的描述。目前一系列可以用于電力電子電路仿真的軟件，多是由某個(gè)領(lǐng)域的專業(yè)軟件擴(kuò)展而來，因此其中所建立的電力電子器件的模型的精度和應(yīng)用領(lǐng)域均受到一定的限制。針對上述問題，本書結(jié)合目前國內(nèi)常用的仿真軟件，對電力電子電路仿真的基本理論、方法和思路進(jìn)行了系統(tǒng)的介紹。第1章對OrCAD、MATLAB和PSCAD三種目前在我國應(yīng)用最為廣泛的電力電子仿真軟件以及它們相互之間的接口實(shí)現(xiàn)方法做了簡單介紹。OrCAD是進(jìn)行小功率電子器件仿真最權(quán)威的軟件，它帶有豐富的詳細(xì)器件模型；MATLAB具有非常豐富的控制功能工具箱；而EMTP/PSCAD是目前電力系統(tǒng)仿真領(lǐng)域公認(rèn)的權(quán)威軟件。隨著電力電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和控制日益復(fù)雜，將這三種軟件通過接口實(shí)現(xiàn)相互之間的有限調(diào)用，可以充分發(fā)揮它們各自的長處，使得電力電子仿真更加快速、準(zhǔn)確。第2章根據(jù)電力電子器件的特點(diǎn)介紹了大功率器件建模的基本原理、方法和實(shí)用模型。器件是構(gòu)成裝置和系統(tǒng)的基本單元，電力電子器件的常用模型包括基本模型和子電路模型，該章對于每一種模型，又分單極型器件和雙極型器件進(jìn)行了介紹。第3章首先根據(jù)電力電子裝置的最本質(zhì)的特點(diǎn)——開關(guān)非線性，介紹了對其進(jìn)行建模的理論和常用方法，給出了電力電子裝置的五種常用模型：詳細(xì)器件模型、理想開關(guān)模型、狀態(tài)平均模型、開關(guān)周期平均模型和電源周期平均模型。接著分別詳細(xì)介紹了兩大類常見的電力電子裝置，即矩陣型和非矩陣型變流器的建模與仿真方法。最后特別介紹了非矩陣型變流器在電流不連續(xù)條件下的兩種仿真方法，即狀態(tài)方程遞推法和節(jié)點(diǎn)電壓遞推法。該章介紹的所有方法都可以用于第4章中介紹的電力電子系統(tǒng)主電路的仿真。第4章著重討論了如何利用仿真軟件進(jìn)行電力電子系統(tǒng)控制器的設(shè)計(jì)。該章以SVC、STATCOM、直流調(diào)速系統(tǒng)、高功率因數(shù)變流器等常見的電力電子系統(tǒng)為例介紹了利用相應(yīng)的仿真軟件進(jìn)行控制器設(shè)計(jì)的基本方法，還介紹了一些專用仿真軟件和仿真平臺，如myPOWER在線設(shè)計(jì)中心、dSPACE、MAX+PLUS II、Hypersim等，并且對仿真穩(wěn)定性作了簡要分析。鑒于本書的讀者定位是大學(xué)本科高年級的學(xué)生和從事電力電子電路設(shè)計(jì)的技術(shù)人員，并要求讀者對EDA基本理論有所了解，因此本書的討論重點(diǎn)放在如何根據(jù)計(jì)算機(jī)仿真的基本原理，去解決在進(jìn)行電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所遇到的問題，而不是系統(tǒng)地對EDA的基本理論進(jìn)行討論，已有許多書對此進(jìn)行了詳細(xì)介紹。本書第1版自2003年出版以來，受到了廣大讀者的厚愛和支持，在此一并表示感謝。近年來由于硬件技術(shù)的突飛猛進(jìn)和仿真軟件的日新月異，筆者深感有必要對本書的相關(guān)內(nèi)容加以更新和修訂，把電力電子仿真領(lǐng)域的最新進(jìn)展和成果介紹給讀者，使本書更具有時(shí)代感和使用參考價(jià)值。在本書的修訂過程中，筆者把書中相關(guān)的仿真例程在目前主流的機(jī)器配置上重新做了一遍，并列出相應(yīng)的用時(shí)，供讀者參考、比較。結(jié)合新檢索到的文獻(xiàn)，在第3章中增加了對矩陣型變流器中開關(guān)時(shí)間控制方法的介紹；在第4章中介紹了最新的開關(guān)電源在線設(shè)計(jì)平臺myPOWER，簡單介紹了其功能和使用步驟；第4章還增加了電壓閃變的概念，新增了對dSPACE和Hypersim兩種仿真軟件的介紹，幫助讀者拓寬眼界。

內(nèi)容概要

　　本書針對電力電子電路的特點(diǎn)，對器件、裝置和系統(tǒng)3個(gè)層次闡述了電力電子電路計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中各種數(shù)學(xué)模型的基本原理、分析方法和應(yīng)用實(shí)例。本書注重將理論分析和實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過大量的應(yīng)用實(shí)例，對不同類型仿真軟件在電力電子技術(shù)仿真計(jì)算中的適用性進(jìn)行了詳細(xì)的討論，以期對進(jìn)行電力電子電路分析設(shè)計(jì)的讀者起到幫助和指導(dǎo)作用。　　本書可以作為高等學(xué)校應(yīng)用電子技術(shù)和相關(guān)專業(yè)高年級學(xué)生和研究生的教材，也可供從事電力電子電路和系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的科技工作者參考。

書籍目錄

第1章 緒論11.1 系統(tǒng)、模型和仿真11.1.1 基本概念11.1.2 仿真的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢31.2 電力電子電路的建模與仿真51.2.1 數(shù)學(xué)建模61.2.2 數(shù)學(xué)仿真71.3 OrCAD/PSpice131.3.1 仿真工具概述131.3.2 OrCAD/PSpice的發(fā)展歷史及特點(diǎn)151.3.3 OrCAD仿真軟件主要模塊181.3.4 OrCAD/PSpice在電力電子電路仿真中的局限261.3.5 OrCAD在仿真中的收斂性281.4 EMTP/EMTDC/PSCAD331.4.1 EMTP/EMTDC的發(fā)展歷史及特點(diǎn)331.4.2 EMTDC/PSCAD的典型應(yīng)用361.5 基于MATLAB的電力電子系統(tǒng)仿真391.5.1 MATLAB的發(fā)展歷史及特點(diǎn)391.5.2 SimPowerSystems中典型電力電子器件的模型421.5.3 SimPowerSystems的典型應(yīng)用481.5.4 MATLAB與OrCAD的接口501.5.5 MATLAB與PSCAD的接口551.6 電力電子電路的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)58參考文獻(xiàn)59第2章 電力電子器件的仿真612.1 引言612.2 基本模型652.2.1 雙極型器件652.2.2 單極型器件712.3 子電路模型722.3.1 原理性模型722.3.2 功能（行為）性模型842.4 數(shù)學(xué)模型94參考文獻(xiàn)96第3章 電力電子裝置的仿真973.1 建模1003.1.1 精確的器件級模型1043.1.2 理想開關(guān)模型1083.1.3 平均模型1123.1.4 開關(guān)周期平均模型——TS模型1143.1.5 電源周期平均模型——TL模型1173.2 矩陣型變流器的建模與仿真1183.2.1 開關(guān)函數(shù)與變換模式1213.2.2 二電平開關(guān)1213.2.3 三電平開關(guān)1303.2.4 基頻開關(guān)函數(shù)1353.2.5 開關(guān)時(shí)間控制1403.3 非矩陣型變流器的建模與仿真1463.3.1 分段線性化狀態(tài)方程1463.3.2 符號法1483.3.3 狀態(tài)平均法1543.3.4 PWM開關(guān)模型1623.3.5 離散時(shí)域法和采樣數(shù)據(jù)法1673.4 電流不連續(xù)條件下的仿真1713.4.1 狀態(tài)方程的遞推解法1723.4.2 節(jié)點(diǎn)電壓的遞推分析174參考文獻(xiàn)175第4章 電力電子系統(tǒng)的仿真1764.1 電氣元件的建模1764.1.1 變壓器的建模1774.1.2 電機(jī)模型1814.2 變流器簡化模型1864.2.1 時(shí)延模型1874.2.2 傳遞函數(shù)法1934.2.3 電納模型1934.2.4 等效受控電源模型1954.2.5 開關(guān)電源的建模與設(shè)計(jì)1994.3 穩(wěn)定性分析2094.3.1 狀態(tài)平面法2104.3.2 數(shù)字仿真法2154.3.3 簡化模型的穩(wěn)定性分析2474.3.4 數(shù)字控制器設(shè)計(jì)2524.4 專用仿真軟件2584.4.1 溫度分析軟件2584.4.2 電磁兼容2614.4.3 數(shù)模混合仿真2624.4.4 實(shí)時(shí)仿真器268參考文獻(xiàn)274

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

《電力電子電路的計(jì)算機(jī)仿真(第2版)》可以作為高等學(xué)校應(yīng)用電子技術(shù)和相關(guān)專業(yè)高年級學(xué)生和研究生的教材，也可供從事電力電子電路和系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的科技工作者參考。

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