電力電子電路的計算機仿真

前言

電子設計自動化（electronic design automation,EDA）是電子信息技術(shù)發(fā)展的一個重要成果，它的應用已經(jīng)滲入到電子電路，特別是大規(guī)模集成電路設計的每一個階段，引發(fā)了電子工業(yè)設計領(lǐng)域的革命，成為推動電子技術(shù)進步和產(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)展和推廣應用，利用計算機仿真與計算機輔助設計方法對電力電子電路進行分析研究也得到了日益廣泛的重視。但迄今還沒有一個電路設計的軟件能對大功率電子器件中所存在的復雜的物理效應進行足夠精確的描述。目前一系列可以用于電力電子電路仿真的軟件，多是由某個領(lǐng)域的專業(yè)軟件擴展而來，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、方法和思路進行了系統(tǒng)的介紹。第1章對OrCAD、MATLAB和PSCAD三種目前在我國應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現(xiàn)方法做了簡單介紹。OrCAD是進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)和控制日益復雜，將這三種軟件通過接口實現(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、準確。第2章根據(jù)電力電子器件的特點介紹了大功率器件建模的基本原理、方法和實用模型。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——開關(guān)非線性，介紹了對其進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行電力電子系統(tǒng)控制器的設計。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的仿真軟件進行控制器設計的基本方法，還介紹了一些專用仿真軟件和仿真平臺，如myPOWER在線設計中心、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本科高年級的學生和從事電力電子電路設計的技術(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放在如何根據(jù)計算機仿真的基本原理，去解決在進行電力電子系統(tǒng)設計中所遇到的問題，而不是系統(tǒng)地對EDA的基本理論進行討論，已有許多書對此進行了詳細介紹。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)域的最新進展和成果介紹給讀者，使本書更具有時代感和使用參考價值。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器配置上重新做了一遍，并列出相應的用時，供讀者參考、比較。結(jié)合新檢索到的文獻，在第3章中增加了對矩陣型變流器中開關(guān)時間控制方法的介紹；在第4章中介紹了最新的開關(guān)電源在線設計平臺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，對器件、裝置和系統(tǒng)3個層次闡述了電力電子電路計算機輔助設計中各種數(shù)學模型的基本原理、分析方法和應用實例。本書注重將理論分析和實際應用相結(jié)合，通過大量的應用實例，對不同類型仿真軟件在電力電子技術(shù)仿真計算中的適用性進行了詳細的討論，以期對進行電力電子電路分析設計的讀者起到幫助和指導作用。　　本書可以作為高等學校應用電子技術(shù)和相關(guān)專業(yè)高年級學生和研究生的教材，也可供從事電力電子電路和系統(tǒng)分析與設計的科技工作者參考。

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)學建模61.2.2 數(shù)學仿真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331.4.2 EMTDC/PSCAD的典型應用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391.5.2 SimPowerSystems中典型電力電子器件的模型421.5.3 SimPowerSystems的典型應用481.5.4 MATLAB與OrCAD的接口501.5.5 MATLAB與PSCAD的接口551.6 電力電子電路的計算機輔助設計58參考文獻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)學模型94參考文獻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)點電壓的遞推分析174參考文獻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 電機模型1814.2 變流器簡化模型1864.2.1 時延模型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)電源的建模與設計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)字控制器設計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)?；旌戏抡?624.4.4 實時仿真器268參考文獻274

章節(jié)摘錄

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編輯推薦

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

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