有源逆变电路建模与仿真

1、目 录前言11 概述21.1有源逆变电路的概述2有源逆变技术的分类和发展2有源逆变技术的应用31.2 SIMULINK/POWER SYSTEM概述51.2.1 SIMULINK简介51.2.2 POWER SYSTEM 简介91.3研究的目标、内容122 有源逆变电路的结构及原理132.1单相桥式有源逆变电路13电源间能量的变换关系13基本工作原理14问题的提出152.2三相半波有源逆变电路16基本工作原理16电路的基本计算172.3三相桥式有源逆变电路17逆变工作原理18电路中基本电量的计算183 有源逆变电路的MATLAB建模与仿真203.1单相桥式全控整流及有源逆变的模型仿真203.1.1 仿真模型模块介绍203.1.2 仿真模型223.1.3 仿真模型模块的参数设置233.1.4 模型仿真及仿真结果313.2三相半波有源逆变的模型仿真363.2.1 仿真模型363.2.2 仿真模型模块的参数设置363.2.3 模型仿真及仿真结果373.3三相桥式有源逆变的模型仿真413.3.1 仿真模型413.3.2 仿真模型模块的参数设置423.3.3 模型仿真及仿真结果44结论48参考文

2、献49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;SimulinkRegenerative Invert Circuits modeling and simulationAbstract： 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 c

3、omponents 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

4、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。1 概述1.1有源逆变电路的概述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、

5、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（）作为逆变器的开关器件，成为可控硅逆变电源，由于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，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（）、可关断晶闸管（）、功率场效应晶体管（）、绝缘栅双极型晶体管（）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

6、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。19812000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，高效环保的逆变技术开始出现。随着功率开关器件向高压大容量化、集成化、全控化、高频化及多功能化的方向发展，材料学科的超导材料和软磁材料的惊人发展速度以及智能化控制技术、信息网络技术的发展，逆变技术正朝

7、着高功率密度、高变换效率、高可靠性、无污染、智能化的方向发展。有源逆变技术的应用随着电力电子技术的飞速发展和各行各业对电气设备控制性能要求的提高，有源逆变技术在许多领域获得了越来越广泛的应用。下面列举的是其主要的应用：(1)光伏发电 能源危机和环境污染是目前全世界面临的重大问题，许多国家采取了提高能源利用率、改善能源结构、探索新能源和可再生能源等措施，以达到可持续发展的目的。开发利用新能源和可再生能源是21世纪世界经济发展中最具决定性影响的技术之一，充分开发利用太阳能、风能、潮汐能和地热能等可再生能源是世界各国可持续发展的能源战略决策，其中光伏发电最受瞩目。有源逆变一般用于大型光伏发电站（10kW）的系统中，很多并行的光伏组串被连到同一台集中逆变器的直流输入端，一般功率大的使用三相的IGBT功率模块，功率较小的使用场效应晶体管，同时使用DSP转换控制器来改善所产出电能的质量，使它非常接近于正弦波电流。最大特点是系统的功率高，成本低。但受光伏组串的匹配和部分遮影的影响，导致整个光伏系统的效率和电产能。同时整个光伏系统的发电可靠性受某一光伏单元组工作状态不良的影响。最新的研究方向是运用空间

8、矢量的调制控制，以及开发新的逆变器的拓扑连接，以获得部分负载情况下的高的效率。(2)不间断电源系统（）UPS （Uninterruptible PowerSuPPly）的全称是不间断电源系统，顾名思义，UPS是一种能为负载提供连续的不间断电能供应的系统设备。UPS最早的应用，应该是一些特殊的领域，比如：医院的手术室供电保障、电台/电视台的节目播出系统供电、军事应用等等。今天计算机技术、信息技术及其相关产业飞速发展，计算机在各行各业得到了广泛应用，于是UPS似乎也成了计算机系统设备的一个部分。越来越多的重要数据、图象、文字由计算机处理和存贮，如果在工作中间突然停电，必然导致随机存贮器中的数据和程序丢失或损坏；更严重的是，如果此时计算机的读写磁头正在工作的话，极易造成磁头或磁盘的损坏；假如这些数据是在银行清算系统或是证券交易等系统中丢失的话，后果更将不堪设想。不间断电源的核心技术就是将蓄电池中的直流电能逆变为交流电能的逆变技术。(3)电动机制动再生能量回馈在变频调速系统中，电动机的减速和停止都是通过逐渐减小运行频率来实现的，在变频器频率减小的瞬间，电动机的同步转速随之下降，而由于机械惯性的

9、原因，电动机的转子转速未变，或者说，它的转速变化是有一定时间滞后的，这时会出现实际转速大于给定转速，从而产生电动机反电动势高于变频器直流端电压的情况，这时电动机就变成发电机，非但不消耗电网电能，反而可以通过变频器专用型能量回馈单元向电网送电，这样既有良好的制动效果，又将动能转变化为电能，向电网送电而达到回收能量的效果。交流电动机和直流电动机在制动过程中都会处于发电状态而使直流母线电压泵生。采用有源逆变系统将能量回馈到交流电网而代替传统的电阻能耗制动，既节约了电能，又提高了安全性能。回馈制动采用的是有源逆变技术，将再生电能逆变为与电网同频率同相位的交流电回送电网，从而实现制动。(4)直流输电由于交流输电架线复杂、损耗大、电磁波污染环境，所以直流输电是一个发展方向。直流输电目前主要用于：远距离大功率输电；联系不同频率或相同频率而非同步运行的交流系统；作网络互联和区域系统之间的联络线（便于控制、又不增大短路容量）；以海底电缆作跨越海峡送电或用地下电缆向用电密度高的大城市供电；在电力系统中采用交、直流输电线的并列运行，利用直流输电线的快速调节，控制、改善电力系统的运行性能。首先把交流电整流成高压直流再进行远距离输送，然后再逆变成交流电供给用户。随着电力电子技术的发展，大功率可控硅制造技术的进步、价格下降、可靠性提高，换流站可用率的提高，直流输电技术的日益成熟，直流输电在电力系统中必然得到更多的应用。当前，研制高压直流断路器、研究多端直流系统的运行特性和控制、发展多端直流系统、研究交直流并列系统的运行机理和控制，受到广泛的关注。 许多科学技术学科的新发展为直流输电技术的应用开拓着广阔的前景，多种新的发电方式磁流体发电、电气体发电、燃料电池和太阳能电池等

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