电力电子技术的研究方向

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电力电子技术的研究方向范文第1篇

关键词 电力电子技术；研究热点；装置

中图分类号：TM46 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-006-01

电力电子学结合了电工学、电子学以及控制学的内容，在这一基础之上发展成为了一种新型的高新技术。近几年来，电力电子技术发展的异常迅猛，其涉及的范围非常广泛，对多重领域都起到了推动和促进的作用。如今的电力电子技术已经成为了一门成熟的不可或缺的重要学科，几乎在所有的电能应用场合都可以对其进行利用。电力电子技术发展到今天，逐渐的成为了电气工程所有学科中最为重要和最活跃的分支，用其不断地革新和进步推动着电气工程的现代化进程，成为了电气工程领域的活力来源。电力电子技术中的研究热点也很多，下面本文就对这些热点进行分析。

1 电力电子器件

功率器件从历史上来看是就像是一颗将电力电子技术革命点燃的火种，电力电子器件的每一次革新都为电力电子技术带来了一次新的革命。电力电子器件对于这项技术来说是其源头的发展基础。美国GE在20世纪50年代所开发出来的晶闸管是电力电子技术发展的开端；门极可关断晶闸管随后出现在20世纪60年代；70年代又出现了电力双极型晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管以及电力场效应晶体管；到了80年代，异军突起的绝缘栅双极型晶体管发展的异常迅猛；90年代，基于晶闸管技术和IGBT、GTO等技术的成熟，新型器件集成门极换流晶闸管被开发研究出来。目前，电力电子器件的开发和研究逐渐的步入了新的时代，即标准模块化、智能化、集成化以及高频化的时代。在未来，可靠性极高的电力电子积木（PEBB）以及集成电力电子模块IPEM技术会成为这一领域中的发展热点。

2 电力电子装置

2.1 电磁兼容

专家认为电磁兼容是目前电力电子技术的研究热点。电力电子装置在近些年来应用的范围不断地扩大，大功率的装置和一些超大功率装置也不断地被应用开来，电力电子装置对电网产生了严重的污染。这些电子污染成为了我国电子装置走向国际市场的严重制约因素，因此必须要加以解决。绝大多数的电力电子装置和电网进行连接都是依靠着整流器的，治理电网污染最重要的就是要提高整流器的功率因数以及整流器的谐波抑制。所谓的灵活交流输电指的是，利用电力电子装置、技术来对电力系统的各种参数（潮流、电压、阻抗、相位差等）以及其网络结构进行的快速的控制，用这种控制来达到输电线路输电能力的提高以及系统稳定性的提高目的。由此可见，在我国灵活交流输电也是电力电子技术领域中一个研究的热点。

2.2 谐波抑制

我国的研究学者对谐波抑制技术已经进行了很多年的研究，这种技术是将有源电力滤波器作为其代表的，专家学者对于这种技术的研究主要集中于串联型有源电力滤波器、并联型和混合型的有源电力滤波器，取得了十分显著的成效。在这其中，研究技术最为成熟的是对并联型有源电力滤波器的研究，研究方法是以实验研究和理论研究为主的，朝着电能控制技术的研究方向进行拓展。在电能质量控制技术中，不仅有谐波抑制技术，还有其他的用户电力技术和UPS等技术方向。

2.3 交流变频调速

在电力电子技术领域中，对交流变频调速的研究一直是一个热点，尤其是在近些年，在中压变频调速以及电力牵引领域中的研究更加备受瞩目。进口的变频器基本已经达到了性能化极高、功能极多、价格廉价以及体积精小的标准，并正在朝着智能化的发展方向进行改革。在我国，变频器国产化制造有一定的困难，与此同时，变频调速技术的推广也面临着一定的困境。但是，我国市场经济发展的十分迅猛，科技领域与国际也进行着紧密的接轨，这都预示着我国的变频器和交流调速产业未来会有更好的发展。

2.4 软开关技术

在电力电子技术领域中，由于软开关技术具有独特的优越性而成为了一个研究热点。变换器中的开关元件在开关过程中的损耗完全可以通过软开关技术来减小甚至是完全的消除，缓冲吸收电路的存在就十分的多余了。如果采用软开关，开关频率就不会受到开关损耗的限制，使得开关器件工作频率大大的提高，同时也将其散热体积减小了。

3 总结

综上所述，电力电子技术发展的时间虽然不是很长，但是却极具潜力，是现代社会中智力、知识、信息密集型的高新技术，实用性非常强。将电力电子技术广泛的应用到各个领域中，可以为我国的国民经济提供更好的服务。而电力电子技术的创新，将为生产和科技进步做出更大的贡献， 电力电子学的发展将向消除电力公害、减少电磁干扰和电噪声方向进行不懈的努力。这也正是二十一世纪电力电子技术的新发展趋势之一。

参考文献

[1]吕庆敏，陆馨.浅谈电力电子技术领域中的研究热点[J].电力电子技术，2011（05）：106-107.

电力电子技术的研究方向范文第2篇

电力电子技术是一个以功率半导体器件、电路技术、计算机技术、现代控制技术为支撑的技术平台。经过50年的发展历程，它在传统产业设备发行、电能质量控制、新能源开发和民用产品等方面得到了越来越广泛的应用。最成功地应用于电力系统的大功率电力电子技术是直流输电(HVDC)。自20世纪80年代，柔流输电(FACTS)概念被提出后，电力电子技术在电力系统中的应用研究得到了极大的关注，多种设备相继出现。本文介绍了电力电子技术在发电环节中、输电环节中、在配电环节中的应用和节能环节的运用。

二、电力电子的研究方向

就目前情况而言，我国电力电子的研究范围与研究内容主要包括：（1）电力电子元器件及功率集成电路；（2）电力电子变换器技术的研究主要包括新的或电力能源的节约和新能源电力电子，军事和空间应用等作为特殊的电力电子转换器技术的智能电力电子变换器技术，控制电力电子系统和计算机仿真建模；（3）电力电子技术的应用，其研究内容包括超高功率转换器，在能源效率，可再生能源发电，钢铁，冶金，电力，电力牵引，船舶推进应用，电力电子系统的信息化和网络；电力电子系统的故障分析和可靠性；复杂的电力电子系统的稳定性和适应性；（4）电力电子系统集成，其研究内容包括标准化电力电子模块；单芯片和多芯片系统设计，集成电力电子系统的稳定性和可靠性。

三、我国电力电子发展中存在的问题

当前的主要问题是：中国的电力电子产品和设备目前生产的大部分是也主要是晶闸管，虽然它可以创造一些高科技电子产品和电气设备，但他们都使用电力电子外国生产设备和多组分组装集成的制造方法，尤其是先进的全控型电力电子器件全部依赖进口，而许多关系到国民经济和国家安全，在一些关键领域的核心技术，软件，硬件和关键设备，我国的外资控制和封锁。特别是在关系国民经济和国家安全，更多先进水平的核心技术差距的关键领域，这种情况正在迅速变化的挑战和我们的道德律令。

在过去，虽然我国国民经济的各个部门，先后引进了国外先进技术，已开始注意到国内突出的问题，从表面上看，虽然对引进技术的绝大多数可以在几年后达到国产化率70％的要求，但只要仔细分析，不难发现，并最终拒绝外国公司转让技术和关键部件，都涉及到高科技的电力电子技术和动力传动产品在核心技术。

目前国外和问题的主要区别是：电力电子器件的全面控制，不能制造国内制造的高功率转换器，低技术，设备可靠性差，电力电子数字控制技术水平仍处于初级阶段；应用程序的控制技术和系统控制软件的水平较低；缺乏经验的重大项目等。高性能高功率转换器设备几乎全部从国外进口。

四、电子电力技术的研究与应用

（一）在发电环节中的应用

发电机组的多种设备在电力系统的发电环节都会被涉及到，如何改善这些设备的运行特性就需要电力电子技术参与应用。

1.大型发电机的静止励磁控制。静止励磁结构简单、可靠性高以及造价相对较低 ，采用晶闸管整流自并励方式，在世界的各大电力系统被广泛采用。省去励磁机这个中间惯性环节，使其拥有了特有的快速性调节。这样使得控制规律的方法和更加先进，效果更加良好。

2.水力、风力发电机的变速恒频励磁。水头压力和流量决定了水力发电的有效功率，抽水蓄能机组最佳转速变会随着水头的变化幅度而变化。风速的三次方与风力发电的有效功率成正比，随风速的变化，风车捕捉最大风能的转速也发生变化。所以机组变速运行，即调整转子励磁电流的频率，使其与转子转速叠加后保持定子频率即输出频率恒定，从而获得最大有效功率。变频电源是此项应用的技术核心。

3.发电厂风机水泵的变频调速。发电厂的厂用电率平均8%，风机水泵耗电量约是火电设备总耗电量的65%，不仅耗量大且运行效率低，为了节能，在低压或高压变频器使用时可以使风机水泵变频调速，从而减少电量的消耗。目前来讲，低压变频器技术以达到一定 的水平，国内外的生产厂家也比较多，只是系列产品还不够完整。但是高压大容量变频器设计和生产的企业还是比较少，需要院校和企业抓紧联合开发，以满足生产需求。

（二）在输电环节中的应用

被称为“硅片引起的第”就是电力电子器件应用于高压输电系统，这样使得电力网的稳定运行特性大幅度的改善。

1.直流输电（HVDC）和轻型直流输电（HVDC Light）技术。直流输电相对远距离输电、海底电缆输电及不同频率系统的联网，高压直流输电优势独特，因为其不仅输电容量大、稳定性好等优点而且控制调节非常灵活，从。1970年世界上第一项晶闸管换流器之后，世界上新建的直流输电工程均采用晶闸管换流阀，这也是电力电子技术正式应用于直流输电的里程碑。

2.柔流输电（FACTS）技术。20世纪80年代后期，FACTS技术的概念问世，这是项基于电力电子技术与现代控制技术对交流输电系统的阻抗、电压及相位实施灵活快速调节的输电技术，可以灵活控制交流输电功率潮流，使得电力系统的稳定水平大大的提高。20世纪90年代后，国外在研究开发的基础上开始将FACTS技术用于实际电力系统工程。其设备结构简单，控制方便，成本较低，所以应用较早。

（三）在配电环节中的应用

配电系统迫切需要解决的问题是如何加强供电可靠性和提高电能质量。电能质量控制既要满足对电压、频率、谐波和不对称度的要求，还要抑制各种瞬态的波动和干扰。电力电子技术和现代控制技术在配电系统中的应用，即用户电力(custom Power)技术或称DFACTS技术，是在FACTS各项成熟技术的基础上发展起来的电能质量控制新技术。可以将DFACTS设备理解为FACTS设备的缩小版，其原理、结构均相同，功能也相似。由于潜在需求巨大，市场介入相对容易，开发投入和生产成本相对较低，随着电力电子器件价格的不断降低，可以预期DFACTS设备产品将进入快速发展期。

参考文献：

[1]郑锦彪.浅谈电力电子技术在电力系统中的应用与研究[J].黑龙江科技信息，2007(5).

[2]张建诚、陈志业、梁志瑞.现代电力电子技术在电力系统中的应用[J].电力情报，1999(3).

电力电子技术的研究方向范文第3篇

关键词：电力电子；配电网；分布式电源；电能质量；电力系统 文献标识码：A

中图分类号：TM73 文章编号：1009-2374（2017）01-0149-02 DOI：10.13535/ki.11-4406/n.2017.01.072

1 概述

电力电子技术通过使用电力电子器件，可实现对电能的灵活变换和控制。随着电力电子器件和变流控制技术的发展，电力电子技术日益广泛地应用于电力系统，推进智能电网建设。在配电网中，新能源发电和储能的大量接入以及用户对供电的多元化需求，促使配电网逐步电力电子化，给智能配电网的运行控制和管理维护带来了一系列新的机遇和挑战。

配网电力电子化具有多种表现形式。每种表现形式都有其侧重点。在下文中，首先从设备级和系统级两个层面梳理配电网电力电化的主要表现形态及其特点，然后分析电力电子技术应用于配电网给配电网带来的各方面影响，以推进智能配电网与电力电子技术相关研究工作，并为电网企业及有关设备研发和制造企业提供技术依据和管理参考。

2 配电网电力电子化的主要表现形态

2.1 设备级

2.1.1 DFACTS装置。DFACTS技术是FACTS（Flexible AC transmission system，基于电力电技术的柔流输电系统）技术在配电网应用的延伸，主要目的是改善配电网电能质量。DFACTS设备主要包括配电静止无功补偿器（D-STATCOM）、有源滤波器（APF）、固态开关（包括固态转换开关、固态断路器和固态限流器，即SSTS、SSB和SSLC）以及动态电压调节器（DVR）等。配电静止无功补偿器是一种并联无功补偿装置，通过与配电网的无功交换，实现调控系统电压、抑制电压扰动以及减小电压谐波等。有源滤波器可动态抑制谐波以及补偿无功。固态开关可快速隔离故障。动态电压调节器可抑制电压波动、不平衡以及谐波对负荷的影响。

2.1.2 分布式发电和储能的并网装置。多种分布式发电单元和储能发电单元接入电网需要应用电力电子技术。以接入交流配电网为例，光伏发电、燃料电池需要DC/AC逆变器，小型风力发电需要AC/DC/AC变换器。

2.1.3 电力电子变压器。电力电子变压器指采用电力电子换流器及中高频变压器实现的新型变电装置，在完成常规变压器变压、隔离和能量传递等功能的同时，还可实现潮流控制和电能质量调节等功能。从拓扑类型上，分为AC/AC型和AC/DC/DC/AC型。

2.2 系统级

2.2.1 微电网。微电网是有效利用分布式电源（包括分布式发电和储能）的一种方式。不同国家和组织对微电网的定义因本地需求、科研水平等因素的不同而有所差异，但是整体来看，微电网具有如下基本特征：包含分布式电源和负荷；应用电力电子技术；既可以工作在并网状态下，又可以工作在离网状态下，对外电网表现为一个整体；满足用户需求，提供稳定、安全和可靠的电能。相较于分布式电源直接由配电网管理，微电网给接入配电网的分布式电源带来了新的运行

模式。

2.2.2 柔性直流输电。柔性直流输电指采用IGBT、IGCT等全控电力电子器件构成电压源型换流器（Voltage Source Converter，VSC）进行换流的直流输电技术，又称为轻型直流、新型直流、电压源换流器型高压直流输电。它可对有功和无功独立进行控制，可实现四象限运行，可以向无源交流网供电，也可以支撑弱交流系统。具体而言，可用于风力和光伏并网发电、向孤岛或者海上钻井平台供电、城市供电、异步互联以及多端直流互联等。

2.2.3 交直流配电网。又称为交直流混合配电网、交直流混合配电网系统等。指采用电力电子技术将交流配电网和直流配电网进行联网所构成的混合电网。主要拓扑结构分为辐射型、链型和环型结构。应用于交直流配电网组网的装置可以是AC/DC、DC/AC等变换器，也可以是电力电子变压器等。

2.2.4 能源互联配电网。相当于将能源互联网应用于配电网中，直接接入各类用户，将电力电子设备与通信技术相结合，采用通信技术对网络内的重要信息进行汇集。能量路由器是能源互联配电网的核心设备，可联结中压配电网和低压配电网，联结交流系统和直流系统，实现能量双向流动，交直流负荷的灵活接入和管理，分布式电源的接入和消纳。通过对多电平电力电子变压器的改进和功能整合，可实现配电网能量路由器的基本功能。

3 配电网电力电子化的影响分析

3.1 电能质量

配电网一部分电力电子装置专门用于改善电能质量，例如DFACTS装置；而另一部分电力电子装置则会恶化电能质量，特别是产生谐波污染，例如含整流装置的电力电子设备。谐波的来源主要分为两种：一种是特征性谐波；另一种是非特征性谐波。前者可由质量较差的并网电源、整流装置、变频装置、旋转电机等设备运行引起，后者可由配电网系统的不对称运行、电力电子开关器件和触发脉冲不对称、驱动电路及缓冲电路参数不对称等原因引起。

3.2 系统稳定性

相对于传统配电网，电力电子化后的配电网在系统稳定性方面有以下特点：一是频率动态变化范围较大，可从工频附近一直到上千赫兹；二是由于用于改善电力电子装备接入后电能质量的各类滤波器的使用，容易造成系统谐振问题；三是由于电网特性变化、电压稳定等过渡过程缩短；四是由于电力电子装置相对于同步发电机缺乏自然惯性，因此当一部分分布式发电单元、储能和负荷形成一个小系统离网运行时，系统稳定性问题会尤为突出。

3.3 网架结构

由于电力电子装置灵活的变流能力，对交直流和多电平的高度集成以及模块化组装能力，配电网的网架结构将会更加复杂和多样化。随之带来的是低压配电网联络率和转供能力的提升，更高的供电可靠性，更加灵活的运行方式，更贴近用户多元化需求的供电服务以及更强大的风险抵御能力。

3.4 控制

高可控性是电力电子设备的一个较为普遍的特点，同时也是电力电子化配电网的一个主要优势。通常，电力电子化的配电网控制呈现分层分级的特点，例如设备级、局部系统级（例如对一个微电网、一套柔性直流输电、一个电力电子变压器及其所连接的分布式发电单元、储能和负荷构成的整体）和配电网级，甚至更加复杂的层级划分。从控制的体系上来讲，通常可分为集中式控制和分散式控制。目前，集中式控制在实际系统中应用得更为广泛，也更容易实现。

3.5 保护

一方面，部分电力电子设备具有快速闭锁能力，使得短路容量减小；另一方面，分布式电源的接入，能量从传统电网的单向流动变为双向流动，改变了传统配电网的短路容量分布情况，传统配电网的保护配置和重合闸策略等不再适用。鉴于电力电子化后的配电网复杂多样的运行方式，在进行保护配置和重合闸设置时，需尽可能全面地考虑可能出现的各种故障情形，灵活运用部分电力电子设备的快速闭锁能力，做好设备和系统级保护的配合。

3.6 运维

由于电力电子设备的运行环境要求更加苛刻，控制更加复杂，因此相对于传统配电网，电力电子化后的配电网更需要精细化运维，对运维人员的业务水平要求也更高。现阶段，当投运的电力电子设备出现故障后，通常需要生产厂家甚至研发单位的专业技术人员到现场，当地供电局的运维检修人员配合，才能完成相关电力电子设备的更换和调试。未来应加强对一线电力员工关于电力电子设备运维技术的普及。

4 Y语

配电网电力电子化是当前配电网发展的方向，也是未来配电网实现智能化、自动化以及清洁化的重要手段。随着相关技术的发展以及用户对供电各方面要求的提升，DFACTS装置、分布式发电和储能的并网装置、电力电力变压器等电力电子设备以及微电网、柔性直流输电、交直流配电网以及能源互联网等系统构想逐步应用于配电网，给已有配电网的电能质量、系统稳定性、网架结构、控制、保护和运维等方面带来了一系列影响。如何实现新型电力电子技术与当前配电网的良好对接和融合，充分发挥电力电子技术在提升配电网灵活性、高可控性、满足用户多元化需求、消纳分布式电源等方面的优势，是需要不断开展研究和实践探索的。

参考文献

[1] 韩英铎，严干贵，姜齐荣，等.信息电力与FACTS及

DFACTS技术[J].电力系统自动化，2000，24（19）.

[2] 何湘宁，宗升，吴建德，等.配电网电力电子装备

的互联与网络化技术[J].中国电机工程学报，2014，

34（29）.

[3] 庄荣，杨志，赵正鸣，等.浅谈电力电子技术应用状

况及其对电力系统的影响[A].中国科协2004年学术年

会电力分会场暨中国电机工程学会2004年学术年会论

文集[C].2004.

[4] 沈沉，吴翔宇，王志文，等.微电网实践与发展思考

电力电子技术的研究方向范文第4篇

目前，化石燃料仍是世界上主要的电力能源来源，在全世界面临能源危机的背景下，预计在2060年，电力电子技术将全面投入到可再生能源发电上（风力发电、水力发电、太阳能发电、潮汐能发电、地热能发电、生物发电等）。这是克服能源危机的重要措施,它们是可再生的绿色能源,对环境和气候的影响也会得到缓解。目前，我国的东北、华北、西北地区是陆上风能和光伏发电资源主要分布区，预计到2020年风电将达到100~150GW、光伏发电达到20GW规模，大规模、分散性的可再生能源所固有的间歇性、不确定性等问题，对电网的安全稳定运行提出了更高的要求。利用电子技术，通过智能电网的建设，来实现可预测、可控制的可再生能源发电调度与控制，是促进可再生能源发展的前提。

同时更为提高清洁能源比重、有效应对全球气候变化带来的挑战打下坚强基础。目前，电力节能减排是一项非常艰巨的工程，随着人们的节能减排意识的提高，国家对清洁能源的需求不断增大、对环境的要求越来越高，必须通过电力电子技术的跨越式发展来解决变流器技术这一瓶颈，通过应用可靠性高的电力电子装置来提高现有输电线路的输送能力。目前人们的汽车的需求量不断上升，通过电子技术的大力研发，推广混合动力汽车、电动汽车从而为节能减排贡献一份力量。

2电子信息科学在体育科研领域的发展

当今世界的科技竞争更多地体现在信息资源的竞争中，国家体育科研的水平直接影响到国宗体育运动整体水平。因此国家体育领域建设的信息化将在我国体育事业中发挥重要作用。

首先体现在信息传播上，由于互联网能将各种信息包括文字、数据、图片、音像等信息输人网中进行互相交流传播,其特有的远程文件传输FTP,对于体育信息的收集传递尤为必需，能够让从事体育科研的人员可以及时的了解世界各地的体育新闻以及有关科研资讯的收集,极大地丰富了体育信息的资源,空前加快了体育信息的传递速度,为体育科研提供了创造和交流的平台。

其次，WWW和超级文本www简称万维网，它除了交换电子文件外,它还可以被用来进行文本的出版、图片、图像等信息的传输,更可以通过Webbrowoer(网络浏览器)在Internet网上四处观光游览。WWW通常建立各类服务主页,主页内容也十分丰富。就体育范围而言,有国际奥委会、夏季、冬季奥林匹克项目国际单项休育联合会等提供的不同赛季的赛事安排、竞赛成绩、体育新闻、体育评论等信息。也有体育广告和体育服装器材用品公司等提供的服务信息,介绍新研制的运动服装、设备、器材等等。也提供新出版的体育期刊、报纸的体育栏目等信息。通常需要在WWW上浏览文件,主页每一页都有一个统一的资源地址标识(URL),以方便用户进行信息检索。

最后，对于专利的保护服务，互联网能够给用户提供专利服务，在国内，对于体育专利，可以通过系统的查找，搜寻相关的体育专利信息。对国外体育专利经过专门的网址也可查到。目前，我国对体育专利信息数据库实行定期的更新和维护，不断补充和扩展。

3纳米电子技术的发展

纳米电子技术的发展，已经成为了全世界信息科学技术的趋势，它在提升国家核心竞争力和实现科技兴国战略中发挥着不可替代的作用。

3.1纳米电子的研究方向和关键技术纳米电子技术研究的内容包括纳米电子学的基础理论、纳米电子材料、纳米电子器件和纳米电子系统等主要技术方向。纳米电子的关键技术主要为纳米电子器件的设计、纳米的加工与制备、纳米电子的表征测量。

3.2纳米电子技术的最新发展动向与信息技术前景目前纳米电子技术在新型的电子元件领域的开发取得了重大成果，特别是碳纳米管和石墨烯的发现。碳纳米管在纳米电子技术领域有着重要的用途使，由于它独特的结构和良好的导电性，对于实现速度快而功耗小的计算机集成电路有着重要的意义。而石墨烯的发现，可用来制成速度更快、功耗更低的石墨烯芯片，有望成为下一代基于电子自旋的电子元件材料。纳米电机技术的进步使集成电路、纳米电子计算机、纳米电子机械系统的研究有了技术支撑。

4结语

电力电子技术的研究方向范文第5篇

关键词：Matlab；降压斩波电路；电压脉动；计算机仿真

中图分类号：TM743文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2008)24-031-03

Research of the Buck Chopper Based on Matlab

JIANG Chunling,WANG Chunling

(Taishan University,Tai′an,271021,China)

Abstract：This is a complex problem in selecting and calculating the parameter,when designing the power electronic circuit.By using the power systems toolbox in Matlab ,users can quickly find out and analyze the results from simulation,don′tneed know the mathematics model and programming.This paper discusses the reason of voltage ripple in buck chopper output,sets up the system model in Matlab,and modifies the parameter by analysing the simulation result,in the end,it confirms the optimum parameter model.Matlab is the ideal tool used for the research and application of power electronics as a new style and high-powered language.

Keywords：Matlab;buck chopper;voltage ripple;computer simulation

1 引 言

随着计算机技术的发展,计算机软件为普通科研人员进行电力系统仿真奠定了坚实的基础。Mathworks公司推出的基于Matlab平台的Simulink是动态系统仿真领域中广为应用的仿真集成工具之一,它在各个领域得到广泛的应用。Simulink提供了大量的功能模块，其中的电力系统工具箱是专门为电力电子电路仿真设计的。在此正是利用Matlab对Buck电路进行研究和分析。

2 Buck电路分析

降压斩波电路（Buck Chopper）是直流斩波电路中应用最为广泛的一种电路形式。Buck电路用于降低直流电源的电压，其原理电路如图1。假设设计一个输入E=200 V，输出Uo=100 V，R=2 Ω的电路。

基于图1构建电路，但是在实际测试时发现电路输出电压的脉动较大，图2为L=0.1 mH，脉冲频率f=10 kHz时的输出电压波形。因此，如何合理选择参数、减小输出脉动，是研究和设计Buck电路的关键。

图1 Buck电路

图2 无电容时输出负载电压波形

图1工作过程为在开关器件VT导通时有电流流经电感L向负载供电，假定在这期间Uo不变，电感电流按直线规律从I1上升到I2，则有:

E－Uo=LI2－I1ton(1)

ton=(I2－I1)LE－Uo(2)

在开关器件VT关断时，电感L释放能量，维持负载电流。假定这期间电感电流按直线规律从I2下降到I1，则有:

Uo=LI2－I1toff(3)

toff=(I2－I1)LUo(4)

将ton=DT 和toff = (1-D)T（其中D为占空比）代式(1)，(3)，可得到输出电压Uo=DE，看到输出电压仅与占空比和输入电压有关。但实际上，电感中的电流是有变化的，将T=1f=ton+toff代入式(2)，(4)，可计算其变化量:

ΔI＝ED(1－D)fL

由此可知，正是由于电感电流的脉动引起了输出电压的脉动，为了减小输出电压脉动，可以采取增大电感L或者提高频率f的方法。而增大电感就要增大电感的体积，因此应该合理的选择电感值，提高斩波频率是一种行之有效的方法。另外，如果在负载两端并联一电容，使得ΔiL=ΔiC，则可以使负载电流脉动减小，从而稳定输出电压。

在实际电路的设计中，电感L、电容和脉冲频率f值的确定比较困难。而利用Matlab中的Simulink建立仿真模型，可以很方便地修改参数，直至达到设计要求。

3 建模与分析

在Simulink中建立Buck电路仿真模型如图3所示，在模型中设置参数输入电压E＝200 V，R=2 Ω,取电感L=0.1 mH，电容C=100 μF，脉冲频率f =10 kHz，为了得到输出电压Uo=100 V，应选取占空比D=50 %。设置仿真时间为0.02 s，算法采用ode15s。启动仿真，得到输出电压波形如图4所示。

图3 Buck电路仿真模型

由图4(b)可看出，在二极管导通瞬间其端电压出现了尖峰，这是由于二极管导通瞬间电感的di/dt作用。

(1) 改变电感对输出电压的影响

取电感L=1 mH，脉冲频率f=10 kHz，运行后得到输出电压波形如图5所示。与图4(d)对比，增大电感可以减小输出电压的脉动，但也会使输出电压平均值减小。

图4 f=10 kHz时各信号波形

图5 当L=1 mH时输出电压波形

(2)改变电容对输出电压的影响

对比图2和图4，可以看出负载端并联电容后，输出电压的脉动大大减小，因此实用的Buck电路在负载两端要并联滤波电容。

(3) 改变脉冲频率对输出电压的影响

取脉冲频率f分别为5 kHz,20 kHz，仿真运行后得到输出电压波形如图6所示。

图6 不同脉冲频率时的输出电压波形

对比图6和图4(d)可看出，f =5 kHz时输出电压脉动明显增大；f=20 kHz时输出电压脉动小，但输出电压平均值略有下降，说明开关频率高，器件的开关损耗增大，同时在电感上的感抗增大。因此在提高斩波频率的同时，应该考虑到开关损耗对电路的影响。

通过对不同参数下电路运行后输出电压的分析，最后确定参数选择斩波频率为10 kHz，电感L的值为0.1 mH，电容C的值为100 μF。利用Matlab构建仿真模型来设计电力电子电路，修改电路结构和参数方便，观察设计的效果更直观，并且避免了在实际电路实验过程中可能出现的器件损坏等问题。

在仿真电路中还可以加入傅里叶分析模块，可以观测输出电压直流分量，并通过傅里叶变换分析输出电压的谐波成分。通过运行可以看到本电路输出电压的各次谐波都很小。

4 结 语

系统建模和仿真技术已经日益成为现工科各专业进行科学探索、系统可行性研究和工程设计不可缺少的重要环节。建模、仿真能力成为现代工程技术人员需具备的基本技能和交流工具。利用仿真软件Matlab对降压斩波电路进行了研究和设计，利用该方法还能对非常复杂的电路、电力电子变流系统、电力拖动自动控制系统进行建模仿真。系统的建模和实际系统的设计过程非常的相似,用户不用进行编程，也无需推导电路、系统的数学模型，就可以很快地得到系统的仿真结果，通过对仿真结果分析就可以将系统结构进行改进或将有关参数进行修改使系统达到要求的结果和性能，这样就可以极大地加快系统的分析或设计过程。

参考文献

［1］王兆安，黄俊.电力电子技术［M］.4版.西安：西安电子科技大学出版社，2006.

［2］赵良炳.现代电力电子技术基础［M］.北京：清华大学出版社，2002.

［3］洪乃刚.电力电子和电力拖动控制系统的Matlab仿真［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［4］沈辉.精通Simulink系统仿真与控制［M］.北京：北京大学出版社，2003.

［5］李传琦.电力电子技术计算机仿真实验［M］.北京：电子工业出版社，2006.

［6］黄文梅,杨勇,熊桂林.系统分析与仿真Matlab语言及应用［M］.长沙：国防科技大学出版社,1999.

［7］薛定宇.反馈控制系统设计与分析Matlab语言应用［M］.北京：清华大学出版社,2000.

［8］刘文良,王杰.Matlab在电力电子技术仿真中的应用［J］.电气自动化,2001,23(3):53-54.

［9］邓国扬,盛义发.基于Matlab/Simulink的电力电子系统的建模与仿真［J］.南华大学学报,2003(1):1-6.

［10］刘文良.Matlab在电力电子技术仿真中的应用［J］.电气自动化,2001,21(3):53-54.

［11］张森,张正.Matlab仿真技术与实例应用教程［M］.北京:机械工业出版社,2004.