計算機仿真技術在電力電子電路與系統分析中的應用

摘 要：二十一世紀的到來將信息技術水平的發展帶入一個全新的階段，就目前而言，計算機仿真技術已經在各領域中得到了廣泛的應用，其中以電力電子技術相關行業較為突出。為了推動電力電子產品及相關技術的進一步發展，文章從計算機仿真技術的相關概念著手，對該技術在電力電子電路與系統分析中的應用進行闡述，并提出在應用過程中優化的相關方法。

關鍵詞：計算機仿真技術；電力電子電路；電力電子系統

中圖分類號：TP391.9 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 20-0000-01

就現階段而言，計算機技術已經滲入到各行業及領域當中。計算機仿真技術在電路與系統分析中的應用對電力電子技術領域相關產品的生產及技術的開發有著十分關鍵的作用，這是因為該技術的應用能提高電力電子領域技術人員的專業知識、提高電路設計的完善性以及改進相關產品的性能等。因此，文章將對計算機仿真技術的概念和應用進行介紹，并對該技術相關優化提出建議。

一、計算機仿真技術的簡介

計算機仿真技術是在現代信息技術的基礎上發展起來的一類綜合性技術，該技術綜合了原理相近的不同專業領域的多項技術，包括了信息技術、網絡技術、圖形及圖像處理技術、多媒體技術、軟件技術、數據分析處理技術、自動化技術以及系統工程技術等，其目的是對系統的設計方案和運行進行了解。計算機仿真技術具有涵蓋量廣、應用范圍大、自動集成化高等特點，目前常用的計算機仿真軟件有matlab、pspice、saber等[1]。

二、計算機仿真技術在電力電子電路與系統分析中的應用

（一）電力電子電路及系統的簡介

電力電子電路系統主要由電力電子主線路、控制電路以及異步電動機等幾部分組成。其中，主線路包括了理想供電電源、受控供電電源、電力電子部件、電阻、互感電感器以及電容，控制電路包括了信號源、代數運算、快遞函數以及輸出等幾大模塊，異步電動機主要包括直流電動機及交流電動機。

（二）計算機仿真技術軟件的應用

單相boost功率因數矯正電路是電力電子領域的典型電路工作原理圖，現就pspice及Power System Blocksets兩種計算機仿真軟件在該電路中的應用做出闡述。

1.Pspice仿真軟件的應用

根據電路原理圖在Pspice軟件中建立仿真電路圖，并采用開放電壓環控制，對仿真電路波形進行繪制并分析，并根據分析結果對電流與電壓的跟蹤輸入情況進行判斷，最后對電路的功率因數進行校對。

2.Power System Blocksets仿真軟件的應用

在仿真軟件中建立電路系統模型，包括功率電路以及控制電路的模擬圖，使用雙閉環電路控制系統、內外環電壓環對電路進行調節與控制，得出仿真電路波形圖并繪制出來。根據所得出的仿真結果，對輸入電流量、輸入電壓量進行跟蹤分析，從而對功率因數進行矯正。

（三）幾種計算機仿真技術軟件的對比

就現階段而言，在電力電子相關領域中應用頻率較高、應用范圍較廣的計算機仿真軟件之一是Pspice，該仿真軟件實現了仿真電路與原電路理論設計圖緊密連接，基本上實現了電力電子電路的動態仿真和系統分析。由于該仿真軟件中的電路原件的建模特點與實際電路原件的特點相似程度較高，且該軟件的仿真電路波形與實際電路測量所得的結果誤差率較低，因此該仿真軟件在電力電子電路及系統分析中的應用對于電路的設計起到了指導性的作用。另一方面，由于該軟件的數據處理規模大并復雜，因此在實際應用過程中，該軟件的運行速度不高，對系統分析的效率造成了影響，從而阻礙了該軟件的進一步推廣。

除了Pspice之外，Power System Blocksets是一款在Matlab的Simulink圖形圖像處理基礎上建立起來的大規模計算機仿真軟件，該軟件使用方便，且基本上滿足了目前電力電子電路仿真的要求[2]。該軟件具有操作方便、數據分析效率高、處理精準、兼容性高等特點，現已經在電子電力領域得到廣泛應用，并逐漸代替Pspice軟件。

三、計算機仿真技術在電力電子電路與系統分析中應用的優化建議

在使用計算機仿真軟件建立電力電子電路及系統模型時，由于各類仿真軟件的智能性和自動化程度高，因此在建模時只需要在建模窗口中加入所需要的板塊、調整好相關參數并接好線路即可。然而，在操作過程中應當注意以下幾方面問題，以提高仿真的準確程度。

首先，在電力電子線路連接過程中要注意線路連接的完整性。在線路連接完成后要注意各個連接部位箭頭的變化情況，當單箭頭轉變為加粗加黑的箭頭時，即為連接完成。

第二，避免供電電源以及變壓器短路。在供電電源與變壓器之間設置隔離裝置，注意各個部分的公共連接部位，防止短路，必要時可以采用接地模塊或總線模塊。

第三，關閉后臺窗口。在建立電子電力系統模型的過程中，要注意仿真軟件中是否有暫不使用的后臺窗口，包括輸入端子以及輸出端子，此時需要采用接地模塊及終止模塊分別對其進行關閉，以免仿真軟件發出警告提示或故障。

第四，對相關參數進行調節。由于電力電子系統的模型建立與實際電路存在的差距，因此在應用仿真軟件進行建模時要調節好相關參數，包括仿真的初始時間、仿真結束時間、仿真計算方式、仿真過程中誤差范圍、步長參數等。在對這些參數進行設定與調節時，要根據所需創建的電力電子系統模型而改變，以提高仿真結果的準確性。

四、結束語

綜上所述，計算機仿真技術是新時代科學技術發展的產物，將其應用于電力電子技術領域中能顯著提高電力電子電路的運行效率，并簡化電力電子系統的分析過程。

參考文獻：

[1]裴云慶，段雅莉，王兆安.電力電子系統的計算機仿真及參數優化算法[J].西安交通大學學報，2009，11（20）：221-223.

[2]李潔，王偉，鐘彥儒.電力電子系統的PSIM+Matlab聯合仿真方法[J].電力電子技術，2010，05（20）：237-239.

[作者簡介]趙偉（1980-），男，滿族，北京人，河北聯合大學碩士，河北聯合大學輕工學院，講師，研究方向：復雜工業系統的建模與仿真，機器人視覺伺服控制；黃文娟（1981-），女，河北唐山人，河北聯合大學碩士，唐山職業技術學院，講師，研究方向：自動控制。