电力电子的MATLAB仿真(54)

7.1MATLABSimulink／PowerSystem工具箱及应用简介Simulink工具箱的功能是在MATLAB环境下，把一系列模块连接起来．构成复杂的系统模型，它是Mathworks公司于1990年推出的产品；电力系统仿真工具箱（PowerSystemBlockset）是在Simulink环境下使用的仿真工具箱，它由加拿大的HydroQuebec和TECSIMInternational公司共同开发，其功能非常强大，可用于电路、电力电子系统、电视系统、电力传输等领域的仿真，它提供了一种类似电路搭建的方法用于系统的建模。本章首先概述Simulink／PowerSystem工具箱所包含的模块和Simulink，／PowerSystem的模型窗口；其次介绍Simulink/PowerSystem模块的基本操作、搭建Simulink／PowerSystem系统模型的方法，及系统的仿真技术（以MATLAB6.1版本为基础，软件中仍然用三相符号A，B，C表示三相U，V，W）。最后，重点介绍典型电力电子器件和常用典型环节的仿真模型及仿真实例，并对典型的电力电子变换器进行建模与仿真。7.1.1Simulink工具箱简介在MATLAB命令窗口中键人【Simulink】命令，或单击MATLAB工具栏中的Simulink图标，则可打开Simulink工具箱窗口，如图7－1所示。图7－1Simulink模型库界面在图7－1所示的界面左侧可以看到，整个Simulink工具箱是由若干个模块组构成，故该界面又称为工具箱测览器。可以看出，在标准的Simulink工具箱中，包含连续模块组（Continuous）、离散模块组（Discrete）、函数与表模块组（Function＆Tables）、数学运算模块组（Math）、非线性模块组（Nonlinear）、信号与系统模块组（Signals＆Systems）、输出模块组（Sinks）、信号源模块组（Sources）和子系统模块组（Subsystems）等。下面对常用的模块组和模块做一概述。1.连续模块组（Continuous）及其图标连续模块组包括的主要模块及其图标如图7－2所示，连续系统模块组有8个标准基本模块。基本模块的用途和使用方法可查阅相关资料。图7-2连续模块组2.离散模块组（Discrete）及其图标离散模块组主要用于建立离散采样系统的模型，离散模块组的内容如图7－3所示。离散系统模块组有8个标准基本模块。图7-3离散模块组3.函数与表模块组（Function＆Tables）及其图标函数与表模块组及其图标如图7-4所示，该模块组有11个标准基本模块。图7-4函数与表模块组4.数学运算模块组（Math）及其图标数学运算模块组及其图标如图7-5所示，它共有21个标准基本模块。图7-5数学运算模块组5.非线性系统模块组（Nonlinear）及其图标非线性系统模块组及其图标如图7-6所示，非线性系统模块组有10个标准基本模块。图7-6非线性系统模块组6.信号与系统模块组（Signals＆Systems）及其图标信号与系统模块组及其图标如图7-7所示，信号与系统模块组有23个标准基本模块。图7-7信号与系统模块组7.输出模块组（Sinks)及其图标输出模块组及其图标如图7-8所示。输出模块组有9个标准基本模块。图7-8输出模块组8.输入源模块组（Sources）及其图标输人源模块组及其图标如图7-9所示。输人源模块组有17个标准基本模块。图7-9输人源模块组此外，Simulink的公共模块组还包括1个子系统模块组，它包含13个子系统模块及1个子系统例子。由于本课程应用较少，故不做具体介绍，有兴趣的读者可查阅相关资料。熟悉这些模块组所包含的模块及在工具箱中的位置，将有助于建模时迅速查找到这些模块。7.1.2电力系统（PowerSystem)工具箱简介在MATLAB命令窗口中键人【powerlib】命令，则将得到如图7-10所示的工具箱。当然，电力系统工具箱还可以从Simulink模块浏览窗口中直接启动。图7-10电力系统工具箱界面在该工具箱中有很多模块组，主要有电源（Electricalsources)、元件（Elements)、电力电子(PowerElectronics)、电机系统（Machines)、连接器(Connectors)、测量（Measurements)、附加（Extra）、演示（Demos）等模块组。双击每一个图标都可以打开一个模块组，下面简要介绍各模块组的内容。1.电源（Electricalsources）模块组电源模块组包括：直流电压源、交流电压源、受控电压源和受控电流源等基本模块。电源模块组中各基本模块及其图标如图7-11所示。2.测量（Measurements)模块组测量模块组包括：电压表、电流表、阻抗表、多用表和各种附加的子模块组等基本模块。测量模块组中各基本模块及其图标如图7-12所示。图7-11电源模块组图7-12测量模块组3.元件（Elements)模块组元件模块组包括各种电阻、电容和电感元件，各种变压器元件，另外还有一个附加的三相元件子模块组。遗憾的是元件模块组中不包含单个的电阻、电容和电感元件，单个的电阻、电容、电感元件只能通过串联或并联的RLC分支，及它们的负载形式来定义。单个元件的参数设置在串联或并联分支中是不同的，具体模块组中各基本模块及其图标如图7-13所示。表7-1单个电阻、电容、电感元件的参数设置表4.电力电子(PowerElectronics)模块组电力电子模块组包括：理想开关、二极管（Diode)、晶闸管（Thyristor)、可关断晶闸管(GTO)、功率MOS场效应管（MOSFET)、绝缘门极晶体管（IGBT）等模块，此外还有两个附加的控制模块组和一个整流桥。电力电子模块组中各基本模块及其图标如图7-14所示。图7-13元件模块组图7-14元件电子模块组5.电机系统（Machines)模块组电机系统模块组包括：简单同步电机、永磁同步电机、直流电机、异步电机、汽轮机和调节器、电机输出信号测量分配器等模块。各模块的图标如图7-15所示。图7-15电机系统模块组6.连接器(Connectors)模块组连接器模块组包括10个常用的连接器模块。连接器模块组中各基本模块及其图标如图7-16所示。图7-16连接器模块组7.演示（Demos）和附加（Extra）模块组演示（Demos）模块组主要是提供一些演示实例；附加（Extras）模块组则包括了上述各模块组中的各个附加（Extras）子模块组。附加（Extras）模块组中各基本模块及其图标如图7-17所示。图7-17附加（Extras）模块组附加模块组主要有：附加测量（Measurements）子模块组、离散型附加测量（DiscreteMeasurements）子模块组、附加控制（ControlBlocks）子模块组、离散型附加控制（DiscreteControlBlocks）子模块组、附加电机（AdditionalMachines）子模块组、三相电气（Three-PhaseLibrary）子模块组。而每个附加（Extras）子模块组又包括了多个模块。下面介绍几个常用的附加（Extras）子模块组所包括的子模块图标。如图7-18所示的是附加控制（ControlBlocks）子模块组所包含的模块图标。图7-18附加控制（ControlBlocks）子模块组如图7-19所示的是三相电气（Three-PhaseLibrary）子模块组所包含的模块图标。图7-19三相电气（Three-PhaseLibrary）子模块组以上简要介绍了MATLAB的Simulink和PowerSystem工具箱所包含的模块内容，熟悉这些模块在工具箱中的位置将有助于系统的建模。7.1.3Simulink和PowerSystem的模型窗口当按下【File】文件菜单中的【New】按钮时，就弹出无标题名称的“Untitled”新建模型窗口（见图7-20)。当建立的模型文件命名后，标题Untitled改变为文件的名称。MATLAB规定模型文件（动态结构图模型的文件）扩展名（称为后缀）为“.mdl。文件命名时，不需要写入扩展名，MATLAB会自动添加上去。Simulink和PowerSystem的模型窗口是相同的。图7-20Simulink和PowerSystem的模型窗口窗口的第二行是模型窗口的主菜单，第三行是工具栏，最下方是状态栏。在工具栏与状态栏之间的大窗口（此处做了缩小）是建立模型（画图）、修改模型及仿真的操作平台。PowerSystem/Simulink模型窗口主菜单与工具栏是PowerSystem/Simulink仿真操作的重要内容。1.模型窗口的菜单PowerSystem/Simulink模型窗口的条形主菜单有【File】（文件）、【Edit】（编辑）、【View】（查看），【Simulation】（仿真）、【Format】（格式设定）、【Tools】（工具）与【Help】（帮助）等7项菜单选项。7项主菜单项都有其下拉菜单，每个菜单项为一个命令，只要用鼠标选中，即可执行菜单项命令所规定的操作．以下是各个菜单项命令的等效快捷键（如果有的话）及功能。(1)【File】文件菜单NewCtrl+N创建新的模型或模块库Open...Ctrl+O打开模型CloseCtrl+W关闭模型SaveCtrl-rS保存当前的模型文件（路径子目录、文件名都不变）Saveas…将模型文件另外保存（改变路径、子目录、文件名）Sourcescontrol源项控制Modelproperties模型属性Preferences…仿真属性Print...Ctrl+P打印模型Printsetup…打印机设置ExitMATLABCtr1tQ退出MATLAB(2)【Edit】编辑菜单UndoAddCtrl+Z撤销前次操作CantredoCtrl+Y恢复前次操作CutCtrl+X剪切当前选定的内容，并放在剪贴板上CopyCtrl+C将当前选定的内容复制到粘贴板PasteCtrl+V将粘贴板上的内容粘贴到当前光标所在位置ClearDelete清除选定内容SelectallCtrl+A选择整个窗口Copymodeltoclipboard将模型复制到剪贴板上CreatesubsystemCtrl+G创建子系统MasksubsystemCtrl+M封装子系统模块LookundermaskCtrl+U查看封装模块的内部结构Linkoptions连接选项UpdatediagramCtrl+D更新模型框图的外观(3)【View】查看菜单Gotoparent进人母模型系统Toolbar显示或隐藏工具栏Statusbar显示或隐藏状态栏Modelbrowseroptions模型浏览器Blockdatatipsoptions当鼠标位于模块上方时显示模块内部数据ShowLibraryBrowser显示模块库浏览器Zoomin放大模型显示比例Zoomout缩小模型显示比例Fitsystemtoview自动选择最合适的显示比例Normal(100%）以正常工作比例（100%）显示模型(4)【Simulation】仿真菜单StartCtrl+T启动或暂停仿真Stop停止仿真Simulationparameters...Ctrl+E设置仿真参数Normal常规标准仿真Accelerator加速仿真(5)【Format】仿真格式设定Font…字体选择Textalignment文字对齐方式Flipname模块标题名称上下换位Hidename显示／隐藏模块名FlipblockCtrl+I将功能模块图旋转180°RotateblockCtrl+R将功能模块图顺时针旋转90°ShowdropShadow显示或隐藏模块的阴影Showportlabels显示或隐藏子系统输人输出字符与空框或有示意图框Foregroundcolor设置前景颜色Backgroundcolor设置背景颜色Screencolor设置屏幕颜