電力電子技術教學中電力仿真軟件選擇與應用

電力電子技術教學中電力仿真軟件選擇與應用

摘要：“電力電子技術”課程教學過程中，電力仿真軟件發揮著重要的作用。仿真軟件的類型與特點直接決定著其適用場合、仿真速度、仿真精度以及逼近實際的程度等。在不同場合下，合理選擇相應的電力仿真軟件將可實現更好的仿真效果。通過介紹“電力電子技術”教學中常用的幾種電力仿真軟件，比較它們的特點及適用性，分析了它們在“電力電子技術”教學仿真中的選擇依據及應用情況。

關鍵詞：電力仿真軟件；電力電子技術；仿真效果；軟件選擇

作者簡介：馮興田(1978-)，男，山東廣饒人，中國石油大學(華東)信息與控制工程學院，講師；王艷松(1965-)，女，山東蓬萊人，中國石油大學(華東)信息與控制工程學院電氣工程系主任，教授。(山東 青島 266580)

基金項目：本文系中國石油大學(華東)教學改革項目(項目編號：JY-A201210)的研究成果。

中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079(2013)13-0065-02

“電力電子技術”課程作為電力學、電子學和控制理論的交叉學科，是電氣工程專業非常重要的必修課。隨著電力電子器件的迅速發展，變流技術的發展也是日新月異，使得“電力電子技術”在電氣類本科教學中的地位和作用越來越突出。然而，該課程涉及的內容較多且復雜，并在不斷更新，如何能夠讓學生較快、較好地掌握所學內容成為教師們面臨的一大難題。

電力仿真軟件走進“電力電子技術”的教學課堂在很大程度上有效地解決了這一難題。電力仿真軟件通過數字仿真實現電力電子電路的分析、設計、調試等，直觀的仿真結果給學生帶來了濃厚的學習興趣，并為將來的電路設計、科學研究打下一定的基礎，因為小到本科學習中的基本實驗、畢業設計，大到科研中的課題研究、設備裝置的開發，通常都要通過仿真結果提供實驗參數的參考依據。然而，面臨眾多電力仿真軟件，如何根據實際情況進行合理的選擇成為另一難題。本文將通過分析“電力電子技術”教學中常用的幾種電力仿真軟件提供合理選擇的依據。

一、常用電力仿真軟件

“電力電子技術”教學中常用的電力仿真軟件主要有以下幾種：MATLAB、PSIM、PSpice、PSCAD。MATLAB是主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境，功能全面，能夠用于各個行業的建模仿真分析。MATLAB最重要的組件之一Simulink提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。其中，電力系統Power System工具箱包含的模組側重電力系統方面的建模仿真，而電力電子元件模組則是專門針對電力電子電路的仿真設計的。

PSIM是針對電力電子領域以及電機控制領域的仿真應用包軟件。它具有仿真高速、用戶界面友好、波形解析等功能，為電力電子電路的解析、控制系統設計、電機驅動研究等有效提供強有力的仿真環境。

PSpice軟件具有強大的電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能和圖形后處理功能等，以圖形方式輸入，自動進行電路檢查，生成圖表，模擬計算電路。它不僅可以用于電路分析和優化設計，還可與印制版設計軟件配合使用，實現電子設計自動化，并且適用于“電力電子技術”課程的計算機輔助教學。

PSCAD可以較為簡單地模擬復雜電力系統，包括直流輸電系統和其相關的控制系統，并能夠顯著地提高電力系統電磁暫態模擬研究的效率。它還可通過聯合使用實時數字模擬器RTDS硬件來開發模擬器，用以模擬包含高壓直流輸電系統的大型互聯電力系統。

二、常用電力仿真軟件的特點

比較分析上述幾種電力仿真軟件的性能及其在“電力電子技術”教學中的實際仿真應用情況，其特點如下：

1.圖形界面友好，操作簡單易用

通過拖曳相應的功能模塊，按照電氣聯結關系進行連接，操作過程非常簡單，而且緊密結合“電力電子技術”的內容，只要具備基本的計算機軟件操作水平和電力電子技術知識就很容易上手。

2.建立仿真工程的步驟類似

采用這些軟件進行仿真工作，其基本步驟主要包括：建立仿真工程文件、放置電路元件、設置元件參數、電氣連接元件、設定仿真步長和仿真時間等參數、運行仿真操作、觀察各點波形結果、分析仿真數據等，使用過程大致相同。

3.節省時間和儀器設備

進行實際電路設計之前，先采用這些軟件進行設計分析，可以隨意設置電路參數、更換電路元件，并在軟件中反復調試、“實驗”，簡化實際電路操作中的一些步驟，大大縮減電路設計人員的設計周期；通過采用軟件中的功能元件還可省去一些測量儀器的使用，并能夠避免實際電路實驗中的元器件消耗，能夠盡可能接近實際電路的雛形。

4.軟件升級迅速及時

仿真軟件的產品升級緊跟科技的發展。諸如，隨著新能源的快速發展，這些仿真軟件中也及時增加了風機、光伏發電

總結

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