概述

在光伏发电（PV）、风力发电（WT）、不间断电源（UPS）、微电网应用（Microgrid）、高功率因数整流器（PFC）、静止无功发生器（SVG）、有源电力滤波器（APF）、动态电压调节器（AVR）、统一潮流控制器（UPFC）、柔性直流输电（VSC-HVDC）等电力电子应用中，其中最为关键的一环即为PWM变换器的建模、分析与控制。

对标武侠世界，可以将《PWM变换器的建模分析与控制》看作一本武林秘籍。掌握这一秘籍，等于是打通了任督二脉，在前述各种应用中都可以游刃有余。

当然，电力电子学科是非常强调理论与实验相结合的，甚至实验的比重甚至高于理论。因此这本秘籍，将结合仿真实验来验证相关理论。

由于硬件实验更为复杂，需要掌握的内容更多。对于团队没有相关积累的研究生来说，要在短短的研究生期间自己搭建出来是不适宜的。若经费充足，可以购买成熟的PWM变换器平台。

在我的学习过程中，苦于没有领路人，在黑暗中摸索的时间太长，对于短暂的研究生生涯来说显然是不合适的。因此打算将这一秘籍整理出来，来帮助那些想要从事上述应用的研究生、初级工程师。

仿真软件选择

主流的相关仿真软件有：

PSIM（DSIM）：电力电子领域专业软件，特点是仿真速度快，模型更贴近实际，且可以根据芯片手册中的器件参数对模块进行设置。

PSCAD: 主要用于电力系统电磁暂态分析，仿真速度远远快于Matlab。

DIgSILENT: 主要用于电力系统电磁暂态、机电暂态分析。由于加入了新能源模块，也被用于电力电子的仿真中。这个软件上手难度大，不是很推荐。

matlab/simulink: 工科神器，几乎所有学科都会用到。simulink中的电力电子模型相对理想一些，但是足以对电力电子实验的原理进行仿真验证。经测试，其仿真结果与实物实验结果差别不大。

选择的仿真软件为：matlab2019b（simulink）。选matlab的原因是：对于大多数工科学生来说，多多少少学习过这个软件，上手容易。选这个版本的原因是：自这个版本开始，对simulink的菜单栏进行了大改。

仿真实验结果

PWM变换器包含：PWM整流器与PWM逆变器两部分。PWM整流器用于并网应用中，PWM逆变器即可用于并网，亦可以用于离网应用中。此处仅给出PWM整流器的仿真结果。

模型图

PWM变换器拓扑.png直流侧电压

直流侧电压.png

dq轴电流

d轴电流.pngq轴电流.png

网侧电流

/网侧电流.png需要指出的是，上述波形的虽然纹波较大，但是验证了PWM变换器的基本原理。在后续的内容中，可以通过改进锁相环算法、提高电平数、采用LCL滤波器、控制参数优化等方法，进一步优化波形效果。

参考文献推荐

  1. 王兆安，刘进军. 电力电子技术（第5版）[M]. 机械工业出版社.

  2. 张兴，黄海宏. 电力电子技术（第二版）[M]. 科学出版社.

  3. 张崇巍, 张兴. PWM整流器及其控制[M]. 机械工业出版社.

  4. (法)赛迪克 巴查 等. 电力电子变换器的建模与控制[M].机械工业出版社.

  5. (英)苏莱曼 M. 沙克 等. 微电网中的电力电子变换器[M]. 机械工业出版社.

  6. 赵志宏. 储能变流器并网电流环控制与离网发电应用研究[D].东南大学,2017.

  7. N. Pogaku, M. Prodanovic and T. C. Green, "Modeling, Analysis and Testing of Autonomous Operation of an Inverter-Based Microgrid," inIEEE Transactions on Power Electronics, vol. 22, no. 2, pp. 613-625, March 2007.

  8. 孙忠潇(hyowinner). Simulink仿真及代码生成技术入门到精通[M].北京航空航天大学出版社.

  9. 余畅舟(张兴老师博士). B站主页：西瓜粥西瓜粥