電力電子技術虛擬實驗平臺的研究與實現

【摘 要】隨著社會經濟的發展，信息化技術的不斷提高，令我們直接進入到了信息化時代。然而在信息化時代的背景下，高等教育事業的發展與計算機技術的提高，已然將建立虛擬實驗室推到了社會關注的熱點上，令其成為了時代發展的必然產物。因此，本文就電力電子技術虛擬實驗平臺的實現進行簡單的研究討論。

【關鍵詞】電力電子技術；虛擬實驗平臺；研究與實現

虛擬實驗室這一概念最先被提出，是在1989年，它所主要描述的是一個通過計算機網絡來實現的虛擬實驗環境，它是一個不同于信息化網絡的綜合集成環境，因此其可以更為有效的為用戶提供各種數據信息和人力設備等資源。

1 電力電子技術虛擬實驗平臺的總體設計

1.1 虛擬實驗室設計目標

在現實實驗室中，我們進行實驗教學時，需要先令學生們閱讀實驗指導書，然后按照要求選擇適當的元件，并將其按照電路的原理進行連接，之后再對各部分電路進行檢查確認，確認無誤后便可以打開電源進行實驗了。試驗中要對相關數據進行記錄，最后完成實驗報告。

通過上述流程，我們可以確定虛擬實驗平臺的基本構成要素包括：實驗幫助、實驗所需元器件、電路圖形連接、計算機仿真電路、結果顯示。根據虛擬實驗室的構成要素，我們可以基本確定虛擬實驗室的設計目標為“控制（輸入）部分”、“計算機仿真電路部分”、“實驗結果顯示（輸出部分）”。

1.2 控制（輸入）部分

對于控制部分的設計，首先需要對電路元件的相關參數進行設置，如“獨立直流電源電壓”、“獨立直流電源電流”等；然后對其進行觸發脈沖信號相關參數的設置，如“觸發脈沖信號周期”、“觸發脈沖信號占空比”等；最后是對電路的產生進行設置，這部分設置需要對元器件的圖片模型進行事先布置，然后通過鼠標進行電路連接，檢查無誤后點擊“確認”或“連接完成”。

1.3 計算機仿真電路部分

計算機仿真電路事實上就是通過計算機程序的自動求解，來根據相應程序建立的一個電路方程。在整個電路方程程序的設計過程中，由數據的結構來決定編程的思路，而如何進行數據結構的選擇，則完全取決于實現實驗平臺的軟件選擇。然而只要建立了實驗方程，那么就可以通過數值方法來進行編程的求解了。

1.4 實驗結果顯示（輸出部分）

關于實驗結果的顯示，通過有兩種形式，一種是隨著實驗的進行，直接顯示出實驗當時的實驗數值；而另外一種顯示方式，則是將整個實驗的某一段時間內的所有相關數據計算出來，并將其存儲起來，在某些特殊情況下還需要經過數據的二次處理，然后才能輸出相應的實驗數據結果。

1.5 平臺軟件的選擇

在進行虛擬實驗的設計時，我們需要一個“放置”虛擬實驗的平臺，因此這個平臺軟件的選擇，將對整個虛擬實驗的設計起到不可忽視的承載作用。而在平臺軟件的選擇上，我們通常將“減少開發工作的工作量”、“減少低級以及重復工作的開發”、“軟件本身的運行效率”等因素放在首位。現今我們所使用的軟件，通常都是將若干軟件通過取長補短的方式組合在一起的成熟方案，如“Lab VIEW”和“MATLAB”混編、“VB”和“MATLAB”混編等。

2 電力電子技術虛擬實驗平臺的實現

虛擬實驗平臺的實現，首先采用了VB和MATLAB混編的方法進行編程，然后再通過對VB中MatrixVB的矩陣函數與繪圖函數進行調用，最終將復雜的計算與圖形描繪變為簡單的編程。

首先在計算機上安裝MatrixVB，建立Visual Basic的新項目，添加MatrixVB庫，待系統對MMatrix.DLL文件加載完成后，便可以在Visual Basic中使用MatrixVB函數了。

然后將Visual Basic的數組當做矩陣來對待，生產矩陣，來豐富MatrixVB的功能函數，將更多處理問題的先進技術融入到VB編程中去。然后利用括號、實部rN、虛部iN等方式來對矩陣元素進行定位操作，從而精確的對相關矩陣數據進行快速定位，利用simple函數將矩陣轉化成為最簡單的形式。

最后利用軟件Psim對這種方法的可行性進行驗證，通過實驗的結果確認了這種方法在某些問題范圍內，對含有開關器的非線性器件可以被視為理想開關，與獨立電源的電力電子形成電路時，這種方法具有有效的可行性。

3 結束語

隨著社會經濟的發展以及教育事業規模的不斷壯大，師資力量薄弱成為了制約教學開展的重要問題。特別是硬件資源的缺失，伴隨著信息技術以及計算機技術的發展，成為了促進電力電子技術虛擬實驗平臺出現的重要因素。而電力電子技術虛擬實驗平臺的實現，切實有效的緩解了師資資源匱乏這一難題。

【參考文獻】

[1]陸地，于瑛，劉晨，朱磊，耿素花，沈虹，孟欣.電力電子技術課程虛擬實驗及演示平臺的開發與研究[C]//第6屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集（下冊）.2009.

[2]王偉，李偉，馬景蘭，郭屹松，張永麗.基于CDIO的“電力電子技術”課程教學改革與探索[C]//第6屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集（上冊）.2009.

[3]甫拉提·阿不力米提，王兆安，王秀麗.電力電子技術在風力分頻發電系統中的應用[C]//2008中國電工技術學會電力電子學會第十一屆學術年會論文摘要集.2008.

[4]馮垛生.國外高校電力電子技術教育的現狀和改革趨勢[C]//第三屆全國高等學校電氣工程及其自動化專業教學改革研討會論文集.2005.

[責任編輯：劉帥]