電力電子電路仿真軟件綜述

喬崢

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子電路仿真軟件也不斷的更新?lián)Q代，本文著重介紹OrCAD PSpice、saber、PLECS、CASPOC、Matlab 五種常見(jiàn)的電力電子仿真軟件的主要功能和缺點(diǎn)，便于使用者選擇合適的軟件進(jìn)行電力電子電路仿真分析和設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；仿真軟件；主要功能；缺點(diǎn)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的電力電子仿真軟件為電氣工作者提供了極大的便利，本文著重介紹五種常見(jiàn)的電力電子仿真軟件，便于使用者根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的軟件進(jìn)行電路仿真分析和設(shè)計(jì)。

1 OrCAD PSpice仿真軟件

PSpice屬于元件級(jí)仿真軟件，模型采用spice通用語(yǔ)言編寫(xiě)，移植性強(qiáng)，常用的信息電子電路，是它最適合的場(chǎng)合。現(xiàn)在使用較多的是 PSpice 10.5，整個(gè)軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵(lì)編輯、元器件庫(kù)編輯、波形圖等幾個(gè)部分組成，使用時(shí)是一個(gè)整體。PSpice 的電路元件模型反映實(shí)際型號(hào)元件的特性，通過(guò)對(duì)電路方程運(yùn)算求解，能夠仿真電路的細(xì)節(jié)，特別適合于對(duì)電力電子電路中開(kāi)關(guān)暫態(tài)過(guò)程的描述。該軟件的主要功能有：

（1）復(fù)雜的電路特性分析，如：蒙特卡羅分析。

（2）模擬、數(shù)字、數(shù)模混合電路仿真。

（3）集成度提高。

該軟件的缺點(diǎn)有：（1）不適用于大功率器件。（2）采用變步長(zhǎng)算法，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)間的延長(zhǎng)。（3）仿真的收斂性較差。

2 Saber仿真軟件

Saber仿真軟件被譽(yù)為全球最先進(jìn)的系統(tǒng)仿真軟件，也是唯一的多技術(shù)、多領(lǐng)域的系統(tǒng)仿真產(chǎn)品，可用于電子、電力電子、機(jī)電一體化、機(jī)械、光電、光學(xué)、控制等不同類型系統(tǒng)構(gòu)成的混合系統(tǒng)仿真，這也是saber的最大特點(diǎn)。Saber是混合仿真系統(tǒng)，可以兼容模擬、數(shù)字、控制量的混合仿真，便于在不同層面分析和解決問(wèn)題，其他仿真軟件不具備這樣的功能。

Saber的仿真真實(shí)性很好，從仿真的電路到實(shí)際的電路實(shí)現(xiàn)，參數(shù)基本不用修改。它的主要功能有：

（1）原理圖輸入和仿真。

（2）數(shù)據(jù)可視化和分析。

（3）模型庫(kù)。

（4）建模。

該軟件的缺點(diǎn)是操作較復(fù)雜，原理圖仿真常常不收斂導(dǎo)致仿真失敗，很占系統(tǒng)資源，環(huán)路掃頻耗時(shí)太長(zhǎng)（以幾十分鐘計(jì)）。

3 PLECS仿真軟件

PLECS仿真軟件被全球眾多知名公司的研發(fā)工程師譽(yù)為“全球最專業(yè)的系統(tǒng)級(jí)電力電子電路仿真軟件”，也是一個(gè)用于電路和控制結(jié)合的多功能仿真軟件，尤其適用于電力電子和傳動(dòng)系統(tǒng)。PLECS獨(dú)立版本已于2010年開(kāi)發(fā)，自此PLECS脫離MATLAB/Simulink。PLECS獨(dú)立版具有控制元件庫(kù)和電路元件庫(kù)，采用優(yōu)化的解析方法，仿真速度更快，比PLECS嵌套版本快2.5倍。其控制部分可以在PLECS獨(dú)立版本中被直接快速模擬。連續(xù)和離散信號(hào)處理模塊以及代數(shù)函數(shù)和間斷點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)非常多的模擬仿真。該軟件的主要功能有：

（1）獨(dú)特的熱分析功能

（2）理想的開(kāi)關(guān)。

（3）C語(yǔ)言控制器、自動(dòng)生成的C代碼（嵌套版）

（4）豐富的元件庫(kù)。

4 CASPOC仿真軟件

CASPOC仿真軟件是一個(gè)面向電力電子和電氣驅(qū)動(dòng)的功能強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí)模擬軟件。使用CASPOC可以簡(jiǎn)單快速地建立電力電子、電機(jī)、負(fù)載和控制量的多級(jí)模型。這個(gè)多級(jí)模型包括交互式電力供應(yīng)的電路級(jí)模型、電機(jī)/負(fù)載的部件級(jí)模型以及控制算法的系統(tǒng)級(jí)模型，最后使用CASPOC穩(wěn)定的求解器快速和精確地仿真，將該模型的時(shí)域波形、向量和諧波直觀動(dòng)態(tài)地顯示出來(lái)，從而讓用戶進(jìn)行電力電子領(lǐng)域內(nèi)系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)和分析。CASPOC仿真軟件擁有無(wú)可爭(zhēng)議的仿真速度和穩(wěn)定性。該軟件的主要功能：

（1）專門(mén)的強(qiáng)電控制模塊。

（2）仿真時(shí)可測(cè)量諧波、方均根、均值。

（3）豐富的強(qiáng)電電路庫(kù)。

5 Matlab 仿真工具包 Simulink

大型科學(xué)計(jì)算與仿真軟件Matlab已經(jīng)配備了電力系統(tǒng)工具包（power system blockset），這使得Matlab可以用于電力電子仿真。power System的仿真是基于Matlab的 Simulink 圖形環(huán)境，因而使用起來(lái)與PSpice一樣方便。Matlab軟件包中最重要的功能模塊之一就是Simulink，它采用仿真的動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)，并且采用交互式和模塊化的建模方式。通常利用該軟件在在電力電子領(lǐng)域建立電力電子裝置的簡(jiǎn)化模型，比如基頻模型，自動(dòng)連接成一個(gè)系統(tǒng)，對(duì)控制器進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。

Simulink對(duì)C語(yǔ)言代碼提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式圖形環(huán)境下，也可以工作在Matlab指令語(yǔ)言模式的批處理模式下。Power System是基于理想化功率元器件和功能模塊的仿真工具，它的控制功能非常卓越，電路非常容易實(shí)現(xiàn)極為細(xì)致的控制。但是，Power System仿真的結(jié)果和實(shí)際電路有差距，其仿真結(jié)果的參考意義主要體現(xiàn)在電路的總體和系統(tǒng)上，并且對(duì)計(jì)算機(jī)的內(nèi)存要求較高，仿真過(guò)程容易因存儲(chǔ)而溢出中斷。

總之，對(duì)于同一個(gè)電力電子電路，采用不同的軟件進(jìn)行仿真可能得到不一樣的結(jié)果，因此，根據(jù)實(shí)際的電力電子電路和工作要求選擇合適的仿真軟件是很有必要的。

[參考文獻(xiàn)]

[1]張?jiān)糯ǎ蹶库?基于MATLAB的電力電子仿真.《電氣時(shí)代》，2012年06期.

[2]張厚升.電力電子電路仿真軟件綜述.《電源世界》，2006年9月.