基于Matlab/Simulink的变频系统仿真

3 仿真实例

本仿真例中假定进线电源为三相50Hz，相电压幅值500V，左侧PWM发生器其载波频率为1000Hz，调系数m=0.8，直流侧滤波电容C=1.5F，逆变器（Universal Bridge）输出侧滤波电感L=3×2 mH，当输入线电压在400V（有效值），50 Hz下，滤波电容器无功功率Qc=3 kvar。在线电压400 V（有效值）50Hz下，负荷Load有功功率为50 kW。

仿真是在变频器带负荷的状态下，分以下两种情况进行的：

1）变频器输出频率在35 Hz 下，由外控突然变到15 Hz，调制系数m不变；

2）变频器输出频率保持在45 Hz，调制系数m=0.4由外控突然变到m=0.8。


图5 为变频器输入侧三相PWM

整流器电气量波形，图5（a）为三相电网电压，图5（b）为三相输入电流，图5（c）为直流侧电容器C上的直流电压，图5（d）为A相输入电流的总畸变率，由于采用了SPWM，其THD仅稍> 1%。应该指出，这些波形在上面提到的两种情况下是不变的。 

　　图6为变频器输出频率在35 Hz 下，突然由外控变到15Hz，调制系数m不变时的仿真结果。图6（a）为外控输入信号，图6（b）为逆变器输出三电平交流A，B相线电压，图6（c）为经过滤波后的a，b，c三相相电压，图6（d）为滤波后a，b相线电压及三相负荷电流，图6（e）为负荷电流的总畸率THD，当频率在35 Hz 时，THD<2%，当频率降到15 Hz时迅速升高到9%。

注意在仿真中t=0.05 s瞬间，频率有突变。

图7 为变频器输出电压在45 Hz 下，PWM 发生器的调制系数由m=0.4突变到0.8时的仿真结果。

图7（a）是PWM 发生器的外控信号，图7（b）为逆变器输出的线电压A，B相间的三电平方波，这里看不出m变化的结果，实际上m 变化前后，方波的疏密程度有变化，只是这里看不清。图7（c）是经滤波后输出到负荷的a，b，c相电压，图7（d）是三相负荷电流ia，ib，ic及滤波后的负荷线电压Uab。图7（e）为负荷电流的总畸变率THD，<1.5%。

4 结语

采用本文中提出的PWM发生器的外控单元，对有变频和变幅值要求的交-直-交电压源变频器的仿真是完全成功的，特别是对风力发电DFIG的向转子供滑差频率的变频器仿真，特别有用。在整个仿真过程中只是用了Simulink的Sim Power Systems 工具库中的元器件，无须编程，分析、计算，十分方便。