电力电子技术教学中电力仿真软件选择与应用

电力电子技术教学中电力仿真软件选择与应用

摘要：“电力电子技术”课程教学过程中，电力仿真软件发挥着重要的作用。仿真软件的类型与特点直接决定着其适用场合、仿真速度、仿真精度以及逼近实际的程度等。在不同场合下，合理选择相应的电力仿真软件将可实现更好的仿真效果。通过介绍“电力电子技术”教学中常用的几种电力仿真软件，比较它们的特点及适用性，分析了它们在“电力电子技术”教学仿真中的选择依据及应用情况。

关键词：电力仿真软件；电力电子技术；仿真效果；软件选择

作者简介：冯兴田(1978-)，男，山东广饶人，中国石油大学(华东)信息与控制工程学院，讲师；王艳松(1965-)，女，山东蓬莱人，中国石油大学(华东)信息与控制工程学院电气工程系主任，教授。(山东 青岛 266580)

基金项目：本文系中国石油大学(华东)教学改革项目(项目编号：JY-A201210)的研究成果。

中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1007-0079(2013)13-0065-02

“电力电子技术”课程作为电力学、电子学和控制理论的交叉学科，是电气工程专业非常重要的必修课。随着电力电子器件的迅速发展，变流技术的发展也是日新月异，使得“电力电子技术”在电气类本科教学中的地位和作用越来越突出。然而，该课程涉及的内容较多且复杂，并在不断更新，如何能够让学生较快、较好地掌握所学内容成为教师们面临的一大难题。

电力仿真软件走进“电力电子技术”的教学课堂在很大程度上有效地解决了这一难题。电力仿真软件通过数字仿真实现电力电子电路的分析、设计、调试等，直观的仿真结果给学生带来了浓厚的学习兴趣，并为将来的电路设计、科学研究打下一定的基础，因为小到本科学习中的基本实验、毕业设计，大到科研中的课题研究、设备装置的开发，通常都要通过仿真结果提供实验参数的参考依据。然而，面临众多电力仿真软件，如何根据实际情况进行合理的选择成为另一难题。本文将通过分析“电力电子技术”教学中常用的几种电力仿真软件提供合理选择的依据。

一、常用电力仿真软件

“电力电子技术”教学中常用的电力仿真软件主要有以下几种：MATLAB、PSIM、PSpice、PSCAD。MATLAB是主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境，功能全面，能够用于各个行业的建模仿真分析。MATLAB最重要的组件之一Simulink提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。其中，电力系统Power System工具箱包含的模组侧重电力系统方面的建模仿真，而电力电子元件模组则是专门针对电力电子电路的仿真设计的。

PSIM是针对电力电子领域以及电机控制领域的仿真应用包软件。它具有仿真高速、用户界面友好、波形解析等功能，为电力电子电路的解析、控制系统设计、电机驱动研究等有效提供强有力的仿真环境。

PSpice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能和图形后处理功能等，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成图表，模拟计算电路。它不仅可以用于电路分析和优化设计，还可与印制版设计软件配合使用，实现电子设计自动化，并且适用于“电力电子技术”课程的计算机辅助教学。

PSCAD可以较为简单地模拟复杂电力系统，包括直流输电系统和其相关的控制系统，并能够显著地提高电力系统电磁暂态模拟研究的效率。它还可通过联合使用实时数字模拟器RTDS硬件来开发模拟器，用以模拟包含高压直流输电系统的大型互联电力系统。

二、常用电力仿真软件的特点

比较分析上述几种电力仿真软件的性能及其在“电力电子技术”教学中的实际仿真应用情况，其特点如下：

1.图形界面友好，操作简单易用

通过拖曳相应的功能模块，按照电气联结关系进行连接，操作过程非常简单，而且紧密结合“电力电子技术”的内容，只要具备基本的计算机软件操作水平和电力电子技术知识就很容易上手。

2.建立仿真工程的步骤类似

采用这些软件进行仿真工作，其基本步骤主要包括：建立仿真工程文件、放置电路元件、设置元件参数、电气连接元件、设定仿真步长和仿真时间等参数、运行仿真操作、观察各点波形结果、分析仿真数据等，使用过程大致相同。

3.节省时间和仪器设备

进行实际电路设计之前，先采用这些软件进行设计分析，可以随意设置电路参数、更换电路元件，并在软件中反复调试、“实验”，简化实际电路操作中的一些步骤，大大缩减电路设计人员的设计周期；通过采用软件中的功能元件还可省去一些测量仪器的使用，并能够避免实际电路实验中的元器件消耗，能够尽可能接近实际电路的雏形。

4.软件升级迅速及时

仿真软件的产品升级紧跟科技的发展。诸如，随着新能源的快速发展，这些仿真软件中也及时增加了风机、光伏发电