psim软件在电力电子技术课程教学中应用探究

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1、PSIM软件在电力电子技术课程教学中应用探究　　摘要：对PSIM软件在电力电子技术课程教学改革实践中的应用进行了研究。以并联有源电力滤波器为例，在理论分析基础上，建立了电力电子功率变换器与控制算法的仿真模型。仿真结果验证了电路设计及控制算法的有效性，将PSIM软件引入该课程，能够引起学生对于电力电子技术的浓厚兴趣，对于培养电力电子应用系统分析与设计的综合能力有较好效果。关键词：电力电子；系统设计；仿真；教学改革作者简介：金楠（1982-），男，河南商丘人，郑州轻工业学院电气信息工程学院，讲师；杨存祥（1966-），男，河南台前人，郑州轻工业学院电气信息

2、工程学院，教授。（河南郑州450002）基金项目：本文系郑州市科技攻关项目（项目编号：112PPTGY249-7）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）27-0111-028著名的Newell倒三角理论指出，电力电子技术是由电力技术、电子技术与控制理论三者交叉综合而成。随着三项技术快速发展，近年来，电力电子技术在器件制造、控制方法和系统设计等方面发展迅速。目前，电力电子技术广泛应用于智能电网、开关电源、电机驱动、绿色照明等重要行业，并且其应用领域仍在不断扩展。[1]尤其是新能源发电与分布式发电、高压直

3、流输电和柔性交流输电、用户电力技术和电能质量技术、储能技术等大功率电力电子技术已经融入到电力系统各个环节。因此，电力电子技术已经成为支撑智能电网的关键技术之一。电力电子技术是郑州轻工业学院（以下简称“我校”）电气工程及其自动化专业基础核心课程，该专业每年有150名学生学习此课程。目前总学时为58学时，其中理论教学50学时，实验8学时。在以往本科教学过程中，并未设置计算机仿真的教学安排。仅有的实验学时安排4次实验，分别是单相半控整流桥实验、三相全控整流桥实验，交流调压电路实验和直流斩波电路实验。实验内容陈旧落后，无法满足电力电子技术快速发展的需要。8电力

4、电子技术课程教学应与该技术的发展相适应，然而，目前在实际教学过程中存在以下问题：首先，学生对该技术兴趣浓厚，但目前教师授课内容主要以波形理论分析为主，内容枯燥，不易入门。其次，教学内容零散，缺少系统设计训练。系统设计是多种知识模块的组合，但教学中缺乏知识模块之间相互贯通的内容。因此，在设计实际系统时无从下手，缺少应用系统设计的知识与技能。再次，教学实验装置中所使用的控制方案主要是利用运放组成的比例积分控制，难以将微控制器技术、数字信号处理技术与电力电子技术相结合，无法实现复杂控制算法。学生普遍反映电力电子课程理论分析较多，课程中缺少真实案例，不易理解，

5、希望增加实验数量。由于受到实验条件限制，增加硬件实验需要更新添置实验设备，周期较长。因此，在电力电子课程中增加了应用系统设计部分，通过使用PSIM软件对应用系统进行仿真研究，填补基础理论教学与实际应用之间的断带，帮助学生加深对基础理论和应用系统设计知识的理解，掌握利用仿真技术进行辅助分析与设计的技能。一、PSIM软件计算机仿真技术通过搭建模拟实际器件的仿真模型，为系统分析提供有效方法，极大简化了电力电子与电气传动系统分析与设计的过程。仿真中需要使用数学模型代替实际器件，通过数值方法求解电力电子系统中状态变量的运动规律。由于工程人员无法完成复杂的数学建模

6、、数值求解和编程工作，PSIM、SABER、MATLAB等仿真软件的出现极大提高了科研、开发效率。8PSIM是专业的电力电子与电机控制仿真软件，与其他通用性仿真软件相比，占用资源少，仿真速度快。该软件主要应用于基本电力电子电路设计、电气传动系统设计、电机设计、新能源发电系统设计等领域，基本覆盖了电力电子与电气传动领域的主要内容。PSIM软件在电力电子应用系统设计课程教学中有以下特点：[2-4]特点一：PSIM软件的基本操作简单，学生能够较快掌握并进行简单的电路设计，易于入门。与其他软件的复杂操作配置相比，通过两个学时的简短功能介绍后，学生可以自主使用P

7、SIM软件仿真验证电力电子课程中的基本电路和理论。教学实践表明，学生经过简单操作能够产生教材中长篇介绍的复杂波形，减小了入门难度，容易引起兴趣和求知欲。特点二：包含电力电子技术课程中涉及的全部元件，能够实现模拟控制和数字控制，便于将控制理论的基本方法应用于电力电子系统设计。通过设计高性能控制算法，培养学生解决复杂控制问题的能力。特点三：对于复杂的电力电子应用系统，PSIM可以通过编写动态链接库（DLL）的方法实现控制算法，同时能够与其他仿真软件配合使用，增强了仿真系统的扩展性，为希望深入学习的学生提供了有力的工具支持。特点四：针对可再生能源领域，PSI

8、M具有光伏电池模块和风机模块，通过配置参数得到设计所需的仿真模型，提高了仿真效率。8PSIM软