摘 要：现代电力电子技术其理论性和实践性较强,电路和波形图多且复杂。在电磁暂态分析软件PSCAD虹吸式屋面雨水排水系统中建立Boost-Buck chopper电路的仿真模型，在此基础上对升降压斩波电路进行了较详细的仿真分析。仿真图形与常规分析方法得到的结果一致，证实了PSCAD软件能够在电力电子技术仿真和研究中具有较好的应用价值。 关键词：PSCAD；升降压斩波电路；建模；仿真
Simulation of Boost-Buck Chopping Circuit Based on PSCAD
LIANG Jin xiang 2010282070166
Abstract: A simulation model of Boost-Buck chopper circuit was established in electromagnetic transient analysis software PSCAD. The simulation analysis of DC chopping circuit is performed attentively on the basis of the model. The simulation waveform is consistent with the results gotten by the method of conventional analysis. The result confirms that the PSCAD software can be applied to the power electronics technolog
y simulation and research.
Keywords: PSCAD; Boost-Buck chopping circuit; modeling; simulation
0 引言
在电力电子技术中，将直流电的一种电压通过电力电子变换装置变换为另一种固定或可调电压值的变换，称为直流-直流(DC-DC)变换。由于其基本原理是利用开关器件对输入电压波形周期性地斩切，因此也常称为斩波器。开关型直-直换流器广泛用于直流开关稳压电源和直流电机驱动等领域中。有许多的文献与杂志用不同的电力电子仿真软件对其进行了仿真[ 1-5]，本文主要讨论了PWM ( 脉冲宽度调制) 控制方式的升降压斩波电路(Boost-Buck Chopping Circuit )，并应用可视化电磁暂态仿真软件PSCAD对该电路及升降压斩波电路进行了建模，并对仿真结果进行了分析，得到了一种直观、快捷的分析直流变换电路的方法。 1 升降压斩波电路的基本原理
升降压斩波电路（Boost-Buck Chopper）的原理图如图（1）所示。设电路中电感L值很大，电容C值也很大，使电感电流和电容电压即负载电压基本为恒定。
该电路的基本工作原理是：当可控开关V出于通态实，电源经V向电感L供电使其贮存能量，此时电流为，方向如图中所示。同时，电容C维持输出电压基本恒定并向负载R供电。此后，是V关断，电感L中贮存的能量向负载释放，电流为，方向如图所示。可见，负载电压极性为上负下正，与电源电压极性相反，因此该电路也称作反极性斩波电路[6]。
稳态时，一个周期T内电感L两端电压对时间的积分为零，即：
当V出于通态期间时， =E；而当V处于断态期间时， =-。于是
所以输出电压为：
若改变导通比，则输出电压既可以比电源电压高，也可以比电源电压低。当时为降压，当时为升压，因此将该电路称作升降压斩波电路。
图（1）
2 PSCAD简介
电力系统电磁暂态计算程序PSCAD是目前世界上广泛使用的一种电力系统分析软件。其大规模的计算容量、完整而准确的元件模型库、稳定高效的计算内核、友好的界面和良好的开放性等特点, 已经被世界各国的科研机构、学校和电气工程师广泛使用[ 7] 。
PSCAD主要功能有：
• 可以发现系统中断路器操作、故障及雷击时出现的过电压
• 可对包含复杂非线性元件（如直流输电设备）的大型电力系统进行全三相的精确模拟，其输入、输出界面非常直观、方便
• 进行电力系统时域或频域计算仿真
• 电力系统谐波分析及电力电子领域的仿真计算
• 实现高压直流输电、FACTS控制器的设计
PSCAD/EMTDC有以下元件模型库:
(1) 集中参数电阻R、电感L 、电容C; 随时间变化的电阻R 、电感L 、电容C; 电压源、电流源、多相谐波源；
(2) 测量元件库, 包括单相电压表、电流表、三相电压表( RMS) 、瞬时有功功率/无功功率表、频率表及相位(差水泥砖制砖机)表；
(3) 高压直流输电( HVDC )飞羽辅助及灵活交流输电( FACTS) 模型库, 包括二极管、晶闸管、GTO、IGBT 及避雷器模型库，可以进行电力电子仿真；
(4) 控制系统模型库360历史, 包含91 种交/ 直流控制、数字/ 模拟控制模型；逻辑电路库等。
本篇文章的主要工作就是利用PSCAD软件里面提供的相关元件，通过选取合适的元件，设置好相关参数，对升降压直流斩波电路进行建模，并进行仿真，然后与理论情况进行对比，确认仿真的合理性。
3 升降压斩波电路的建模与仿真
3.1 由 IGBT构成直流升降压斩波电路的建模和参数设置
图（2）a为有IGBT组成的Boost-Buck Chopper 电路仿真模型：IGBT按照默认参数设置，电压源参数取U=100V，L=0.1H，C=0.01；负载参数取。
（a）电路图
（b）IGBT触发电路
图（2）IGBT构成升降压斩波电路
3.2 直流升降压斩波电路的仿真
打开仿真参数窗口, 设置仿真时间设置为1s, 控制脉冲周期设置为0.001s( 频率为1 000 Hz) , 控制脉冲占空比分别为40% , 50%, 60%。参数设置完毕后, 启动仿真, 得到如下图（a）、（b）、（c）的仿真结果：
(a)占空比为40%
（b）占空比为50%
（c懒人床）占空比为60%
上面的仿真结果表明，通过改变占空比，确实可以对直流电进行升降压。上图的仿真数据与理论计算值几乎相同。也证实了仿真的正确性。
4 结语
通过以上的仿真过程分析, 可以得到下列结论: 直流变换电路主要以全控型电力电子器件作为开关器件, 通过控制主电路的接通与断开, 将恒定的直流斩成断续的方波, 经滤波后变为电压可调的连续直流输出电压。利用PSCAD 对升降压斩波电路仿真结果进行了详细分析, 验证了仿真结果的正确性。
参考文献：
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[4] 王春芳, 王开艳, 李强. Buck 变换器仿真模型及分岔与混沌研究[ J] . 系统仿真学报, 2007, 19(24) : 5824-5826.
[5] 孔凡燕, 潘庭龙. PL ECS 在DC/ DC 变换器中的应用[J] . 通讯电源技术, 2008(1) : 52-54.
[6] 王兆安,黄俊. 现代电力电子技术 [M] . 北京:机械工业出版社, 2000.
[7] 林良真, 叶林. 电磁暂态分析软件包PSCAD/ EMTDC[J] .电网技术, 2000, 24(1) : 65-66.
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