电力电子电路仿真软件综述

乔峥

摘 要：随着计算机软件技术的不断发展，电力电子电路仿真软件也不断的更新换代，本文着重介绍OrCAD PSpice、saber、PLECS、CASPOC、Matlab 五种常见的电力电子仿真软件的主要功能和缺点，便于使用者选择合适的软件进行电力电子电路仿真分析和设计。

关键词：电力电子技术；仿真软件；主要功能；缺点

随着计算机技术的不断发展，越来越多的电力电子仿真软件为电气工作者提供了极大的便利，本文着重介绍五种常见的电力电子仿真软件，便于使用者根据实际需要选择合适的软件进行电路仿真分析和设计。

1 OrCAD PSpice仿真软件

PSpice属于元件级仿真软件，模型采用spice通用语言编写，移植性强，常用的信息电子电路，是它最适合的场合。现在使用较多的是 PSpice 10.5，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个部分组成，使用时是一个整体。PSpice 的电路元件模型反映实际型号元件的特性，通过对电路方程运算求解，能够仿真电路的细节，特别适合于对电力电子电路中开关暂态过程的描述。该软件的主要功能有：

（1）复杂的电路特性分析，如：蒙特卡罗分析。

（2）模拟、数字、数模混合电路仿真。

（3）集成度提高。

该软件的缺点有：（1）不适用于大功率器件。（2）采用变步长算法，导致计算时间的延长。（3）仿真的收敛性较差。

2 Saber仿真软件

Saber仿真软件被誉为全球最先进的系统仿真软件，也是唯一的多技术、多领域的系统仿真产品，可用于电子、电力电子、机电一体化、机械、光电、光学、控制等不同类型系统构成的混合系统仿真，这也是saber的最大特点。Saber是混合仿真系统，可以兼容模拟、数字、控制量的混合仿真，便于在不同层面分析和解决问题，其他仿真软件不具备这样的功能。

Saber的仿真真实性很好，从仿真的电路到实际的电路实现，参数基本不用修改。它的主要功能有：

（1）原理图输入和仿真。

（2）数据可视化和分析。

（3）模型库。

（4）建模。

该软件的缺点是操作较复杂，原理图仿真常常不收敛导致仿真失败，很占系统资源，环路扫频耗时太长（以几十分钟计）。

3 PLECS仿真软件

PLECS仿真软件被全球众多知名公司的研发工程师誉为“全球最专业的系统级电力电子电路仿真软件”，也是一个用于电路和控制结合的多功能仿真软件，尤其适用于电力电子和传动系统。PLECS独立版本已于2010年开发，自此PLECS脱离MATLAB/Simulink。PLECS独立版具有控制元件库和电路元件庫，采用优化的解析方法，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独立版本中被直接快速模拟。连续和离散信号处理模块以及代数函数和间断点可以实现非常多的模拟仿真。该软件的主要功能有：

（1）独特的热分析功能

（2）理想的开关。

（3）C语言控制器、自动生成的C代码（嵌套版）

（4）丰富的元件库。

4 CASPOC仿真软件

CASPOC仿真软件是一个面向电力电子和电气驱动的功能强大的系统级模拟软件。使用CASPOC可以简单快速地建立电力电子、电机、负载和控制量的多级模型。这个多级模型包括交互式电力供应的电路级模型、电机/负载的部件级模型以及控制算法的系统级模型，最后使用CASPOC稳定的求解器快速和精确地仿真，将该模型的时域波形、向量和谐波直观动态地显示出来，从而让用户进行电力电子领域内系统级的设计和分析。CASPOC仿真软件拥有无可争议的仿真速度和稳定性。该软件的主要功能：

（1）专门的强电控制模块。

（2）仿真时可测量谐波、方均根、均值。

（3）丰富的强电电路库。

5 Matlab 仿真工具包 Simulink

大型科学计算与仿真软件Matlab已经配备了电力系统工具包（power system blockset），这使得Matlab可以用于电力电子仿真。power System的仿真是基于Matlab的 Simulink 图形环境，因而使用起来与PSpice一样方便。Matlab软件包中最重要的功能模块之一就是Simulink，它采用仿真的动态分析系统，并且采用交互式和模块化的建模方式。通常利用该软件在在电力电子领域建立电力电子装置的简化模型，比如基频模型，自动连接成一个系统，对控制器进行设计和仿真。

Simulink对C语言代码提供了很好的支持，而且既可以工作在交互式图形环境下，也可以工作在Matlab指令语言模式的批处理模式下。Power System是基于理想化功率元器件和功能模块的仿真工具，它的控制功能非常卓越，电路非常容易实现极为细致的控制。但是，Power System仿真的结果和实际电路有差距，其仿真结果的参考意义主要体现在电路的总体和系统上，并且对计算机的内存要求较高，仿真过程容易因存储而溢出中断。

总之，对于同一个电力电子电路，采用不同的软件进行仿真可能得到不一样的结果，因此，根据实际的电力电子电路和工作要求选择合适的仿真软件是很有必要的。

[参考文献]

[1]张耘川，王昕怡.基于MATLAB的电力电子仿真.《电气时代》，2012年06期.

[2]张厚升.电力电子电路仿真软件综述.《电源世界》，2006年9月.