Моделирование в электроэнергетике Митрофанов С.В

Параметры блока (рисунок А.1.5):

Phase-to-phase rms voltage (V) – действующее значение линейного напряже-

ния (В).

Phase angle of phase А (deg) – начальная фаза напряжения в фазе А (град).

Frequency (Hz) – частота источника (Гц).

Internal connection – схема соединения фаз источника. Значение параметра выбирается из списка:

Y – звезда;

Yn – звезда с нулевым проводом;

Yg – звезда с заземленной нейтралью.

Specify impedance using short-circuit level – параметр задает собственное полное сопротивление источника, используя параметры короткого замыкания. При установке флажка в дополнительные поля диалогового окна вносятся параметры ко-

роткого замыкания источника.

Source resistance (Ohms) – собственное сопротивление источника (Ом).

Source inductance (Н) – собственная индуктивность источника (Гн).

З-Рhаsе short-circuit level at base voltage (VА) – мощность короткого замыка-

ния при базовом значении напряжения (ВА).

Base voltage (Vrms ph-ph) – действующее значение линейного базового напряжения (В), при котором определена мощность короткого замыкания.

X/Rratio – отношение индуктивного и активного сопротивлений. При задании импеданса источника через мощность короткого замыкания реактивное сопротивле-

ние источника определяется по выражению:

U 2

X кз ,

Qкз

где U кз2 – напряжение источника, при котором определена мощность короткого за-

мыкания;

Qкз – мощность короткого замыкания.

Активное сопротивление источника находится в соответствии с выражением:

91

R Xk ,

где k – отношение Х к R (параметр Х/R ratio).

Рисунок А.1.5 – Окно настройки параметров блока Three-Phase Source

На рисунке А.1.6 приведена схема, моделирующая несимметричный режим работы трехфазной цепи. Идеальный* трехфазный источник питания (Three-Phase Source), собранный по схеме звезда с заземленной нейтралью, работает на несим-

метричную трехфазную нагрузку (три блока Series RLC Branch), собранную по схе-

ме звезда. Блоки RMS и Fourier преобразуют мгновенные значения токов, измерен-

ные мультиметром (Multimeter), в действующие и амплитудные значения с началь-

ной фазой, соответственно. Значения измеренных токов выведены на дисплеях

(Display).

* Смоделировать идеальный трехфазный источник питания можно задав сопротивления фаз источника равными нулю (Rист = 0; Lист = 0).

92

Рисунок А.1.6 – Модель исследования несимметричного режима работы трехфазной цепи

А.2 Электротехнические элементы – Elements

А.2.1 Последовательная RLС-цепь – Series RLC Branch

Назначение: моделирует последовательное соединение резистора, индуктив-

ности и конденсатора.

Параметры блока (рисунок А.2.1):

Branch type – параметр задает конфигурацию цепи: RLC, R, L, С, RL, RC, LC

или Open circuit (разрыв).

Resistance R (Ohms) – величина активного сопротивления (Ом).

Inductance L – величина индуктивности (Гн).

Set initial inductor current – при установке флажка в диалоговом окне появля-

ется дополнительное поле для ввода начального значения тока индуктивности.

Inductor initial current (А) – начальный ток индуктивности (А).

Capacitance С (F) – величина емкости (Ф).

93

Set initial capacitor voltage – при установке флажка в диалоговом окне пара-

метров появляется дополнительное поле для ввода начального значения напряжения на конденсаторе.

Capacitor initial voltage (V) – начальное напряжение конденсатора (В).

Measurements – параметр позволяет выбрать переменные, передаваемые в блок Multimeter. Значения параметра выбираются из списка:

–None – нет переменных для отображения;

–Branch voltage – напряжение на зажимах цепи;

–Branch current – ток цепи;

–Branch voltage and current – напряжение и ток цепи.

Сигналам, отображаемым в блоке Multimeter, присваиваются метки:

Ub – напряжение цепи;

Ib – ток цепи.

Рисунок А.2.1 – Окно настройки параметров блока Series RLC Branch

На рисунке А.2.2 приведена схема модели, в которой подключение нагрузки

(Series RLC Branch) к источнику постоянного напряжения (DС Voltage Source) про-

94

изводится при замыкании ключа (Ideal Switch). Управляющий сигнал для замыкания ключа через 0,1 с формируется генератором ступенчатого сигнала (Step). На осцил-

лографе (Scope) выведены графики управляющего сигнала и тока цепи, измеренного с помощью блока Current Measurements.

Рисунок A.2.2 – Коммутация в цепи постоянного тока

А.2.2 Выключатель переменного тока – Breaker

Назначение: моделирует устройство включения и выключения в цепях пере-

менного тока. Выключатель может управляться от встроенного таймера или внеш-

ним входным сигналом. Устройство имеет встроенную искрогасящую RС-цепь,

включенную параллельно контактам выключателя.

Параметры блока (рисунок А.2.3):

Breaker resistance Ron (Оhm) – сопротивление выключателя в замкнутом со-

стоянии (Ом).

Initial state (0 for 'ореn', 1 for 'closed') – начальное состояние выключателя:

0 – разомкнут, 1 – замкнут.

Snubber resistance Rs (Ohm) – сопротивление искрогасящей цепи (Ом).

Snubber capacitance Cs (F) – емкость искрогасящей цепи (Ф).

95

Switching times (s) – время срабатывания выключателя (с). Параметр задается в виде вектора, определяющего моменты времени срабатывания выключателя.

Например, при замкнутом начальном состоянии ключа значение параметра, задан-

ное вектором [0.05 0.1 0.02], означает, что размыкание ключа будет выполняться в моменты времени 0,05 с и 0,02 с, а замыкание – в момент времени 0,1с.

External control of switching times – при установке флажка на пиктограмме блока появляется входной порт для внешнего управления временем срабатывания выключателя. Команда на замыкание ключа задается единичным уровнем управля-

ющего сигнала, команда на размыкание – нулевым уровнем сигнала.

Measurements – параметр позволяет выбрать передаваемые в блок Multimeter

переменные. Значения параметра выбираются из списка:

–None – нет переменных для отображения;

–Branch voltage – напряжение на зажимах элемента;

–Branch current – ток элемента;

–Branch voltage and current – напряжение и ток элемента.

Рисунок А.2.3 – Окно настройки параметров блока Breaker

96

Следует отметить, что особенностью блока Breaker является «задержка в сра-

батывании» при размыкании, т.е. при подаче команды на отключение (или при сня-

тии управляющего сигнала) разрыв цепи происходит лишь при достижении тока ну-

левого уровня. В цепях постоянного тока такого не происходит, и ключ остается за-

мкнутым при снятии управляющего сигнала. Для коммутации в цепях постоянного тока необходимо использовать блок Ideal Switch.

На рисунке рисунок А.2.4 приведена схема, одновременно моделирующая от-

ключение от источников переменного (АС Voltage Source) и постоянного напряже-

ния (DС Voltage Source) и подключение к ним активно-индуктивной нагрузки (Series RLC Branch) с помощью выключателя (Breaker). Управление выключателем осу-

ществляется от внешнего источника (Timer). На осциллограмме, снятой с помощью блоков Current Measurements и Scope, хорошо прослеживается особенность блока

Breaker: в первой цепи отключение нагрузки от источника переменного напряжения происходит в момент уменьшения тока цепи до нуля, в то время как во второй цепи нагрузка остается подключенной к источнику постоянного напряжения, несмотря на отсутствие управляющего сигнала на ключе.

Рисунок A.2.4 – Коммутация в цепях переменного и постоянного тока с помощью блока Breaker

97

А.2.3 Трехфазная последовательная RLС-цепь – Three-Phase Series RLC Branch

Назначение: моделирует симметричную трехфазную нагрузку, состоящую из трех RLC-цепей.

Параметры блока (рисунок А.2.5):

Branch type – параметр задает конфигурацию цепи: RLC, R, L, С, RL, RC, LC

или Open circuit (разрыв).

Resistance R (Ohms) – величина активного сопротивления в одной фазе (Ом). Inductance L (Н) – величина индуктивности в одной фазе (Гн).

Capacitance С (F) – величина емкости в одной фазе (Ф).

Measurements – параметр позволяет выбрать переменные, передаваемые в блок Multimeter. Значения параметра выбираются из списка:

–None – нет переменных для отображения;

–Branch voltages – напряжение на зажимах цепи;

–Branch currents – ток цепи;

–Branch voltages and currents – напряжение и ток цепи.

Сигналам, отображаемым в блоке Multimeter, присваиваются метки:

Ub – напряжение цепи;

Ib – ток цепи.

Рисунок А.2.5 – Окно настройки параметров блока Three-Phase Series RLC Branch

98

На рисунке А.2.6 приведена схема, моделирующая симметричный режим ра-

боты трехфазной цепи. Симметричная трехфазная нагрузка (Three-Phase Series RLC Branch), собранная по схеме треугольник, подключена к идеальному трехфазному источнику питания (Three-Phase Source), собранного по схеме звезда с заземленной нейтралью. Блок 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power вычисляет значения активной и реактивной мощностей цепи, которые отображаются на дисплее

(Display). Входными параметрами блока 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power являются вектора линейных напряжений (напряжений на нагрузке), измерен-

ных тремя блоками Voltage Measurement и объединенных в один вектор посредством блока Mux, и токов нагрузки, измеренных мультиметром (Multimeter). Блоки нейтрали (Neutral - node) обеспечивают электрическое присоединение измерителей напряжения к линейным проводам цепи.

Рисунок A.2.6 – Модель исследования трехфазной цепи при соединении нагрузки по

схеме треугольник

99

А.2.4 Заземление – Ground

Назначение: обеспечивает соединение с землей.

Параметры блока: блок не имеет параметров (рисунок А.2.7).

Рисунок A.2.7 – Окно задания параметров блока Ground

Модель может содержать любое количество блоков Ground. Они удобны для уменьшения количества проводов схемы, позволяя не объединять общие точки заземления элементов проводами, а подсоединять к ним блок Ground.

На рисунке А.2.8 приведена схема, моделирующая аварийный режим работы трехфазной цепи. Источник (Three-Phase Source) и нагрузка (Three-Phase Series RLC Branch) собраны по схеме звезда. Короткое замыкание фазы «с» нагрузки возникает при замыкании ключа Breaker. Управление ключом осуществляется от встроенного таймера. На осциллограф (Scope) выведено фазное напряжение поврежденной фазы, измеренное блоком Voltage Measurement с использованием блоков Neutral (обеспечивает электрическое присоединение измерителя напряжения к линейному проводу «с») и Ground (объединяет общие точки заземления нагрузки и измерителя напряжения без наличия проводов).

Рисунок A.2.8 – Модель исследования аварийного режима работы трехфазной цепи при коротком замыкании фазы нагрузки

100