Моделирование в электроэнергетике Митрофанов С.В

Моделирование сопротивлений ветвей осуществляется блоками Series RLC Branch. В окне задания параметров выбирается соответствующий характер нагрузки и устанавливаются ее параметры. Окна задания параметров сопротивлений в ветвях приведены на рисунке 8.3. Для измерения токов и/или напряжений на нагрузке по-

средством мультиметра, необходимо в поле Measurements выбрать соответствующий

в)

а) индуктивное – L1; б) смешанное – RLC2; в) активно-емкостное – RC3 Рисунок 8.3 – Окна задания параметров сопротивлений ветвей

61

Измерение мгновенных значений токов в модели, приведенной на рисунке 8.1: осуществлено двумя способами:

1)с помощью измерителя тока (Current Measurement);

2)с помощью мультиметра (Multimeter).

Использование мультиметра позволяет одновременно измерить все токи в ветвях, без непосредственного включения измерителей тока в цепь. Этот способ позволяет уменьшить число измерительных блоков в модели, однако он является менее наглядным, поскольку невозможно определить, какие параметры и на каких элементах модели измерены, без просмотра диалогового окна блока Multimeter.

Посредством мультиметра в рассматриваемой модели измеряется мгновенное значение тока во второй ветви, поэтому в диалоговом окне блока Series RLC (RLC2) установлен параметр Measurements (измеряемые переменные) – Branch current (ток цепи), рисунок 8.3, б. Окно параметров блока мультиметр приведено на рисунке 8.4:

вполе Available Measurements отражаются переменные, доступные для измерения, а

вполе Selected Measurements – измеряемые переменные. Активация Plot selected measurements позволяет в автоматическом режиме вывести на экран монитора осциллограмму измеренной величины сразу по окончанию моделирования.

Рисунок 8.4 – Окно задания параметров блока Multimeter

62

Действующие значения токов в цепи получены двумя способами:

1)с использованием блока RMS;

2)с использованием блоков Fourier и Gain.

Блок RMS вычисляет среднеквадратичное значения сигнала, т.е. действующее значение. В окне задания параметров блока указывается основная частота (рисунок

8.5).

Рисунок 8.5 – Окно задания параметров блока RMS

Блок Fourier использован для измерения амплитудных значений токов в цепи и их начальных фаз. В диалоговом окне задания параметров блока (рисунок 8.6) ука-

зывается частота и номер гармоники, на которой производится измерение.

Рисунок 8.6 – Окно задания параметров блока Fourier

Переход от амплитудных значений токов, полученных с помощью блока

Fourier, к действующим значениям возможен путем уменьшения первых в 2 раз. С

63

этой целью в модели использован блок усиления Gain, диалоговое окно которого приведено на рисунке 8.7.

Рисунок 8.7 – Окно задания параметров блока Gain

При выполнении курсовой работы достаточно воспользоваться одним из опи-

санных выше способов измерения действующих значений токов в цепи.

Определение показаний ваттметра, включенного между узлами «a» и «b» (ри-

сунок 4.1) осуществляется при совместном использовании блока Active & Reactive Power с измерителями мгновенных значений тока (Current Measurement) и напряже-

ния (Voltage Measurement) и последующим выводом результатов на Display «P & Q».

В диалоговом окне блока Active & Reactive Power, приведенном на рисунке 8.8 ука-

зывается частота, на которой проводится измерение мощности.

Рисунок 8.8 – Окно задания параметров блока Active & Reactive Power

Блоки Neutral позволяют соединить между собой далеко отстоящие на схеме электрические узлы без видимых линий связи (проводов). Два блока с номером узла

«1» электрически связаны между собой, как и блоки с номерами узлов «2».

64

Блоки Mux использованы для совместного преобразования трех мгновенных значений токов цепи в действующие значения в одном блоке RMS, а также для вывода на Display «I» действующих значений токов и их начальных фаз.

Блок powergui необходим для осуществления процесса моделирования в

Simulink модели, содержащей блоки библиотеки SimPowerSystems

Параметры блоков Display, Current Measurement, Voltage Measurement и powergui оставляем «по умолчанию».

На рисунке 8.9 приведено сравнение результатов математического (задание №3) и имитационного (задание №7) моделирования.

Значения токов и показания ваттметра, рассчитанные с помощью MatCAD,

совпадают с результатами, полученными при моделировании в MatLAB.

65

несимметричного режимов работы трехфазной цепи

9.1 Постановка задачи № 8

Собрать имитационные модели, позволяющие исследовать симметричный и несимметричный (или авариный) режимы работы трехфазной цепи. Измерить ли-

нейные и фазные токи и напряжения, снять их осциллограммы. Измерить активную

иреактивную мощности трехфазной цепи.

Исходные данные для модели:

–идеальный трехфазный источник питания, с частотой переменного тока 50 Гц

илинейным напряжением. Способ соединения фаз источника: трехпроводная звезда

( ), четырехпроводная звезда или звезда с заземленной нейтралью.

– симметричная нагрузка, собранная по схеме звезда ( ) или треугольник ( ).

Выбор параметров модели производится в соответствии с вариантом по таб-

лицам 5.1 и 5.2.

9.2 Методические указания к выполнению задания № 8

В соответствии с заданием для исследования симметричного режима работы трехфазной цепи, рассмотренной в п. 5.2, создана модель, приведенная на рисунке

9.1. Трехфазный источник питания собран по схеме звезда с заземленной нейтра-

лью, нагрузка – по схеме треугольник. Модель содержит:

–источник трехфазного напряжения (Three-Phase Source);

–трехфазную нагрузку (Three-Phase Series RLC Branch);

–трехфазный измеритель напряжений и токов (Three-Phase V-I Measurement);

–мультиметр (Multimeter: U,I_Faz);

–осциллографы (Scope, Scope1);

66

–блоки передачи и приема сигнала (Goto и From: U_Faz_ist, I_Lin, U_Faz_nag,

I_Faz);

–демультиплексор (Demux);

–блок подсистемы (Subsystem: Izmereniya);

–блок powergui.

Izmereniya

Рисунок 9.1 – Схема для моделирования симметричного режима работы цепи

Симметричный трехфазный источник питания моделируется блоком ThreePhase Source. В окне задания параметров устанавливаются: действующее значение линейного напряжения; начальная фаза фазы «A»; основная частота; схема соедине-

ния обмоток. Идеальный трехфазный источник питания (Zист = 0) можно смоделиро-

вать, установив сопротивления фаз источника равными нулю, рисунок 9.2.

Симметричная трехфазная нагрузка моделируется блоком Three-Phase Series RLC Branch. В диалоговом окне выбирается резистивная нагрузка и устанавливают-

ся ее параметры. Поскольку для дальнейшего исследования трехфазной цепи необ-

ходимы значения напряжений и токов в нагрузке, то эти параметры выбраны в поле

Measurements, рисунок 9.3.

67

тиметра (рисунок 9.5), возможность использования которого уже учтена в окне настройки параметров трехфазной нагрузки*.

Рисунок 9.4 – Диалоговое окно параметров трехфазного измерителя

Рисунок 9.5 – Диалоговое окно блока мультиметр

Блок Demux использован для разделения измеренных напряжений и токов.

* Для того чтобы модель не была перегружена дополнительными блоками, приступая к выполнению задания, следует проанализировать, какое напряжение (линейное или фазное) целесообразнее измерить трехфазным измерителем напряжений и токов, а какое может быть измерено посредством мультиметра или однофазных измерителей токов и напряжений в нагрузке.

69

Совместное использование блоков Goto и From обеспечивает беспроводную передачу информации об измеренных величинах на осциллографы, что позволяет не перегружать модель дополнительными линиями связи. На рисунке 9.6 приведен пример задания параметров блоков Goto и From для передачи информации об измеренных фазных напряжениях источника.

Рисунок 9.6 – Диалоговые окна блоков Goto и From

Блок powergui необходим для моделирования любой модели Simulink, содержащей блоки библиотеки SimPowerSystems. Параметры блока powergui оставляем «по умолчанию».

Использование подсистемы при составлении модели позволяет уменьшить количество одновременно отображаемых блоков на экране, что облегчает восприятие модели (в идеале модель полностью должна отображаться на экране монитора). Созданная подсистема (Izmereniya) предназначена для измерения действующих значений линейных и фазных токов и напряжений и их начальных фаз, а также активной и реактивной мощностей в трехфазной цепи. Она содержит (рисунок 9.7):

–блоки для измерения действующих значений токов и напряжений в цепи

(RMS);

–блоки для измерения гармонических составляющих токов и напряжений в цепи (Fourier);

70