Перевод справки пакета SimPowerSystems программы Matlab / powersysSmall

Ток задания статора осей сдвинутых на 90° (iqs*) рассчитан с помощью блока iqs*_Calculation, представленного на рисунке 2-24.

Ток задания статора по продольной оси (ids*) рассчитывается с помощью блока id*_Calculation, представленного на рисунке 2-24.

Регулятор скорости — пропорционально-интегральный (ПИ), построен с помощью блоков Simulink.

Моделирование привода асинхронногодвигателя

Запустите моделирование, выбрав Start (пуск) в меню Simulation (моделирование) в Simulink. Параметры моделирования в меню Simulation Parameters (параметры моделирования) могутбыть установлены следующим образом.

Simulation time (время моделирования): Start Time (время пуска): 0, Stop time (время остановки): 1.5

Solver option (опции решателя): Type (тип): Variable-step ode23tb

(stiff/TR-BDF2)

Max Step Size (размер максимального шага): auto (авто) Initial Step Size (начальный размер шага): auto (авто) Relative Tolerance (относительная погрешность): 1e-3 Absolute Tolerance (абсолютная погрешность): 1e-3

Кривые напряжения и тока, скорости и вращающего момента двигателя отображены на трех графиках scope (измерителя), соединенных с переменными Vab, Is, Te, и ω.

142

Как только моделирование закончится, возвратитесь в окно команд MATLAB, чтобы подробно исследовать результаты команду plot (график).

Пуск привода

Вы можете запустить привод, обнулив всеначальные условия для всех переменных состояния в интерфейсе блока powergui и определив [1,0,0,0,0,0,0,0] как начальные условия для блока Asynchronous Machine (асинхронная машина). Вэтом примере, задание скорости это скачек от0 до 120 рад/с при t = 0, и на выходе мы исследуем скорость, крутящий моменти ток двигателя.

Переходные характеристики для пуска привода асинхронного двигателя представлены на рисунке 2-25.

Обратите внимание на то, что Вы можете сохранить вектор конечного состояния системы, предварительно выбрав Workspace I/O/Save to work space/Final state (рабочая пространство вход/выход/сохранить в рабочую область/конечное состояние), в окне Simulation Parameters (параметры моделирования).

Рисунок 2-25: Пуск привода асинхронного двигателя

143

Кривые установившихся значений напряжения итока

Когда достигнутустановившийся режим, Вы можете остановить моделирование и построить кривые напряжения и тока, используя переменные Vab и Ia переданные в рабочее пространство MATLAB с помощью scope (измерителя).

На рисунке 2-26 представлены кривые тока и напряжения двигателя, полученные, при моменте статическом — 50 Н·м.

Рисунок 2-26: Кривые установившихся значений напряжения и тока двигателя

Регулирование скорости Динамическая характеристика

Мы можем изучать динамическую характеристику привода, (изменяя задание скорости и вращающий моментнагрузки), с помощью изменения начальных условий электропривода постоянного тока: скачкообразно изменяя задание скорости и вращающий моментнагрузки.

Замените блоки Constant wref и Load_torque в диаграмме psbacdrive.mdl на два step (скачек) блокаSimulink с различными временами пуска.

144

Скачек задания скорости от120 рад/с к 160 рад/с, при t = 0.2 с и наброс нагрузки от0 Н·м до 200 Н·м, при t = 1.4 с. Вектор конечного состояния, полученный в предыдущем моделировании можно использовать как начальные условие для текущего моделирования, чтобы моделирование началось с установившегося режима. Загрузите psbacdrive_init.mat файл, который создаст переменную xInitial. Выберите Workspace I/O/Load from workspace/Initial state (рабочее пространство вход/выход/загрузить из рабочего пространства/начальное состояние) в окне Simulation Parameters (параметров моделирования), и повторно запустите моделирование.

Полученные характеристики привода асинхронного двигателя с последовательными изменениями задания скорости и статического момента, представлены на рисунке 2-27.

Рисунок 2-27: Динамические характеристики привода асинхронного двигателя

Литература

[1]Leonhard W., Control of Electrical Drives. Springer-Verlag, Berlin 1996.

[2]Murphy J. M. D. and Turnbull F. G., Power Electronic Control of AC Motors. Pergamon Press, Oxford 1985.

[3]Bose B. K., Power Electronics and AC Drives. Prentice-Hall. Englewood Cliffs 1986.

145

Раздел 5: Линия электропередачи высокого напряжения на постоянном токе

Последний пример, описанный в этом разделе, иллюстрируетмоделирование линии электропередач высокого напряжения на постоянном токе (HVDC) [1]. Применяются возмущения, для исследования работы устройства

[2]. Цель этого примера — продемонстрировать использование блоков Universal Bridge (универсальный мост), и Three-Phase Transformer (Three-

Windings) (трехфазный трансформатор (с тремя обмотками)) в комбинации с Simulink блоками для моделирования полно полюсной 12 - пульсной HVDC линии электропередач. Электрическая часть, представленная сетью переменного тока построена, с помощью трехфазных блоков. Дискретная 12 - пульс-

ная HVDC система управления доступна в библиотеке Controls (управления) powerlib_extras.

Описание HVDC линии электропередач

Эта электрическаясеть доступна, в демонстрационном примере — Полная 12 - пульсная HVDC линия электропередачи. Откройте psbhvdc12pulse.mdl демонстрационный пример, исохраните его под именем case5 в вашем рабочем каталоге, чтобы производить дальнейшие модифика-

ции без изменения первоначальной системы. Это устройство представлено на рисунке 2-28.

1000 МВт(500 кВ, 2 кА) линия электропередач постоянного тока используется, чтобы передать мощность от500 кВ, 5000 МВт, 60 Гц электрической сети в 345 кВ, 10 000 МВт, 50 Гцэлектрическуюсеть. Сети переменного тока представлены демпфирующими R-L цепочками с углом 80 градусов фундаментальной частоты (60 Гц или 50 Гц), третьей гармоники.

12 - пульсный выпрямитель и инвертор, использующиедва блока Universal Bridge (универсальный мост), соединены последовательно. Откройте две подсистемы преобразователей, чтобы увидеть, как они построены. Преобразователи соединены через 300 км линию с распределенными параметрами с 0.5

Гн сглаживающими реакторами. Трансформаторы преобразователя (соединение звезда-земля/звезда/треугольник) смоделированыс помощью блокаThree-

Phase Transformer (Three-Windings) (трехфазный трансформатор (с тремя обмотками)). Переключатели ответвлений трансформатора не моделируются. Отвод - имеетфиксированноезначение, определяемое коэффициентом на который умножается номинальное напряжение первичной обмотки трансформа-

торов преобразователя (0.90 настороне выпрямителя; 0.96 настороне инвертора).

С точки зрения переменного тока, HVDC преобразователь действуеткак источники синусоидального тока. С точкизрения постоянного тока, это - источники синусоидального напряжения. Порядок n этой характерной гармоники связанс числом пульсаций p конфигурации преобразователя: n = kp ± 1 для

переменного тока, и n = kp для постоянного напряжения, гдеk - любое целое число. Внашем примере, p = 12, следовательно, введенные гармоники на сто-

роне переменного тока были: 11, 13, 23, 25, и настороне постоянного тока: 12, 24.

146

Фильтры переменного тока используются, чтобы подавить нечетные гармоники тока в электрическойсети. Фильтры сгруппированы в двух подсистемах. Эти фильтры — большие конденсаторы, нужны также для компенсации реактивной мощности выпрямителя, из-зауглазажигания α, настроенные на фундаментальную частоту. Для α=30 градусов, реактивная мощность преобразователя равна приблизительно 60 % мощности полной нагрузки. Посмотрите под маску подсистемы AC filters subsystem (фильтр переменного тока), чтобы увидеть резонансные фильтры 11-ой и 13-ой гармоник высокой добротности (Q=100) и демпфирующий фильтр низкой добротности (Q=3), для устранения гармоник болеевысокого порядка, например, 23-ью. Дополнительная реактивная мощность также компенсируется батареями конденсаторов.

Двавыключателя используются, чтобы смоделировать короткие замыкания выпрямителя со стороны постоянного и переменного тока.

Выпрямитель и системы управления инвертора используютблок Discrete 12-pulse HVDC Control block (дискретная 12 - пульсная HVDC система управления) библиотеки Control управления powerlib_extras.

Энергосистема исистема управления дискретизированны одинаковым sample time (типовым временем) Ts.

Определите параметр Ts=50e-6 в вашем рабочем пространстве до начала моделирования.

Частотные характеристики систем переменного и постоянного тока

Теперь Вы будете измерять частотные характеристики систем переменного тока (состороны выпрямителя и инвертора) и линии постоянного тока.

Мы уже объяснили в главе2 «Обучающая программа», как блок Impedance Measurement (измеритель полного сопротивления) позволяетВам вычислять полное сопротивление линейного устройства по его моделиstatespace (режима-пространства). Поскольку тиристорные ключи преобразователей нелинейные блоки, они будутигнорироваться при расчете полного сопротивления, и Вы получите полные сопротивления с открытыми ключами.

Откройте библиотеку Measurements (измерителей), и скопируйте три блокаImpedance Measurement (измеритель полного сопротивления) в вашу модель, и переименуйте их как Zrec, Zinv, и ZDC. Соедините два выхода Zrec и Zinv между фазой Аи фазой B системы переменного тока на стороне инвертора и выпрямителя. Измерение полного сопротивления между двумяфазами дастудвоенное полноесопротивление последовательности положительной величины. Поэтому Вы должны применить, коэффициент1/2 на полном сопротивлении, чтобы получить правильное значение полного сопротивления. Откройте два блокаImpedance Measurement (измеритель полного сопротивления), и установите коэффициент- 0.5. Наконец, соедините вход 1 блока ZDC с входом линии постоянного тока и сглаживающим реактором со стороны выпрямителя, а вход2 сзаземлением. Сохраните вашу измененную схему как case5Zf.

148

Теперь откройте powergui. Вменю Tools (инструменты) выберите Impedance vs. Frequency Measurement (полноесопротивление в функции частоты). Откроется новое окно, в котором будутпредставлены имена трех блоков Zизмерение. Заполните поле Frequency range (частотный диапазон), напечатав 10:2:1500. Выберите линейную шкалу для амплитуды и частотной оси. Поставьте галочку на кнопкеSave data to workspace (сохранить данные в рабочую область), и введите имя переменной как Zcase5, которое будетсодержать полное сопротивление в функции частоты. Щелкните на кнопке Display.

Когда закончится расчет, появиться три графических окна с амплитудой и фазой в функции частоты, измеренной тремя блоками Impedance Measurement (измеритель полного сопротивления). Если Вы сохранили данные в рабочее пространство, Вы должны иметь переменную по имени Zcase5. Это - матрица с четырьмя столбцами, содержащая частоту в столбце 1 и три комплекса полного сопротивления в столбцах 2, 3, и 4 с тем жесамым порядком чередования, как в окне, показывающем имена блоков.

Амплитуда этих трех полных сопротивлений в функции частоты представлены на рисунке 2-29.

Рисунок 2-29: Полные сопротивления положительной последовательности для сетей переменного и постоянного тока

149

Обратите внимание на два минимума амплитуды полного сопротивления системы переменного тока. Эти резонансы напряжений созданы фильтрами 11-ой и 13-ой гармоник. Они происходятпри 660 Гц и 780 Гц в системе с 60 Гц. Заметьте также, что добавление 600 МВАР емкостных фильтров к индуктивным устройствам создаетрезонансы (около 188 Гц на стороне выпрямителя и 220 Гц на стороне инвертора). Измените масштаб изображения для амплитуды полного сопротивления в области 60 Гц. Вы должны найти, что величина 56.75 Ом длясистемы 60 Гц, соответствуетзначению эффективного короткого замыкания 5002/56.75 = 4405 МВАна стороне выпрямителя (5000 МВА— 600 МВАР фильтра).

Обратите внимание на резонанс напряжений при 240 Гц, в линии постоянного тока, который вероятно возбуждается большими помехами на стороне постоянного тока.

Описание системы управления

Системы управления выпрямителем и инвертором используюттотже самый 12-pulse HVDC Control block (12 - пульсный HVDC блок управле-

ния) из библиотеки Controls (управления) powerlib_extras. Блок можетработать или в режиме инвертора, или в режиме выпрямителя. Используйте контекстную команду Look Under Mask (посмотреть под маску), чтобы посмотреть, как этотблок построен.

150