Перевод справки пакета SimPowerSystems программы Matlab / powersysSmall

При коротком замыкании (t=0.6 с), постоянный ток быстро увеличивается до 2.3 о.е., и постоянное напряжение выпрямителя падаетдо нуля. Это падение постоянного напряжения отслеживается «Ток, зависимый отнапряжения, порядка и ограничения» (VDCOL), который уменьшает ток задания выпрямителя до 0.3 о.е. Постоянный ток все еще продолжаетциркулировать в цепи короткого замыкания. Потом, при t=0.65 с, угол открывания вентилей выпрямителя, принудительно становится равен 165 градусов, исигнал входа ForcedAlpha станетравным единице. Это сигнал, обычно используется устройством защиты, которое здесь не моделируется. Выпрямитель теперь работаетв режиме инвертора. Напряжение линии постоянного тока становится отрицательным, и энергия, накопленная в линии, возвращается в сеть переменного тока, быстро уменьшая ток короткого замыкания в его следующем прохождении через нуль. Тогда, при t=0.7 с α уменьшается и устанавливается нормальное постоянное напряжение и ток, приблизительно за 0.5 с.

Фазное замыкание переменноготока ввыпрямителе

Теперь Вы измените блок таймера, чтобы смоделировать фазное замыкание. Вблоках DC Fault Timer (таймер короткого замыкания постоянного тока) и Forced Delay (принудительная задержка) схемы psbhvdc12pulse, измените коэффициентумножения с 1 в Transition Times (длительность переходного процесса) на 100, так, чтобы короткое замыкание постоянного тока было теперь устранено. Вблоке AC Fault Timer (таймер короткого замыкания переменного тока), измените коэффициентумножения в transition times (длительность переходного процесса) на 1, так, чтобы шестипериодное фазное замыкание происходило в выпрямителе. Повторно запустите моделирование.

162

165

Как Power System Blockset работает

Как только Вы построили вашу схемус электрическими блоками библиотеки powerlib, Вы можете запустить моделирование точно так же как любую другую модель Simulink. Каждый раз, запуская моделирование, вызывается специальный механизм инициализации. Этотпроцесс инициализации вычисляетмодель state-space (режим-пространство) вашей электрической схемы истроитэквивалентную систему, которую можетвычислить Simulink.

Функция power2sys это лишь часть процесса. Она вычисляетмодель state-space (режим-пространство), и строитSimulink модель вашейсхемы. Power2sys также можетвызываться из командного окна, для просмотра модели state-space (режим-пространство) линейной части схемы. Когдавызывается процесс инициализации, функция power2sys выполняетследующий четыре шага представленных на рисунке 3-1:

Сортируетвсе блоки, содержащиесяв системе на две категории: блоки Simulink и блоки Power System Blockset. Потом получаетпараметры блоков и вычисляеттопологию электрической сети. Power System Blockset разделяетблоки на линейные и нелинейные, и автоматически даеткаждому электрическому узлу его номер.

Как только получена топология электрической сети, вычисляется модель state-space (режим-пространство) линейной части схемы функцией circ2ss. Все установившиеся режимы рассчитаны и инициализированы на этой стадии.

Если Вы выбрали дискретизацию вашей схемы, дискретная модель statespace (режим-пространство) вычисляется по непрерывной модели statespace (режим-пространство), используя метод Tustin.

СтроитSimulink модель вашей схемы исохраняетеё внутри одного из блока измерения. Это значит, что Вам нужен, по крайней мере, один блок измерения (Current Measurement block (измеритель тока), Voltage Measurement block (измеритель напряжения), или Multimeter block

(мультиметр)) в вашей модели. Связи между эквивалентной схемой и блоками измерений выполнены невидимыми связями, используя блоки Goto (передать) и From (от).

Simulink модель используетблок State-Space (режим-пространство) или блок S-Function (S - функции), чтобы смоделировать линейную часть схемы. Используются предопределенные Simulink модели для моделирования нелинейных элементов. Эти модели могутбыть найдены в библиотеке Powerlib_models, доступной в Power System Blockset. Блоки источников Simulink,

соединенные с входами блокаstate-space (режим-пространство), используются, чтобы смоделировать блоки электрических источников.

166

На рисунке 3-2 представлена связь между различными частями полной модели Simulink. Нелинейные модели соединены с помощью обратной связи между выходными напряжениями и входными токами линейной модели.

Рисунок 3-2: Объединение линейной схемы и нелинейных моделей

Как только функция power2sys закончила процесс инициализации, Simulink начинаетмоделирование, и Вы можете наблюдать кривые в scopes (измерителях), соединенных с выходами ваших блоков измерений.

Если Вы остановите моделирование и скопируете копию блока Powergui в вашусхему, Вы будете иметь доступ к установившимся значениям входов, выходов, и переменных состояний, показанных как векторы. Вы можете также использовать этот интерфейс, чтобы изменить начальные условия. Интерфейс блока Powergui позволяет Вам рассчитывать потокораспределение со схемами, содержащими трехфазные машины, инициализировать модели машин так, чтобы моделирование начиналось с установившегося режима. Эта возможность позволяетизбегать длинных переходных процессов из-за постоянных времени машин. Наконец, если блокиImpedance Measurement (измерение полного сопротивления) подсоединены к вашей схеме, блок Powergui позволяет Вам определять желаемый частотный диапазон, визуализировать кривые полного сопротивления, и сохранять результаты в ваше рабочее пространство.

168

Какой метод интегрирования должен использоваться — непрерывный или дискретный?

Одна из важных особенностей Power System Blockset, которая была представлена, начиная с версии 2, является ее способностью моделировать электрические системы или с непрерывными алгоритмами интегрирования, используя переменный шаг, или с фиксированным шагом, используя дискретизацию системы. Для систем небольшого размера, непрерывный метод обычно более точен. Алгоритмы с переменным шагом также быстрее, потому что число шагов будетменьше чем с фиксированным шагом, дающие сопоставимую точность. При использовании силовой электроники с устройствами коммутации, алгоритмы, использующие переменный шаг, более чувствительны к случаю обнаружения прохождения через нуль токов в диодах и тиристорах, и делаютэто с высокой точностью, чтобы не было ни каких разрывов тока. Однако, для больших систем (содержащих или большого количество состояний или нелинейных блоков), недостаток непрерывного метода состоитв том, что его чрезвычайная точность замедляетмоделирование. В таких случаях, выгодней дискретизировать вашу систему. Вследующих двух разделах, мы объясним эти два метода, их преимущества, и их ограничения.

Что мы подразумеваем под системами «большего размера» и «небольшого размера»? Хотя различие условное, Вы можете называть систему «небольшого размера» ту, которая содержитменьше чем 30 электрических состояний и меньше чем 6 электронных ключей. Circuit breakers (выключатели) влияютна быстродействие слишком слабо, потому что в отличие отэлектронных силовых ключей, которые переключаются в каждом периоде, эти устройства работаюттолько пару раз в течение запуска.

169

Моделирование с непрерывными алгоритмами интегрирования

Выбор правильного алгоритмаинтегрирования

ВSimulink заложено много разнообразных решателей. Большинство решателей, использующих переменный шаг, будутхорошо работать с линейными схемами. Однако схемы, содержащие нелинейные модели, особенно схемыс выключателями и силовой электроникой, требуютжестких решателей.

Самое быстрое по скорости моделирование обычно достигается с ode23tb или ode15s с параметрами по умолчанию.

Solver (решатель): ode23tb or ode15s

Relative tolerance (относительная погрешность) = 1e-3 Absolute tolerance (абсолютная погрешность) = auto Maximum step size (максимальный размер шага) = auto (авто); Initial step size (начальный размер шага) = auto (авто).

Maximum order (for ode15s) (максимальный порядок для ode15s) = 5

Обычно, Вы можете выбирать auto (авто) для абсолютной погрешности и максимального размера шага. Внекоторых случаях Вам, вероятно, придется ограничивать максимальный размер шага и абсолютную погрешность.

Выбор слишком маленькой погрешности можетзначительно замедлить моделирование. Выбор абсолютной погрешности зависитотмаксимума ожидаемой амплитуды переменных состояния (токи катушки индуктивности и напряжения конденсатора). Например, если Вы работаете с силовыми преобразователями, где ожидаемое напряжение и токи — тысячи вольти ампер, абсолютная погрешность на уровне 1e-1 или даже 1.0 будетдостаточна. Если Вы работаете с маломощными цепями, содержащие максимальные значения 100 Ви 10 А, Вы должны использовать меньшую абсолютную погрешность около 1e-3 или 1e-2.

Моделирование выключателей и силовых электронных устройств

Используются два метода для моделирования выключателей и силовых электронных устройств:

Если выключатель имеетсопротивление, модель переключателя рассматривается как часть линейной схемы. Модель state-space (режимпространство) схемы, включаетзамкнутые и разомкнутые выключатели, поэтому повторно рассчитывается для каждого замкнутого и разомкнутого выключателя, производя изменения в топологии схемы. Этотметод всегда используется с Circuit Breaker (выключателем) и Ideal Switch (идеальным переключателем), потому что эти элементы не имеютвнутренней индуктивности. Он также применяется для диодов и тиристоров

170