Перевод справки пакета SimPowerSystems программы Matlab / powersysSmall

Типографские Соглашения

Это руководство используетнекоторые или все эти соглашения.

21

23

Глава 1: Обучающая программа

Введение

Чтобы овладеть библиотекой энергетических систем Blockset, вы должны научиться строить и моделировать электрические схемы. Энергосистема Blockset работаетв среде Simulink. Поэтому, прежде чем начинать изучать Blockset, вы должны изучить Simulink. Для помощи при использовании Simulink, см. руководство Using Simulink (использование Simulink).

Обучающая программа построена на семи различных разделах. Разделы с 1 до 3 основаны на простых энергосистемах. Разделы 4 и 5 иллюстрируют силовую электронику, и раздел 6 демонстрируетустройство трехфазных силовых систем, электрических машин, и потокораспределения нагрузки. Раздел 7 объясняет, как выможете создавать и настраивать ваши собственные нелинейные блоки.

24

Раздел 1: Моделирование простой схемы

Энергосистема Power System Blockset (PSB) позволяетвам строить и моделировать электрические схемы, содержащие линейные и нелинейные элементы. Втечение первых трех разделов вы будете строить, анализировать,

имоделировать схему, показанную на рисунке 1-1.

Вэтом разделе вы будете:

9Исследовать библиотеку powerlib энергосистемы Blockset;

9Изучите, как строить простую схему с помощью powerlib библиотеки;

9Связывать Simulink блокис вашей схемой;

Рисунок 1-1 представляетэквивалентную энергосистему, питающую 300-километровую линию электропередачи. Линия связана с катушкой индуктивности. Выключатель позволяетподавать питание и обесточивать линию. Для упрощения будем рассматривать только одну из трех фаз. Параметры, показанные на рисунке 1-1 типичны для 735 кВэнергосистемы.

Рисунок 1-1: Схема, которая будетсмоделирована энергосистемой

Blockset

Создание электрической цепи с помощью библиотеки Powerlib

Simulink используетграфический пользовательский интерфейс, чтобы связать различные электрические компоненты. Электрические компоненты сгруппированы в специальной библиотеке, называемой powerlib.

Откройте библиотеку Power System Blockset, введя в командной строке

MATLAB’а: powerlib

25

Эта команда отображаетокно Simulink’а, в котором представлены раз-

личные библиотеки Power System Blockset.

Эти библиотеки могутбыть открыты, в них содержатся блоки, которые можно скопировать в вашу схему. Каждый компонентпредставлен специальным блоком, который имеетодин или несколько входов и выходов, соответствующих различным терминалам компонента:

1.Вменю File окна библиотеки powerlib, откройте новое окно, которое будетсодержать вашу первую схему, исохраните её под име-

нем circuit1.

2.Откройте библиотеку Electrical Sources (электрические источники), и скопируйте AC Voltage Source block (блок источника переменного напряжения) в окно circuit1.

3.Откройте диалоговое окно AC Voltage Source (блока источника переменного напряжения), дважды щелкнув мышкой на блоке, и введите Amplitude (амплитуду), Phase (фазу), и Frequency (частоту), согласно значениям, показанным на Рисунке 1-1.

Обратите внимание, что амплитуда, которая будетопределена для

синусоидального источника — его пиковое значение

(424.4 103 2 =600,2 кВв нашем случае).

4.Измените название блокаVoltage Source (источник напряжения) наVs.

5.Скопируйте блок Parallel RLC Branch block (блок параллельной RLC цепи), который можно найти в библиотеке Elements library powerlib (библиотеке элементов), установите его параметры как показано на Рисунке 1-1, и поменяйте его название на Z_eq.

6.Сопротивление Rs_eq схемы можетбыть получено с помощью блока Parallel RLC Branch block (блок параллельной RLC цепи). Скопируйте Parallel RLC Branch block (блок параллельной RLC цепи), который есть уже в вашем файле circuit1, устанавливаете параметр R (сопротивление) согласно рисунку 1-1, а также параметры L (ин-

26

дуктивность) и C (емкость) соответственно бесконечности (inf) и нолю (0).

Когда диалоговое окно закроется, вы обратите внимание, что L и C компоненты исчезли, на значке теперь показан единственный резистор. Тотжесамый результатбыл бы получен с Series RLC Branch block (блоком последовательной RLC цепи), устанавливая параметры L (индуктивности) и C (емкости) соответственно нолю (0) и бесконечности (inf).

7.Назовите этотблок Rs_eq.

8.Откройте библиотеку Connectors (соединителей) powerlib, и скопируйте bus bar (соединительную шину).

9.Откройте диалоговое окно Bus Bar (соединительная шина), и установите его параметры — два ввода и двавывода, и назовите его — B1. Такжескопируйте блок Ground (заземление), (выберите блок с выходным соединением).

Измените размеры различных компонентов, и свяжите блоки, перемещая линии отвыводов до вводовсоответствующих блоков.

Чтобы завершить схему, показанную на рисунке 1-1 , вы должны добавить линию электропередачи, и токоограничивающий реактор. Выключатель вы добавите позже в разделе 3.

Модель линии с равномерно распределенными R, L, и C параметрами обычно содержитзадержку, которая равняется времени распространения волны по линии. Эта линия не можетмоделироваться как линейное устройство, потому что задержка соответствуетбесконечному числу состояний. Однако хорошее приближение линии с конечным числом состояний можно получить, каскадируя несколько П-образных схем, каждая из которых представляетмаленькую pi секцию линии.

Pi секция состоитиз ряда R-L нагрузок и двух C (емкостных) шунтов цепи. Точность зависитотчисла pi секций, используемых для модели.

27

Скопируйте блок Pi Section Line из Elements library (библиотеки элементов) в окно circuit1, установите его параметры как показано на рисунке 1- 1, и определите одну pi секцию линии. Токоограничивающий реактор будет смоделирован резистором последовательно с катушкой индуктивности. Вы можете использовать Series RLC Branch block (блок последовательной RLC цепи), чтобы смоделировать токоограничивающий реактор. Установите значения R и L, соответствующие активной и реактивной мощности, указанные на рисунке 1-1 (Q=110 Мвар; P=110/300=0.37 МВт, U=424.4 кВ(среднеквад-

ратическое) и f = 60 Гц).

Вы можете увидеть, что более удобно использовать Series RLC Load block (блок последовательной нагрузки RLC цепи), которая позволяетвам задавать непосредственно активные и реактивные мощности, поглощаемые токоограничивающим реактором.

Скопируйте Series RLC Load block (блок последовательной нагрузки RLC цепи), который можно найти в библиотеке Elements (элементов) library of powerlib. Назовите этотблок 110 Mvar. Установите его параметры следующим образом.

Uном=424.4 кВ; fном=60 Гц; P= 110/300 МВт(quality factor (качественный коэффициент)=300); QL=110 106 var и Qc=0.

Обратите внимание, что, поскольку никакая реактивная емкостная мощность не была определена, конденсатор исчезаетна изображении блока, когда диалоговое окно будетзакрыто.

Добавьте оконечную соединительную шину B2, дублируя B1, и соедините все новые блоки как показано ниже.

Вам нужен Voltage Measurement block (блок измерения разности потенциалов), чтобы измерить разность потенциалов на соединительной шине

B1. Этотблок можетбыть найден в Measurements library of powerlib (в

библиотеке измерений). Скопируйте его, и назовите U1. Соедините его положительный провод со вторым выходом bus bar (соединительной шины) B1, и отрицательный — новым блоком — Ground block (заземление).

Чтобы не ошибиться с разностями потенциалов в соединительной шине B1, измеряя разности потенциалов блоком Voltage Measurement block, по имени U1, необходим индикатор. Это можетбыть любое устройство, найденное в библиотеке Sinks library (потребителей энергии) Simulink.

28

Откройте Sinks library (библиотеку потребителей энергии) Simulink, и скопируйте блок Scope block (измеритель) в окно вашего проекта circuit1. Если бы Scope block (измеритель) был присоединен непосредственно к выходу voltage measurement (измерителю разности потенциалов), то он бы показывал разность потенциалов в вольтах. Однако, инженеры – электрики в силовых системах привыкли работать с нормализованными величинами (в относительных единицах). Напряжение будетвыражаться в относительных единицах, еслизначение в вольтах разделить на базовое значение напряжения, соответствующие пиковому значению номинального напряжения системы. Внашем случае К определится как

Скопируйте блок Gain (умножение на константу) из библиотеки Simulink, и установите его коэффициентувеличения, как было показано выше. Подключите его выход к блоку Scope, и подключите выход блока Voltage Measurement к блоку Gain. Скопируйте эту систему измерения напряжения на соединительную шину B2, как показано ниже.

Связь электрической схемы сSimulink

Voltage Measurement block (блок измерение напряжения) выступаеткак интерфейс между блоками Power System Blockset (энергетических систем) и блоками Simulink. Длясистемы, показанной выше, имеется связьмежду электрической схемой исистемой Simulink. Блоки Voltage Measurement blocks (измерения напряжения) преобразовываютизмеренные напряжения в сигналы Simulink.

Обратите внимание, что блок Current Measurement (измерения тока) из библиотеки Measurements library (измерений) powerlib можно использовать, чтобы преобразовать любой измеренный ток в сигнал Simulink.

29

Связь блоков Simulink с электрической схемой также возможна. Например, выможете использовать блок Controlled Voltage Source (регулируемый источник напряжения), чтобы смоделировать источник напряжения в электрической схеме. Напряжение тогда будетуправляется сигналом Simulink.

Моделирование вашей схемы

Теперь вы можете запустить программу на выполнение, нажав кнопку в меню Simulation. Как и ожидалось, напряжение - синусоида с пиковым значением 1 о.е. Вто время как выполняется моделирование, откройте диалоговое окно блока Vs и измените амплитуду. Следите за изменениями на двух scopes (измерителях). Вы можете также изменять частоту и фазу. Помните, что Вы можете изменить масштаб изображения выходного сигнала в окне scope (измеритель) выделением мышкой (использование левой кнопки мыши) интересующей области.

Примечание. Впроцессе моделирования этой схемы, использовался, заданный по умолчанию, алгоритм расчета дифференциальных уравнений (ode45). Однако, большинство схем Power System (энергетической системы) Blockset, будутсодержать выключатели и другие нелинейные устройства. В этом случае, вы будете должны определить алгоритм расчета дифференциальных уравнений самостоятельно. Это обсуждено в разделе 3, гдек вашей схеме будетдобавлен выключатель.

30