Документация

Введение

Simscape™ Electrical™ Специализированные Энергосистемы обеспечивает широкий набор моделей. Это может произойти, однако, что необходимо соединить интерфейсом собственной моделью со стандартными моделями, предоставленными в библиотеке Simscape Electrical Specialized Power Systems. Эта модель могла быть простым нелинейным сопротивлением, моделирующим дугу или варистор, насыщаемый индуктор, новый тип двигателя, и т.д.

В следующих разделах простая насыщаемая индуктивность и нелинейное сопротивление служат примерами.

Моделирование нелинейной индуктивности

Считайте индуктор 2 henries разработанным, чтобы действовать при номинальном напряжении, Vnom = 120-вольтовая RMS и номинальная частота, fnom = 60 Гц. От нуля до 120-вольтовой RMS индуктор имеет постоянную индуктивность, L = 2 H. Когда напряжение превышает свое номинальное напряжение, индуктор насыщает, и его индуктивность уменьшается до Lsat = 0.5 H. Нелинейная текущая потоком характеристика построена в следующей фигуре. Теките и текущие шкалы находятся в на модули. Номинальное напряжение и номинальный ток выбраны в качестве основных значений для системы на модуль.

Ток i текущий в индукторе являюсь нелинейной функцией потокосцепления ψ, который, в свою очередь, является функцией v, появляющегося через его терминалы. Эти отношения даны следующими уравнениями:

Модель нелинейной индуктивности может поэтому быть реализована как управляемый текущий источник, где текущий i - нелинейная функция напряжения v, как показано.

Реализация Нелинейной Индуктивности показывает схему с помощью 2 нелинейной индуктивности H. Нелинейная индуктивность соединяется последовательно с двумя источниками напряжения (Исходный блок напряжения переменного тока RMS на 120 вольт, 60 Гц, и Исходный блок напряжения постоянного тока) и резистор на 5 Ом.

Все элементы, используемые, чтобы создать нелинейную модель, были сгруппированы в подсистеме под названием Нелинейная Индуктивность. Терминалы индуктора маркированы In и Out. Вывод Simulink^®, возвращающий поток, был добавлен к подсистеме. Можно соединить этот вывод с блоком Scope, чтобы наблюдать поток.

Нелинейная модель использует блок Voltage Measurement, чтобы считать напряжение на терминалах индуктивности и Управляемом Текущем Исходном блоке. Направление стрелки текущего источника ориентировано от входа, чтобы вывести согласно модели, показанной выше.

Блок Integrator вычисляет поток из входа напряжения, и 1D блок Lookup Table реализует характеристику насыщения i = f (ψ) описанный Текущей Потоком Характеристикой Нелинейной Индуктивности.

Два блока Фурье от библиотеки Control и Measurements/Measurements используются, чтобы анализировать основной компонент и компонент DC тока.

Используя блоки Simscape Electrical Специализированные Энергосистемы и Библиотеки Simulink, создайте схему, показанную выше. Чтобы реализовать i =f (ψ) отношение, задайте следующие векторы в 1D блоке Lookup Table:

Установите следующие параметры для этих двух источников:

Настройте время симуляции к 1.5 s и выберите алгоритм интегрирования ode23tb с параметрами по умолчанию. Запустите симуляцию.

Как ожидалось ток и поток являются синусоидальными. Их пиковые значения соответствуют номинальной стоимости.

Теперь измените напряжение постоянного тока на 1 В и перезапустите симуляцию. Заметьте, что ток искажен. 1-вольтовое напряжение постоянного тока теперь интегрировано, вызвав смещение потока, которое заставляет поток ввести в нелинейную область текущей потоком характеристики (ψ> 0.450 V.s). В результате этого насыщения потока ток содержит гармоники. Увеличьте масштаб последних трех циклов симуляции. Пиковое значение тока теперь достигает 0,70 А, и основной компонент увеличился до 0,368 А. Как ожидалось компонент DC тока является 1 V/0.5 Ω = 0.2.

Можно создать маску, которая задает следующие подсказки, переменные и значения:

Следующий код в инициализациях маски блока готовит эти два вектора Current_vect и Flux_vect, который будет использоваться в блоке Look-Up Table модели.

% Define base current and Flux for pu system
I_base = Vnom*sqrt(2)/(L*2*pi*fnom);
Phi_base = Vnom*sqrt(2)/(2*pi*fnom); 

% Check first two points of the saturation characteristic
if ~all(all(sat(1:2,:)==[0 0; 1 1])),
    h=errordlg('The first two points of the characteristic must 
be [0 0; 1 1]','Error');
    uiwait(h);
end 

% Complete negative part of saturation characteristic
[npoints,ncol]=size(sat);
sat1=[sat ; -sat(2:npoints,:)];
sat1=sort(sat1); 

% Current vector (A)  and flux vector (V.s)
Current_vect=sat1(:,1)*I_base;
Flux_vect=sat1(:,2)*Phi_base;

Когда характеристика насыщения задана только в первом квадранте, три строки кода добавляются, чтобы завершить отрицательную часть характеристики насыщения. Заметьте также, как валидность первого сегмента характеристики насыщения проверяется. Этот сегмент должен быть задан двумя точками [0 0; 1 1], задающий 1 pu индуктивность (номинальная стоимость) для первого сегмента.

Моделирование нелинейного сопротивления

Метод для моделирования нелинейного сопротивления подобен тому, используемому для нелинейной индуктивности.

Хорошим примером является металлически-окисный варистор (MOV), имеющий следующую характеристику V-I:

где

Следующие данные показывают, что приложение такого нелинейного сопротивления, чтобы моделировать MOV раньше защищало оборудование в сети на 120 кВ. Чтобы сохранить схему простой, только одна фаза схемы представлена.

Эта модель доступна в power_nonlinearresistor примере.

Модель не использует блок Look-Up Table в качестве в случае нелинейной модели индуктивности. Как аналитическое выражение тока, когда функция напряжения известна, нелинейное я (V), характеристика реализована непосредственно с блоком Fcn от Библиотеки Simulink.

Эта чисто резистивная модель не содержит состояний. Это производит алгебраический цикл в представлении пространства состояний схемы.

Алгебраические циклы часто ведут, чтобы замедлить времена симуляции. Необходимо повредить цикл с блоком, который не изменяет нелинейную характеристику. Здесь передаточная функция первого порядка H (s) = 1 / (1+Ts) вводится в систему, с помощью малой постоянной времени (T = 0,01 мкс).

Соединение модели с другими нелинейными блоками

Нелинейные модели, реализованные как текущий источник, не могут быть соединены последовательно с индуктором, другим текущим источником или разомкнутой цепью. Такая топология схемы вызывает ошибки в Simscape Electrical Специализированные Энергосистемы.

Точно так же, если ваша нелинейная модель использует Управляемый Исходный блок Напряжения, эта модель не могла бы быть закорочена или соединена через конденсатор.

Предположим, например, что вы хотите изучить наплыв, текущий в нелинейном сопротивлении power_nonlinearresistor модели в качестве примера, когда это включено на источнике напряжения:

При попытке моделировать эту схему, вы получаете следующее сообщение об ошибке:

Эта топология запрещается, потому что два нелинейных элемента, моделируемые текущими источниками, соединяются последовательно: блок Breaker и блок Nonlinear Inductance. Чтобы смочь моделировать эту схему, необходимо обеспечить текущий путь вокруг одного из двух нелинейных блоков. Вы могли, например, соединить большое сопротивление, сказать 1 MΩ через блок Breaker или блок Inductance. В этом случае более удобно выбрать блок Breaker, потому что схеме демпфера серии RC предоставляют модель.