Выполните онлайновый гармонический анализ Используя спектр Simscape блок анализатора

Гармоническое искажение

Нелинейные загрузки создают искажение степени в форме гармоник, то есть, напряжений и токов, которые являются множителями основной частоты. Гармонические формы волны могут привести к энергетическим потерям через теплоотдачу и в уменьшаемом качестве электрической энергии. Они могут также заставить оборудование неправильно функционировать или становиться поврежденным. Организации разработки стандартов, такие как Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) и Международная электротехническая комиссия (IEC) задают рекомендуемые пределы для гармонического содержимого в системах электроэнергии.

Этот пример показывает, как исследовать гармоническое искажение в вашей модели, использующей оффлайн, который является после симуляции, и онлайн, который является во время симуляции, исследований. Оффлайновый анализ использует аналитические функции гармоники Simscape™ Electrical™ и помогает вам определить параметры конфигурации для и проверить результаты, онлайновый анализ. Онлайновый анализ использует блок Simscape Spectrum Analyzer.

Предпосылка

Этот пример требует, чтобы симуляция регистрировала переменную в вашей рабочей области MATLAB^®. Модель в этом примере сконфигурирована, чтобы регистрировать данные Simscape для целой модели для целого времени симуляции.

Чтобы изучить, как определить, сконфигурирована ли модель, чтобы регистрировать данные моделирования, смотрите, Исследуют Настройку Журналирования Данных моделирования Модели.

Выполните оффлайновый гармонический анализ

Откройте модель. В команде MATLAB запрашивают, введите:
```
model = 'ee_composite_rectifier';
open_system(model)
```
Модель в качестве примера содержит трехфазный выпрямитель. Модель также содержит Селекторный блок, что выходные параметры только a - фаза от трехфазного текущего сигнала, что это получает от блока PS-Simulink Converter.
Моделируйте модель.
```
sim(model)
```
Просмотрите результаты временного интервала. Откройте блок Scope.

Анализ области времени показывает, что выпрямитель преобразовывает напряжение, но это не включает информации о частотах в сигнале.
Определите параметры конфигурации и вычислите ожидаемые результаты для онлайнового гармонического анализа. Выполните оффлайновый гармонический анализ.
1. Аналитические функции гармоники Simscape Electrical требуют, чтобы вы использовали решатель фиксированного шага. Определите тип решателя и шаг расчета для модели. Чтобы включить выделение шага расчета, в редакторе Simulink^® панель меню, выбирают Display> Sample Time> All.
  
  Модель запускается на дискретном уровне, поэтому она использует решатель фиксированного шага с шагом расчета 1e-4 s.
2. Используйте функцию ee_getHarmonics, чтобы вычислить гармонический порядок, гармоническое значение и основную частоту на основе исходных токов напряжения.
  [harmonicOrder,harmonicMagnitude,fundamentalFrequency] = ... ee_getHarmonics(simlog_ee_composite_rectifier.Voltage_Source.I);
3. Выполнение онлайнового гармонического анализа с помощью блока Spectrum Analyzer требует, чтобы вы задали значение для максимального гармонического порядка и пропускной способности разрешения (RBW). RBW зависит от основной частоты.
  Извлеките и отобразите максимальный гармонический порядок и основную частоту:
  disp(['Maximum Harmonic Order = ', num2str(max(harmonicOrder))]) disp(['Fundamental Frequency = ', num2str(fundamentalFrequency)])
  Maximum Harmonic Order = 30 Fundamental Frequency = 60
4. Определите пиковое значение основной частоты. Это значение полезно для отфильтровывания незначительных гармоник и для проверки результатов оффлайновых исследований.
  fundamentalPeak = harmonicMagnitude(harmonicOrder==1); disp(['Peak value of fundamental = ', num2str(fundamentalPeak),' A']);
  Peak value of fundamental = 1945.806 A
5. Отфильтруйте маленькие гармоники путем идентификации и хранения гармоник, которые больше, чем тысячный из основной пиковой частоты.
  threshold = fundamentalPeak ./ 1e3; aboveThresold = harmonicMagnitude > threshold; harmonicOrder = harmonicOrder(aboveThresold)'; harmonicMagnitude = harmonicMagnitude(aboveThresold)';
6. Отобразите гармонические данные в таблице MATLAB.
  harmonicRms = harmonicMagnitude./sqrt(2); harmonicPct = 100.*harmonicMagnitude./harmonicMagnitude(harmonicOrder == 1); harmonicTable = table(harmonicOrder,... harmonicMagnitude,... harmonicRms,... harmonicPct,... 'VariableNames',{'Order','Magnitude','RMS','Percentage'}); display(harmonicTable);
  harmonicTable = 10×4 table Order Magnitude RMS Percentage _____ _________ ______ __________ 1 1945.8 1375.9 100 5 218.86 154.75 11.248 7 105.83 74.835 5.439 11 85.135 60.2 4.3753 13 57.599 40.729 2.9602 17 50.417 35.65 2.5911 19 37.612 26.596 1.933 23 33.859 23.942 1.7401 25 26.507 18.743 1.3622 29 23.979 16.955 1.2323
7. Вычислите процент общего гармонического искажения (THD) с помощью функции ee_calculate_ThdPercent.
  thdPercent = ee_calculateThdPercent(harmonicOrder,harmonicMagnitude); disp(['Total Harmonic Distortion Percentage = ' num2str(thdPercent),' %']);
  Total Harmonic Distortion percentage = 14.1721 %

Выполните онлайновый гармонический анализ

В редакторе Simulink, который содержит модель ee_composite_rectifier, замените блок Scope на блок Spectrum Analyzer от Сервисной Библиотеки Simscape:
1. Удалите блок Scope.
2. Щелкните левой кнопкой в рамках блок-схемы.
3. После того, как значок поиска появляется, введите spec, и затем из списка, выберите Spectrum Analyzer из библиотеки Utilities.
4. Соедините блок Spectrum Analyzer с выходным сигналом Подсистемы i.
Сконфигурируйте блок Spectrum Analyzer с помощью панели Настроек Спектра.
1. Откройте спектр Анализатор.
2. Откройте панель Настроек Спектра. На панели инструментов Spectrum Analyzer нажмите кнопку Spectrum Settings.
3. Сконфигурируйте параметры на панели Main Options.
  1. Сконфигурируйте блок, чтобы отобразить среднеквадратичное значение (RMS) частоты. Из выпадающего меню Type выберите RMS.
  2. Определите значение, чтобы задать для пропускной способности разрешения (RBW), использующий это уравнение:
    
    $R B W = \frac{N E N B W * f}{N},$
    где,
    
    NENBW является нормированной эффективной шумовой пропускной способностью, фактором используемого метода работы с окнами. Окно Hanning (Hann) имеет значение NENBW приблизительно 1,5.
    _fявляется основной частотой.
    N является количеством периодов.
    RBW является пропускной способностью разрешения в Гц.
    
    Для основной частоты 60 Гц более чем 10 периодов, с помощью окна Hann,
    
    $R B W = \frac{1.5 * 60 H z}{10} = 9 H z$
    Для RBW (Hz) задайте 9.
4. Расширьте панель Windows Options и задайте Overlap (%) 90.
5. Задайте максимальное количество peaks для анализатора, чтобы отобразиться. В панели меню выберите Tools> Measurements> Peak Finder. Также на панели инструментов Spectrum Analyzer, нажмите кнопку Peak Finder. В панели Peakfinder, в разделе Settings, для Max Num of Peaks, вводят 30. Это значение основано на максимальном гармоническом порядке, как обозначено оффлайновым анализом.
6. Определите номер гармоник, чтобы использовать для измерения гармонического искажения. Задайте номер, который получает самый большой гармонический порядок, который получает оффлайновый анализ. В панели меню выберите Tools> Measurements> Distortion Measurements. Также на панели инструментов Scope, нажмите кнопку Distortion Measurements. Прокрутите как требуется, чтобы видеть панель Distortion Measurements.
  В панели Distortion Measurements, для Num Harmonics, снова вводят 30.
Моделируйте модель.
```
sim(model)
```
Процент THD составляет 14,17%, и основной пиковой мощностью являются 1375.89 Vrms на уровне 0,06 кГц (60 Гц). Эти результаты соглашаются с результатами оффлайнового гармонического анализа.