В этом разделе вы
Узнать, как симулировать систему трехфазного питания, содержащую электрические машины и другие трехфазные модели
Выполните поток загрузки, изучают и инициализируют машины, чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии при помощи инструментов Machine Initialization и Load Flow (поток загрузки положительной последовательности и несбалансированный поток загрузки) блока powergui.
Симулируйте энергосистему и наблюдайте ее динамические характеристики при помощи и сравнение результатов Непрерывного и Simscape™ Electrical™ Phasor Специализированные типы симуляции Энергосистем.
Вы теперь используете три типа машин в библиотеке Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> Fundamental Blocks> Machines: упрощенные синхронные машины, подробные синхронные машины и асинхронные машины. Вы соединяете эти машины с линейными и нелинейными элементами, такими как преобразователи, загрузки и прерыватели, чтобы изучить переходную устойчивость источника бесперебойного питания с помощью дизельного генератора.
Система 2D машины, показанная в этой однолинейной схеме, является основным примером этого раздела:
Дизельный генератор и асинхронный двигатель на распределительной сети
Эта система состоит из объекта (соедините шиной B2), симулированный активной нагрузкой на 1 МВт и моторной загрузкой (ASM), питаемый на уровне 2 400 В от системы распределения 25 кВ до 6 MVA, 25/2.4 kV преобразователь, и от чрезвычайного синхронного модуля генератора/дизельного двигателя (SM).
Система на 25 кВ моделируется простым эквивалентным источником R-L (уровень 1000 короткой схемы MVA, добротность X/R = 10) и загрузка на 5 МВт. Асинхронный двигатель оценивается 2 250 л. с., 2,4 кВ, и синхронная машина оценивается 3.125 MVA, 2,4 кВ.
Первоначально, двигатель разрабатывает механическую энергию 2 000 л. с., и дизельный генератор находится в резервном устройстве, не поставляя активной степени. Синхронная машина поэтому действует в качестве синхронного конденсатора, производящего только реактивную энергию, требуемую отрегулировать 2 400-вольтовую шину напряжение B2 в 1.0 pu. В t = 0,1 с, трехфазное к замыканию на землю происходит в системе на 25 кВ, вызывая открытие выключателя на 25 кВ в t = 0,2 с и внезапное увеличение загрузки генератора. Во время переходного периода после отказа и islanding системы моторного генератора, синхронная система возбуждения машины и дизельный регулятор скорости реагируют, чтобы обеспечить напряжение и скорость в постоянном значении.
Эта система моделируется в power_machines пример.
Параметры SM, а также модели дизельного двигателя и регулятора были взяты из ссылки [1].
Если вы симулируете эту систему впервые, вы обычно не знаете то, что начальные условия для SM и ASM, чтобы запуститься в устойчивом состоянии.
Эти начальные условия
Блок SM: Начальные значения отклонения скорости (обычно 0%), угол ротора, величины и фазы токов в обмотках статора и начальное полевое напряжение, требуемое получить желаемое терминальное напряжение под заданным потоком загрузки
Блок ASM: Начальные значения промаха, угла ротора, величин и фаз токов в обмотках статора
Откройте диалоговое окно блоков Asynchronous Machine и Synchronous Machine. Все начальные условия должны быть установлены в 0, за исключением начального напряжения поля SM и промаха ASM, которые установлены в 1 pu. Откройте три осциллографа, контролирующие SM и сигналы ASM, а также шину напряжение B2. Запустите симуляцию и наблюдайте первые 100 мс, прежде чем отказ будет применен.
Когда симуляция запускается, обратите внимание, что три тока ASM начинают с нуля и содержат медленно затухающий компонент DC. Скорости машины занимают намного более длительное время, чтобы стабилизироваться из-за инерции систем двигателя/загрузки и дизеля/генератора. В нашем примере ASM даже начинает вращаться в неправильном направлении, потому что моторный стартовый крутящий момент ниже, чем прикладной крутящий момент загрузки. Остановите симуляцию.
[1] Ииджер К.Е. и Уиллис Дж.Р. "Моделирование аварийных дизельных генераторов в атомной электростанции на 800 мегаватт". Транзакции IEEE на энергетическом преобразовании. Vol.8, № 3, сентябрь 1993.
Чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии с синусоидальными токами и постоянными скоростями, все состояния машины должны быть инициализированы правильно. Это - трудная задача выполнить вручную, даже для простой системы. В следующем разделе вы изучаете, как использовать инструмент Machine Initialization блока powergui, чтобы инициализировать машины.
Во вкладке Tools powergui диалоговое окно блока нажимают кнопку Machine Initialization. Появляется новое окно. Верхнее правое окно отображает список машин, появляющихся в вашей системе.
Выберите SM 3.125 MVA в списке машин. Параметр Bus Type должен уже быть инициализирован как P & V generator, указание, что машина управляет своей активной степенью и терминальным напряжением. Поскольку больше информации о значении параметра Bus type видит Инструмент Потока Загрузки.
Проверяйте, что желаемый Terminal Voltage UAB инициализируется при номинальном напряжении машины (2 400 Vrms).
Обнулите Active Power. Синхронная машина поэтому поглощает или производит реактивную энергию только, чтобы сохранить терминальное напряжение в 1 pu.
Выберите ASM 2250 HP в списке машин. Единственным параметром, который должен быть установлен, является Mechanical power, разработанный двигателем. Введите 1.492e6 (2 000 л. с. = 2000*746 ватт).
Нажмите кнопку Compute and Apply. Три фазовращателя напряжений машины от линии к линии, а также токи, обновляются как показано на следующей фигуре. Значения отображены оба в единицах СИ (RMS вольт или RMS ампер) и в pu.
Раздел Machine info отображает SM активные и реактивные мощности, механическая энергия и полевое напряжение, активные и реактивные мощности ASM, поглощенные двигателем, промахом и крутящим моментом.
Закройте инструмент Machine Initialization .
Откройте диалоговые окна блока SM и ASM и смотрите, что начальные условия были обновлены. Обратите внимание на то, что значение крутящего момента ASM (7964 N.m) было введено в блок Constant, соединенный во входе крутящего момента ASM.
Дважды кликните блок Diesel Engine Governor. Начальная механическая энергия установлена в 0.0002701 pu.
Откройте блок Excitation. Дважды кликните блок AC1A Excitation System и выберите вкладку Initial Values. Начальное терминальное напряжение и полевое напряжение установлены в 1.0 pu и 1.427 pu, соответственно.
Инструмент Machine Initialization также инициализирует блоки Constant, соединенные в ссылочных входных параметрах (wref и vref) Governor и блоков Excitation, а также блока Constant, соединенного во входе крутящего момента загрузки (TM) блока Asynchronous Machine.
Запустите симуляцию. Откройте три осциллографа, отображающие внутренние сигналы синхронных и асинхронных машин, и поэтапно осуществите напряжение. Симуляция запускается в устойчивом состоянии.
Чтобы инициализировать машины, можно использовать инструмент Load Flow вместо инструмента Machine Initialization. Инструмент Load Flow позволяет вам отображать более подробное решение для потока загрузки.
Инструмент Load Flow блока powergui использует метод Ньютона-Raphson и идет с пользовательским интерфейсом, который позволяет вам отображать решение для потока загрузки во всех шинах.
Simscape Electrical Специализированные Энергосистемы позволяет вам выполнять два типа потоков загрузки:
Поток загрузки положительной последовательности применился к трехфазной системе. Напряжения положительной последовательности, а также активная степень (P) и реактивная мощность (Q) потоки вычисляются в каждой трехфазной шине.
Несбалансированный поток загрузки применился к соединению трехфазных, двухфазных, и однофазных систем. Отдельное напряжение фазы и поток PQ вычисляются для каждой фазы.
Для получения дополнительной информации смотрите power_loadflow.
Чтобы решить поток загрузки, необходимо определить эти четыре количества в каждой трехфазной или однофазной шине:
Сетевая активная степень P и реактивная мощность Q введенный в шину
Величина V напряжения и угол Vangle напряжения положительной последовательности шины (напряжение положительной последовательности или напряжение фазы)
Важно, чтобы вы изучили три типа шины, которые используются инструментом Load Flow, чтобы решить поток загрузки. Прежде, чем решить поток загрузки, два из вышеупомянутых количеств известны в каждой шине, и другие два должны быть определены. Поэтому следующие типы шины используются:
Шина PV — Для этого типа шины, задайте P и V. Это - шина генерации, где генератор, такой как источник напряжения или трехфазная синхронная машина соединяется. Активная степень P сгенерирован и напряжение терминала генератора V наложен. Решение для потока загрузки возвращает реактивную мощность машины Q, требуемый обеспечить ссылочную величину напряжения V, и ссылочный угол напряжения Vangle.
Шина PQ — В этой шине, заданная активная степень P и реактивная мощность Q или введены в шину (генерация шина PQ) или поглощены загрузкой, соединенной в той шине. Решение для потока загрузки возвращает величину напряжения на шине V и угол Vangle.
Шина Swing — Эта шина налагает величину напряжения V и угол Vangle. Решение для потока загрузки возвращает активную степень P и реактивная мощность Q, сгенерированный или поглощенный в той шине для того, чтобы сбалансировать произведенную энергию, загрузки и потери. По крайней мере одна шина в модели должна быть задана как шина колебания, но обычно одна шина колебания требуется, если вы не изолировали сети. Обычно для потока загрузки положительной последовательности, вы выбираете одну синхронную машину или источник напряжения как шина колебания. Для несбалансированного потока загрузки можно выбрать три фазы блока Three-Phase Voltage Source или однофазных блоков AC Voltage Source как шины колебания.
Чтобы выполнить анализ потоков загрузки и инициализировать вашу модель так, чтобы это запустилось в устойчивом состоянии:
Задайте шины модели с помощью блоков Load Flow Bus.
Задайте параметры потока загрузки всех блоков, имеющих параметры потока загрузки. Эти блоки упоминаются, когда поток загрузки блокируется.
Решите поток загрузки и, в конечном счете, в интерактивном режиме измените параметры потока загрузки, пока удовлетворительное решение не будет получено.
Сохраните параметры потока загрузки и начальные условия машины в модели.
Блоки потока загрузки и блок Load Flow Bus описаны в следующих разделах.
Блоками потока загрузки является Simscape Electrical Специализированные блоки Энергосистем, в которых можно задать активную степень (P) и реактивная мощность (Q), чтобы решить поток загрузки положительной последовательности. Они:
Asynchronous Machine
Simplified Synchronous Machine
Synchronous Machine
Three-Phase Dynamic Load
Three-Phase Parallel RLC Load
Three-Phase Series RLC Load
Three-Phase Programmable Voltage Source
Three-Phase Source
Вы задаете P и Q во вкладке Load Flow диалоговых окон блока.
Загрузите Параметры Потока Трехфазных Источников и Синхронных Машин. Three-Phase Sources и блоки Synchronous Machine позволяют управление их сгенерированных или поглощенных степеней P и Q и их напряжения терминала положительной последовательности. Можно задать тип шины генератора как колебание, PV или PQ.
Загрузите Параметры Потока Асинхронных Блоков Машины. Блок Asynchronous Machine требует спецификации механической энергии Pmec в вале машины.
Загрузите Параметры Потока Блоков Загрузки RLC. Можно задать блоки Three Phase RLC Load как постоянный импеданс (Z), постоянную степень PQ или постоянный ток (I).
Загрузите Параметры Потока Блоков Динамической нагрузки. Диалоговое окно блока Three-Phase Dynamic Load не имеет вкладки Load Flow. Загрузка всегда рассматривается как постоянную загрузку PQ. P и Q являются начальной активной и реактивной мощностью Po, Qo то, что вы задаете при помощи параметра Active and reactive power at initial voltage. Параметр Initial positive-sequence voltage Vo (Мэг и Фаза) обновляется согласно решению для потока загрузки.
Блоками потока загрузки является Simscape Electrical Специализированные блоки Энергосистем, в которых можно задать активную степень (P) и реактивная мощность (Q), чтобы решить поток загрузки в каждой фазе каждой шины. Они:
AC Voltage Source
Asynchronous Machine
Parallel RLC Load
Series RLC Load
Synchronous Machine
Three-Phase Dynamic Load
Three-Phase Parallel RLC Load
Three-Phase Series RLC Load
Three-Phase Source
Вы задаете P и Q во вкладке Load Flow диалоговых окон блока.
Загрузите Параметры Потока Однофазных и Трехфазных Источников. Однофазный блок AC Voltage Source позволяет управление своих сгенерированных или поглощенных степеней P и Q и своего терминального напряжения. Блок Three-Phase Source позволяет управление сгенерированных или поглощенных степеней P и Q и терминальных напряжений для каждой фазы (фаза A, B, и C). Для этих двух блоков можно задать тип генератора как колебание, PV или PQ.
Загрузите Параметры Потока Синхронной Машины. Блок Three-Phase Synchronous Machine позволяет управление своих сгенерированных или поглощенных степеней P и Q (общее количество фаз A, B, и C) и его напряжение терминала положительной последовательности. Можно задать тип генератора как PV или PQ.
Загрузите Параметры Потока Асинхронных Блоков Машины. Блок Asynchronous Machine требует спецификации механической энергии Pmec, разработанный в положительной последовательности в вале машины.
Загрузите Параметры Потока Блоков Загрузки RLC. Можно задать однофазные и трехфазные блоки RLC Load как постоянный импеданс (Z), постоянную степень PQ или постоянный ток (I). Можно соединить однофазную фазу к земле загрузок или от фазы к фазе. Можно соединить трехфазные загрузки, соединенные в Wye (основанный или плавающий) или дельта.
Загрузите Параметры Потока Блоков Динамической нагрузки. Диалоговое окно блока Three-Phase Dynamic Load не имеет вкладки Load Flow. Загрузка всегда рассматривается как постоянную загрузку PQ. P и Q являются начальной активной и реактивной мощностью Po, Qo то, что вы задаете при помощи параметра Active and reactive power at initial voltage. Параметр Initial positive-sequence voltage Vo (Мэг и Фаза) обновляется согласно решению для потока загрузки.
Используйте блок Load Flow Bus, чтобы задать шины в вашей модели.
Если вы выполняете поток загрузки положительной последовательности, вы соединяете блок Load Flow Bus параметром Connectors, заданным как single к любой фазе (A, B, или C) каждой загрузки текут блок в модели. Когда несколько блоков потока загрузки соединяются вместе в тех же узлах, только один блок Load Flow Bus требуется, чтобы идентифицировать шину.
Если вы выполняете несбалансированный поток загрузки, вы соединяете блок Load Flow Bus со всеми фазами каждого блока потока загрузки в модели. В зависимости от количества фаз необходимо задать соответствующий параметр Connectors путем выбора или трех коннекторов (ABC), два коннектора (AB, AC, или BC) или один коннектор (A, B, или C). Когда несколько блоков потока загрузки соединяются вместе в тех же узлах, только один блок Load Flow Bus требуется, чтобы идентифицировать шину. В отчете потока загрузки каждая шина идентифицирована ее параметром Bus identification, сопровождаемым _a, _b, или _c.
Эти примеры показывают использование блоков потока загрузки и блоков Load Flow Bus:
power_LFnetwork_5busпоказывает поток загрузки положительной последовательности в пяти магистральных системах.
power_13nodeTestFeeder показывает несбалансированный поток загрузки в 13 магистральных системах (соединение трехфазных, двухфазных, и однофазных шин).
В Командном окне введите power_LFnetwork_5bus получить доступ к модели, содержащей пять блоков Load Flow Bus и шесть блоков потока загрузки.
Блоки Load Flow Bus отображают оранжевым, и блоки потока загрузки отображают желтым.
Блоки Load Flow Bus задают базовые напряжения шины (номинальное напряжение RMS от фазы к фазе). Они также задают напряжение в шинах PV или напряжение и угол шин колебания. Если поток загрузки решен, блок Load Flow Bus отображает величину напряжения положительной последовательности шины и угол фазы как аннотации блока.
Тип шины (PV, PQ или колебание) определяется блоками потока загрузки, соединенными с шиной. Если у вас есть несколько блоков потока загрузки с различными типами (заданный в параметре Generator type или в параметре Load type) соединенный с той же шиной, инструмент Load Flow определяет получившийся тип шины (колебание, PQ или PV).
В power_LFnetwork_5bus пример, типы шины определяются можно следующим образом:
| Шина | Загрузите блоки потока | Получившийся тип шины |
|---|---|---|
| Трехфазный Источник на 120 кВ | колебание (Задайте напряжение и угол в блоке B120 Load Flow Bus.) |
| 13,8 kV 150 MVA Синхронная Машина 3 загрузки MW 2 Mvar RLC | PV (Задайте напряжение в блоке B13.8 Load Flow Bus.) |
| 10 МВт, 3 динамических нагрузки Mvar | PQ |
| Никакой блок потока загрузки | PQ |
| Асинхронный генератор 9 МВт | PQ (Загрузка Константа включена в матрицу проводимости Ybus.) |
Некоторые ограничения применяются, когда вы соединяете несколько исходных блоков и синхронных машин в той же шине:
Два генератора колебания не могут быть соединены параллельно.
Генератор колебания не может быть соединен параллельно с источником напряжения идеала PV.
Когда источник напряжения колебания с импедансом RL соединяется с генератором PV, шина колебания автоматически перемещена в идеальный исходный узел подключения напряжения позади исходного импеданса RL.
Только один генератор PV с конечными пределами Q может быть соединен в шине генерации. Однако у вас могут быть другие генераторы PQ и загрузки, соединенные на той же шине.
Для получения дополнительной информации о том, как использовать блок Load Flow Bus в вашей модели, смотрите страницу с описанием блока Load Flow Bus.
Если вы ввели параметры потока загрузки в блоки Load Flow Bus и в различные блоки потока загрузки, открываете инструмент потока загрузки путем нажатия кнопки Load Flow блока powergui. Инструмент отображает сводные данные данных о потоке загрузки модели. Приведенная ниже таблица показывает данные, найденные в power_LFnetwork_5bus модель.
Обратите внимание на то, что таблица содержит семь линий, тогда как существует только шесть блоков потока загрузки в модели. Это вызвано тем, что шина B25_2 не соединяется ни с каким блоком потока загрузки. Линия 5 добавлена в таблице для той конкретной шины, так, чтобы вы видели все шины, перечисленные вместе с их напряжением на шине. Эта шина будет рассмотрена в анализе потоков загрузки как шину PQ с нулем P и Q.
Первый столбец идентифицирует тип блока. Вторые отображения столбца тип шины загрузки текут блоки. Следующие четыре столбца дают идентификационную метку шины, базовое напряжение шины, ссылочное напряжение (в pu базового напряжения) и угол напряжения шины потока загрузки, где блок соединяется. Следующие столбцы являются P и значениями Q, заданными во вкладке Load Flow блоков.
Последние пять столбцов отображают текущее решение для потока загрузки, а также полное имя блока блока потока загрузки. На данный момент поток загрузки еще не был выполнен, и столбцы отображают нулевые значения.
Параметры потока загрузки во вкладке Preferences Powergui используются, чтобы создать матрицу проводимости сети Ybus и решить поток загрузки. Основная степень используется, чтобы задать модули нормированной матрицы Ybus в базовых напряжениях шины и pu/Pbase. power_LFnetwork_5bus модель содержит пять шин; следовательно, матрица Ybus будет 5x5 комплексная матрица, оцененная на частоте, заданной параметром Frequency (Hz).
Алгоритм потока загрузки использует итеративное решение на основе метода Ньютона-Raphson. Параметр Max iterations задает максимальное количество итераций. Алгоритм потока загрузки выполнит итерации, пока несоответствие P и Q в каждой шине не ниже, чем параметр PQ tolerance (в pu/Pbase). Несоответствие степени задано как различие между сетевой степенью, введенной в шину генераторами и загрузками PQ и степенью, переданной на всех ссылках, оставив ту шину.
Чтобы избежать плохо обусловленной матрицы Ybus, необходимо выбрать значение параметров Base power в области значений номинальных степеней и загрузок, соединенных с сетью. Для сети связи с напряжениями в пределах от от 120 кВ до 765 кВ обычно выбираются 100 основ MVA. Для распределительной сети или для маленького объекта, состоящего из генераторов, двигателей и загрузок, имеющих номинальную силу в области значений сотен киловатт, лучше адаптируется 1 политическая поддержка MVA.
Чтобы решить поток загрузки, нажмите кнопку Compute. Решение для потока загрузки затем отображено в последних пяти столбцах таблицы.
Чтобы отобразить отчет потока загрузки, показывающий степень, текущую в каждой шине, нажмите кнопку Report. Можно также сохранить этот отчет в файле путем определения имени файла в подсказке.
Отчет запускается с отображения сводных данных активных и реактивных мощностей, показ общего PQ совместного использования между генераторами (SM, и блоки типа Vsrc), загрузки PQ (PQ вводят загрузки RLC и загрузки DYN), шунтируйте постоянные загрузки Z (Z, вводят загрузки RLC и намагничивание ветвей преобразователей), и асинхронные загрузки машины (ASM):
The Load Flow converged in 2 iterations !
SUMMARY for subnetwork No 1
Total generation : P= 5.61 MW Q= 25.51 Mvar
Total PQ load : P= 13.00 MW Q= 5.00 Mvar
Total Zshunt load : P= 0.68 MW Q= -0.51 Mvar
Total ASM load : P= -8.90 MW Q= 4.38 Mvar
Total losses : P= 0.83 MW Q= 16.64 MvarTotal losses линия представляет различие между генерацией, и загрузки (тип PQ + Z вводят +ASM). Это поэтому представляет серийные потери. После этих сводных данных, напряжения и отчета степени представлен для каждой шины:
1 : B120 V= 1.020 pu/120kV 0.00 deg ; Swing bus
Generation : P= -114.39 MW Q= 62.76 Mvar
PQ_load : P= 0.00 MW Q= 0.00 Mvar
Z_shunt : P= 0.25 MW Q= 0.23 Mvar
--> B13.8 : P= -116.47 MW Q= 53.89 Mvar
--> B25_1 : P= 1.84 MW Q= 8.63 Mvar
2 : B13.8 V= 0.980 pu/13.8kV -23.81 deg
Generation : P= 120.00 MW Q= -37.25 Mvar
PQ_load : P= 3.00 MW Q= 2.00 Mvar
Z_shunt : P= 0.17 MW Q= 0.17 Mvar
--> B120 : P= 116.83 MW Q= -39.42 Mvar
3 : B25_1 V= 0.998 pu/25kV -30.22 deg
Generation : P= 0.00 MW Q= 0.00 Mvar
PQ_load : P= 10.00 MW Q= 3.00 Mvar
Z_shunt : P= 0.25 MW Q= 0.21 Mvar
--> B120 : P= -1.83 MW Q= -8.44 Mvar
--> B25_2 : P= -8.41 MW Q= 5.23 Mvar
4 : B25_2 V= 0.967 pu/25kV -20.85 deg
Generation : P= 0.00 MW Q= 0.00 Mvar
PQ_load : P= -0.00 MW Q= -0.00 Mvar
Z_shunt : P= 0.01 MW Q= -0.03 Mvar
--> B25_1 : P= 8.87 MW Q= -3.67 Mvar
--> B575 : P= -8.88 MW Q= 3.70 Mvar
5 : B575 V= 0.953 pu/0.575kV -18.51 deg
Generation : P= 0.00 MW Q= 0.00 Mvar
PQ_load : P= -0.00 MW Q= -0.00 Mvar
Z_shunt : P= 0.01 MW Q= -1.09 Mvar
--> ASM : P= -8.90 MW Q= 4.38 Mvar
--> B25_2 : P= 8.89 MW Q= -3.29 MvarДля каждой шины напряжение на шине и угол перечислены на первой линии. Следующие 3 линии дают PQ, сгенерированный в шине (весь SM и источники напряжения), PQ, поглощенный загрузками типа PQ и PQ, поглощенным загрузками типа Z.
Последние линии, которым предшествует стрела (-->), перечислите PQ, переданный, чтобы граничить с шинами, соединенными через линии, серийные импедансы и преобразователи, также степень, поглощенная ASM.
При выполнении анализа потоков загрузки вы, возможно, должны выполнить итерации на P, Q, V значений, пока вы не находите удовлетворительные напряжения во всех шинах. Это может потребовать, например, изменив произведенную энергию, степени загрузки или реактивную компенсацию шунта.
Чтобы изменить загрузку текут настройка, необходимо отредактировать параметры блоков потока загрузки и блоков Load Flow Bus. Затем нажмите кнопку Update, чтобы обновить данные о потоке загрузки, отображенные таблицей. Предыдущее решение для потока загрузки затем удалено из таблицы. Нажмите кнопку Compute, чтобы получить новое решение для потока загрузки, соответствующее изменениям, которые вы внесли.
Если вы получили удовлетворительный поток загрузки, необходимо обновить начальные условия модели согласно решению для потока загрузки. Нажмите кнопку Apply to Model, чтобы инициализировать блоки машины модели, а также начальные условия регуляторов, соединенных с машинами.
Откройте блок Three-Phase Parallel RLC Load, соединенный в шине B13.8. Когда Load type, заданный во вкладке Load Flow, является постоянным PQ, номинальное напряжение этого блока было изменено на соответствующее напряжение на шине 0.98 pu. Параметр Nominal phase-phase voltage устанавливается на (13800)*0.98.
Откройте блок Three-Phase Dynamic Load, соединенный в B25_1bus. Initial positive-sequence voltage Vo установлен в [0.998241 pu -30.2228 deg].
Обратите внимание на то, что величины напряжения и углы, полученные в каждой шине, были записаны как аннотации блока под блоками Шины Потока Загрузки.
Откройте осциллограф и запустите симуляцию.
Блок Three-Phase Fault был запрограммирован, чтобы применить отказ с шестью циклами в шине B120.
Наблюдайте формы волны SM активная степень, SM и скорости ASM и PQ загрузки DYN, и заметьте, что симуляция запускается в устойчивом состоянии.
В командной строке введите power_13NodeTestFeeder, чтобы открыть модель, содержащую 12 блоков Load Flow Bus и 13 блоков потока загрузки. Эта модель является сетью сравнительного теста, взятой из “Радиального Аналитического Отчета Подкомиссии Системы распределения” Фидера Критерия согласия, Общества Энергетики, страниц 908-912, 2001.
Исходная система сравнительного теста содержит 13 узлов. Однако, когда power_13NodeTestFeeder модель не включает преобразователь регулирования, она содержит только 12 узлов.
Блоки Load Flow Bus отображают оранжевым, и блоки Load Flow отображают желтым.
Блоки Load Flow Bus задают базовые напряжения шины (номинальное напряжение RMS фазы к земле). Они задают напряжение в шинах PV или напряжение и угол шин колебания. Если поток загрузки решен, блок Load Flow Bus отображает величину напряжения на шине и угол фазы как аннотации блока.
По умолчанию аннотации блока установлены во вкладке Block Annotation свойств блока Load Flow Bus отобразить фазу величина (<VLF> параметр) и фазу угол (<angleLF> параметр). Чтобы отобразить величину фазы B и угол, задайте <VLFb> и <angleLFb>, соответственно. Чтобы отобразить величину фазы C и угол, задайте <VLFc> и <angleLFc>, соответственно.
Можно также удалить некоторые аннотации блока. В power_13NodeTestFeeder пример, только идентификация шины отображена (<ID> параметр).
Тип шины (PV, PQ или колебание) определяется блоками потока загрузки, соединенными с шиной. Если у вас есть несколько блоков потока загрузки с различными типами (заданный в параметре типа Генератора или в параметре типа Загрузки) соединенный с той же шиной, инструмент Load Flow определяет получившийся тип шины (колебание, PQ или PV). Таблица показывает, как типы шины определяются для некоторых шин модели power_13NodeTestFeeder примера.
| Шина | Загрузите блоки потока | Получившийся тип шины |
|---|---|---|
632 | 4 160-вольтовое колебание | 632_a=swing V=1.0210 pu-2.49 градуса. (Напряжения и углы заданы в ‘632’ блок Load Flow Bus), |
633 | Никакой блок потока загрузки | PQ |
634 | 634 блока загрузки Yg PQ | PQ |
646 | 646_Z загружают блок | PQ (Загрузки Константа включены в матрицу проводимости Ybus.) |
675 | 675 загрузок Yg PQ 675 Yg Z загрузка | PQ (Загрузки Константа включены в матрицу проводимости Ybus.) |
Некоторые ограничения применяются, когда у вас есть несколько исходных блоков и синхронных машин, соединенных с той же шиной потока загрузки:
Вы не можете соединить два генератора колебания параллельно.
Вы не можете соединить генератор колебания параллельно с источником напряжения идеала PV
Можно соединить только один генератор PV с конечными пределами Q в шине генерации. Однако у вас могут быть другие генераторы PQ и загрузки, соединенные на той же шине.
Для получения дополнительной информации о том, как использовать блок Load Flow Bus в вашей модели, смотрите блок Load Flow Bus.
Откройте Инструмент Потока Загрузки, чтобы Выполнить Анализ потоков Загрузки. Откройте инструмент Load Flow путем нажатия кнопки Load Flow в блоке powergui. Инструмент отображает список отдельных однофазных шин (одна шина на фазу) найденный в power_13NodeTestFeeder модели. В инструменте Load Flow еще не был выполнен поток загрузки, и V_LF и столбцы Vangle_LF отображают нулевые значения.
Параметры потока загрузки во вкладке Preferences Powergui используются, чтобы создать матрицу проводимости сети Ybus и решить поток загрузки. Основная степень используется, чтобы задать модули нормированной матрицы Ybus в базовых напряжениях шины и pu/Pbase. power_13NodeTestFeeder модель содержит 29 одну шин фазы; следовательно, матрица Ybus 29x29 комплексная матрица, оцененная на частоте, заданной параметром Frequency (Hz).
Алгоритм потока загрузки использует итеративное решение на основе метода Ньютона-Raphson. Параметр Max iterations задает максимальное количество итераций. Алгоритм потока загрузки выполняет итерации, пока несоответствие P и Q в каждой шине не ниже, чем параметр PQ tolerance (в pu/Pbase). Несоответствие степени задано как различие между сетевой степенью, введенной в шину генераторами и загрузками PQ и степенью, переданной на всех ссылках, оставив ту шину.
Чтобы избежать плохо обусловленной матрицы Ybus, выберите значение параметров Base power в области значений номинальных степеней и загрузок, соединенных с сетью. Для сети связи с напряжениями в пределах от от 120 кВ до 765 кВ обычно выбираются 100 основ MVA. Для распределительной сети с загрузками, имеющими номинальную силу в области значений десятков к сотням кВА, лучше адаптируются 100 кВА к 1 политической поддержке MVA.
Чтобы решить поток загрузки, нажмите Compute. Напряжение на шине и углы затем появляются в V_LF и столбцах Vangle_LF таблицы.
Чтобы отобразить отчет потока загрузки, показывающий поток энергии в каждой шине, нажмите Report. Можно также сохранить этот отчет в файле путем определения имени файла в подсказке.
Отчет запускается с отображения сводных данных активных и реактивных мощностей, показ общего PQ совместного использования между генераторами (SM - и блоки Vsrc-типа), загрузки PQ (загрузки PQ-type RLC, динамические нагрузки и асинхронные загрузки машины), шунтируйте постоянные загрузки Z (загрузки Z-type RLC и намагничивание ветвей преобразователей):
SUMMARY for subnetwork No 1
Total generation : P= 3518.74 kW Q= 1540.14 kvar
Total PQ load : P= 3101.90 kW Q= 1880.42 kvar
Total Zshunt load : P= 363.47 kW Q= -479.42 kvar
Total losses : P= 53.36 kW Q= 139.14 kvar
Total losses линия представляет различие между генерацией и загрузками (тип PQ + тип Zshunt). Это поэтому представляет серийные потери. После этих сводных данных, напряжения и отчета степени появляется для каждой шины. Для каждой фазы каждой шины напряжение на шине и угол перечислены на первой линии. Следующие три линии дают PQ, сгенерированный в шине (весь SM и источники напряжения), PQ, поглощенный загрузками типа PQ и PQ, поглощенным загрузками Z-типа. Последние линии, которым предшествует стрела (–>), перечисляют степень PQ, переданную на всех ссылках, оставляя ту шину.
Последний столбец дает напряжению на шине положительной последовательности V1 (величина и угол, только для трехфазных шин) и сумма степеней PQ для всех фаз (PQ, сгенерированный источниками, PQ, поглощенный загрузками и PQ, переданным через преобразователи, линии и серийные импедансы). Например, можно проверить, что общая загрузка PQ, поглощенная в шине 634 (P = 400 кВт Q = 290 kvar), соответствует сумме активных и реактивных мощностей, заданных для фаз A, B, и C в блоке загрузки.
Примените Решение для Потока Загрузки Своей Модели. При выполнении анализа потоков загрузки вы можете должны быть попробовать различный P, Q, и V значений, пока вы не находите удовлетворительные напряжения во всех шинах. Это может потребовать, например, изменив произведенную энергию, степени загрузки или реактивную компенсацию шунта.
Чтобы изменить загрузку текут настройка, необходимо отредактировать параметры блоков потока загрузки и блоков Load Flow Bus. Затем нажмите Update, чтобы обновить данные о потоке загрузки, отображенные таблицей. Нажмите Compute, чтобы получить новое решение для потока загрузки, соответствующее изменениям, которые вы внесли.
Если у вас есть удовлетворительный поток загрузки, необходимо обновить начальные условия модели согласно решению для потока загрузки. Нажмите Apply to Model, чтобы инициализировать блоки загрузки PQ-типа, исходный блок внутренние напряжения, блоки машины, а также начальные условия связанных регуляторов.
Откройте блок Three-Phase Series RLC Load, соединенный в шине 632. Когда Load type, заданный во вкладке Load Flow, является постоянным PQ, вектор Nominal phase-to-neutral voltages [Va Vb Vc] этого блока был изменен на соответствующее напряжение на шине [1.021 1.042 1.0174]*2401.78 Vrms. Откройте блок Three-Phase Source, соединенный в шине 632. Параметр Line-to neutral voltages [Va Vb Vc] также устанавливается на [1.021 1.042 1.0174]*2401.78 Vrms.
Откройте подсистему Результатов Потока энергии и запустите симуляцию.
Наблюдайте величины напряжения, и PQ включает различные блоки Display. Эти значения соответствуют значениям, отображенным в отчете потока загрузки.
Как альтернатива использованию инструмента Load Flow взаимодействуют через интерфейс, чтобы выполнить поток загрузки, можно использовать инструмент в командной строке. Например, чтобы выполнить положительную последовательность загружают поток на power_LFnetwork_5bus модель, введите:
LF = power_loadflow('-v2','power_LFnetwork_5bus','solve')
LF =
model: 'power_LFnetwork_5bus'
frequency: 60
basePower: 100000000
tolerance: 0.0001
Ybus1: [5x5 double]
bus: [1x7 struct]
sm: [1x1 struct]
asm: [1x1 struct]
vsrc: [1x1 struct]
pqload: [1x1 struct]
rlcload: [1x2 struct]
Networks: [1x1 struct]
status: 1
iterations: 2
error: ''
LoadFlowSolver: 'PositiveSequence'
power_loadflow функция возвращает решение в структуре LF, и модель инициализируется, чтобы запуститься в устойчивом состоянии. Можно получить подробный отчет потока загрузки путем ввода:
LF = power_loadflow('-v2','power_LFnetwork_5bus','solve','report');Функция предлагает вам сохранять отчет в файле, который отображен в редакторе MATLAB®.
Можно использовать ту же команду, чтобы выполнить несбалансированный поток загрузки на power_13NodeTestFeeder модель:
LF = power_loadflow('-v2','power_13NodeTestFeeder','solve')
LF =
model: 'power_13NodeTestFeeder'
frequency: 60
basePower: 100000
tolerance: 0.0001
Ybus: [29x29 double]
bus: [1x29 struct]
sm: [1x1 struct]
asm: [1x1 struct]
vsrc: [1x1 struct]
pqload: [1x1 struct]
rlcload: [1x1 struct]
Networks: [1x1 struct]
status: 1
iterations: 3
error: ''
LoadFlowSolver: 'Unbalanced'
Для получения дополнительной информации о том, как использовать power_loadflow функционируйте в своем коде и для получения дальнейшей информации на структуре LF, смотрите power_loadflow.
До сих пор вы симулировали относительно простую энергосистему, состоящую максимум из трех машин. Если вы увеличиваете сложность своей сети путем добавления дополнительных линий, загрузок, преобразователей и машин, необходимое время симуляции становится более длинным и более длинным. Кроме того, если вы интересуетесь медленными электромеханическими режимами колебания (обычно между 0,02 Гц и 2 Гц в больших системах), вам придется симулировать в течение нескольких десятков секунд, подразумевая времена симуляции минут и даже часов. Обычный непрерывный или дискретный метод решения поэтому не практичен для исследований устойчивости, включающих низкочастотные режимы колебания. Чтобы позволить такие исследования, необходимо использовать метод фазовращателя (см. Представление Метода Симуляции Phasor).
Для исследования устойчивости мы не интересуемся быстрыми режимами колебания, следующими из взаимодействия линейного R, L, C линии распределенного параметра и элементы. Эти режимы колебания, которые обычно располагаются выше основной частоты 50 Гц или 60 Гц, не вмешиваются в медленные режимы машины и постоянные времени регулятора. В методе решения для фазовращателя эти быстрые режимы проигнорированы, заменив дифференциальные уравнения сети набором алгебраических уравнений. Модель в пространстве состояний сети поэтому заменяется передаточной функцией, оцененной на основной частоте и имеющих отношение входных параметрах (текущий введенный машинами в сеть) и выходные параметры (напряжения на терминалах машины). Метод решения для фазовращателя использует уменьшаемую модель в пространстве состояний, состоящую из медленных состояний машин, турбин и регуляторов, таким образом существенно уменьшая необходимое время симуляции. Решатели шага непрерывной переменной очень эффективны в решении этого типа проблемы. Рекомендуемым решателем является ode23tb временной шаг имеющий одного цикла основной частоты (1/60 s или 1/50 s).
Теперь примените метод решения для фазовращателя к системе 2D машины, которую вы только что симулировали с условным методом. Откройте power_machines пример.
В блоке powergui, набор Simulation type к Phasor. Укажите, что основная частота раньше решала алгебраические сетевые уравнения. Введите 60 в поле Frequency. Обратите внимание на то, что слова Phasor 60 Hz теперь появитесь на значке Powergui, указав, что этот новый метод используется, чтобы симулировать вашу схему. Чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии, необходимо сначала повторить процедуру инициализации машины, объясненную в предыдущем разделе, Инструменте Инициализации Машины.
Во вкладке Simulation нажмите Model Settings. Выберите Solver, затем расширьте Solver details. Задайте Max step size 1/60 s (один цикл) и запускают симуляцию.
Заметьте, что симуляция теперь намного быстрее. Результаты соответствуют хорошо полученным с симуляцией непрерывного режима. Сравнение синхронной машины и асинхронных сигналов машины показывают ниже.
Сравнение результатов для непрерывных и методов симуляции Phasor
Метод решения для фазовращателя проиллюстрирован в более комплексных сетях, представленных как следующие примеры:
Переходная устойчивость двух машин со стабилизаторами энергосистемы (PSS) и статического компенсатора var (SVC) (power_svc_pss модель)
Производительность трех стабилизаторов энергосистемы для колебаний межобласти (power_PSS модель)
Первый пример иллюстрирует удар PSS и использование SVC, чтобы стабилизировать систему 2D машины. Второй пример сравнивает производительность трех различных типов стабилизаторов энергосистемы в системе 2D области с четырьмя машинами.
Метод решения для фазовращателя также используется в моделях FACTS. Смотрите, что тематические исследования Улучшают Переходную Устойчивость Используя SVC и PSS и Поток энергии Управления Используя UPFC и PST.