Simscape™ Electrical™ может выполнить поток энергии, или поток загрузки, анализ для системы передачи электроэнергии AC, смоделированной с помощью Simscape трехфазная электрическая область. Анализ потоков загрузки позволяет вам определять величины напряжения, углы фазы напряжения, активную степень и реактивную мощность электрической системы в установившейся операции.
Для данной установившейся рабочей точки данные потока загрузки показывают:
Величина напряжения и угол фазы напряжения в каждой шине
Генерация активной и реактивной мощности для каждого генератора, который предоставляет сетку
Активная и реактивная мощность, которая течет к каждой загрузке, которая помещает спрос на сетку
Можно использовать данные, чтобы определить идеальные условия работы или оценить ответ системы к гипотетическим ситуациям. Например, если вы знаете активную и реактивную мощность в каждой линии электропередачи, можно определить, могут ли остающиеся линии обработать дополнительную загрузку, которая происходит, когда одна или несколько линий электропередачи идут оффлайн.
Можно также использовать данные, чтобы вычислить линию электропередачи или системные потери и исследовать полный профиль напряжения сети. Исследование этих атрибутов может помочь вам определить, нужна ли системе компенсация реактивной мощности, чтобы преодолеть уровни низкого напряжения.
Чтобы определить установившееся решение потока загрузки для трехфазной сети с помощью Simscape Electrical, модель должна быть:
Совместимый с и сконфигурированный для частоты Simscape и режима симуляции времени. Для получения дополнительной информации смотрите Режим Симуляции Частоты и Времени и Solver Configuration.
Загрузка сбалансирована. Уровень приближения анализа потоков загрузки зависит от того, насколько сбалансированный система и уровень гармоник, которые присутствуют.
Enabled для регистрации данных Simscape. Для сложных моделей или долгих запусков симуляции, можно улучшать производительность симуляции путем включения регистрации данных для выбранных блоков при помощи локальных настроек решателя. Для анализа потоков загрузки регистрация данных требуется только для блоков Busbar. Для получения дополнительной информации смотрите, Включают Регистрацию данных для Целой Модели и Данных логов для Выбранных Блоков Только.
В электрической системе передачи коннектор собирательной шины или шина, является вертикальной линией, которая соединяет компоненты степени, такие как генераторы, загрузки и трансформаторы. Чтобы представлять шины, библиотека Simscape> Electrical> Connectors & References обеспечивает блок Busbar.
Необходимо выбрать правильный трехфазный источник напряжения для модели, чтобы провести анализ потоков загрузки. Какой источник, который вы выбираете, зависит от того, хотите ли вы приоритизировать точность симуляции или эффективность. Баланс между точностью симуляции и эффективностью зависит, частично, на блоках, которые вы используете, чтобы представлять источники напряжения в вашей аналитической модели. Точность симуляции является мерой точности модели, то есть, как тесно результаты симуляции соглашаются с математическими и эмпирическими моделями. В то время как точность модели увеличивается, также - вычислительная стоимость симуляции. Когда вычислительная стоимость увеличивается, скорость симуляции, уменьшения. С другой стороны, когда точность модели уменьшается, увеличения скорости симуляции.
Приоритизируйте Точность Модели при помощи Блоков Машины. Чтобы приоритизировать точность модели по скорости симуляции, представляйте источники напряжения при помощи индукции или синхронных блоков машины. Для моделирования асинхронных машин библиотека Simscape> Electrical> Electromechanical> Asynchronous Machines обеспечивает и Induction Machine Squirrel Cage и блоки Induction Machine Wound Rotor. Для моделирования синхронных машин библиотека Simscape> Electrical> Electromechanical> Synchronous Machines обеспечивает Synchronous Machine Model 2.1, Synchronous Machine Round Rotor и блоки Synchronous Machine Salient Pole.
Приоритизируйте Скорость симуляции при помощи Блоков Load Flow Source. Для более быстрой симуляции, но более низкой модели точности, представляют источники напряжения в вашей аналитической модели при помощи блока Load Flow Source из библиотеки Simscape> Electrical> Sources. Блок Load Flow Source предоставляет или идеализированный или текущий зависимый источник напряжения. Напряжение может содержать серийный импеданс или может действовать как источник для колебания, PV или шины PQ.
Чтобы исследовать данные потока загрузки на трехфазную модель трансмиссии Simscape Electrical, которая совместима с разовым частотой режимом симуляции:
Включите регистрацию данных Simscape.
Параметрируйте источники напряжения.
В начале анализа потоков загрузки переменные уравнения за потери линии электропередачи неизвестны. В то время как неизвестные переменные решаются, шины балансируют потери путем обеспечения или поглощения активной и реактивной мощности. Для каждой шины существует четыре переменные:
P Активная степень
Q Реактивная мощность
V Напряжение
θ — Phase angle
Две из переменных известны, и два неизвестны. То, какие переменные известны и которое неизвестно, зависит от активно управляемых трехфазных источников и загрузок, которые соединяются с собирательной шиной. Настройки исходного блока напряжения определяют, какие типы шины используются в анализе потоков загрузки. Можно включать больше чем один тип шины в модель. Опции типа шины:
Шина Swing — колебание, слабая, или ссылочная, шина балансирует активную и реактивную мощность в системе. Слабая шина служит угловой ссылкой для других шин в системе. Угол фазы шины колебания составляет 0 °, и величина напряжения задана. Типичным значением является 1
pu. В начале анализа потоков загрузки P и Q являются неизвестными переменными для этой шины.
Шина PV — PV (или генератор) шина балансирует активную и реактивную мощность в системе путем подачи постоянного, активного питания и напряжения. В начале анализа потоков загрузки θ и Q являются неизвестными переменными для этой шины.
Шина PQ — PQ (или загрузка) шина определяет сумму активной и реактивной энергии, которая потреблена. В начале анализа потоков загрузки V и θ являются неизвестными переменными для этой шины.
Если ваша модель содержит один или несколько:
Блоки Load Flow Source — Для каждого блока, для Исходного параметра типа, устанавливают тип шины на одну из этих опций:
Swing bus
PV bus
PQ bus
Задайте связанные параметры, которые отличаются, в зависимости от которого типа шины вы выбираете.
Чтобы избежать симуляции выходят из-за неоптимального минимума для PV или шин PQ, в настройках Expected Ranges, задают минимальные и максимальные значения для параметра Internal source phase search range.
Блоки асинхронной машины — Для каждого блока, задайте приоритет и начинающиеся значения для блока с помощью настроек Variables. В настройках Main, установленных параметр Initialization option на Set targets for load flow variables. В настройках Variables выберите Priority и задайте Beginning Value для:
Slip
Real power generated
Mechanical power consumed
Для больше на информации об установке начальных целевых значений при помощи настроек Variables, смотрите Приоритет Набора и Начальную Цель для Переменных в блоках.
Чтобы полностью задать начальное условие, необходимо включать ограничение инициализации в форме высокоприоритетного целевого значения. Например, если ваша асинхронная машина соединяется с блоком Inertia, начальное условие для асинхронной машины полностью задано, если в настройках Variables блока Inertia Priority для Rotational velocity установлен в High. В качестве альтернативы вы могли установить Priority на None для блока Inertia Rotational velocity, и вместо этого набор Priority для блока Slip асинхронной машины, Real power generated или Mechanical power consumed к High.
Синхронные блоки машины — Для каждого блока, задайте тип шины и начинающиеся значения с помощью настроек Initial Conditions. Доступные цели параметра зависят от того, сконфигурирован ли блок для колебания, PV или шины PQ. В настройках Initial Conditions:
Установите параметр Initialization option на Set targets for load flow variables.
Выберите шину для параметра Source type.
Задайте значения для связанного параметра шины.
Чтобы избежать симуляции выходят из-за неоптимального минимума, в настройках Expected ranges, задают минимальные и максимальные значения для параметра Internal source phase search range.
Сконфигурируйте каждый блок Busbar:
Установите Number of connections на 2, 3, или 4.
Задайте напряжение и частоту, чтобы совпадать с заданными значениями связанного исходного блока напряжения.
Чтобы просмотреть данные потока загрузки с помощью блока Scope, осушите дополнительные порты измерения на блоке Busbar:
Чтобы отсоединить порты Vt и ph, установите Measurement ports на Yes.
Чтобы отсоединить порты P и Q, установите Measurement ports на Yes.
Соедините блоки Scope и Busbar.
Сконфигурируйте блок Solver Configuration. Установите Equation formulation на Frequency and time.
Симулируйте модель.
После симуляции можно просмотреть результаты потока загрузки в аннотации блока Busbar и в данных о регистрации Simscape что выходные параметры модели к рабочей области MATLAB®.
Для примеров, которые показывают, как выполнить анализ потоков загрузки, см.:
Можно использовать данные из анализа потоков загрузки, чтобы правильно инициализировать трехфазную индукцию и синхронные блоки машины. Для примеров см.:
Если ваша модель сконфигурирована для анализа потока энергии, можно также использовать Load-Flow Analyzer, чтобы выполнить поток энергии, или поток загрузки, анализ для трехфазной системы передачи электроэнергии AC. Инструмент генерирует две таблицы. Приложение генерирует две таблицы. Одна из таблиц содержит данные для сетевых узлов, как представлено Busbar, Load Flow Source, синхронной машиной, асинхронной машиной и трехфазными блоками загрузки. Другая таблица содержит данные для сетевых подключений, как представлено линиями электропередачи, кабелем и блоками трансформатора. Когда вы открываете инструмент, таблицы предварительно загружены с заданными значениями параметров для соответствующих блоков в токе или задали модель. После того, как вы запустите анализ потока энергии, таблицы также показывают установившиеся величины напряжения, углы фазы напряжения, активную степень и реактивную мощность для блоков связи и узла.
Приложение Load-Flow Analyzer позволяет вам:
Запустите анализ потоков загрузки.
Подсветите и обновите входные значения параметров блоков потока загрузки для собирательной шины, загрузите источник потока, синхронную машину, асинхронную машину и трехфазные блоки загрузки.
Измените тип шины источника потока загрузки, синхронной машины и блоков асинхронной машины.
Выберите и подсветите узел и блоки связи в модели.
Сортировка столбцов в таблицах путем увеличения или уменьшения значений.
Экспортируйте данные в электронную таблицу, MAT-файл или файлы разделенной от запятой переменной (CSV).
Если вы сталкиваетесь с проблемами при симуляции модели потока загрузки, применяете эти меры по поиску и устранению неисправностей. Тестирование вашей модели потока загрузки инкрементно может помочь вам постараться не задавать нефизические требования потока загрузки.
Включая внутренний исходный импеданс для блока Load Flow Source, когда параметр Source type блока устанавливается на Swing bus, PV bus, или PQ bus может предотвратить сходимость инициализации. Чтобы решить любые вопросы сходимости, используйте один из этих методов:
Ограничьте область значений решения путем определения значения для Внутреннего исходного параметра области значений поиска фазы.
Пропустите исходный импеданс.
Смоделируйте импеданс внешне от блока Load Flow Source.
Если вы инициализируете синхронный блок машины для анализа потоков загрузки, блок решает все Преобразованные в парк переменные потока и механические переменные для устойчивого состояния. Однако неправильная инициализация автоматического регулятора напряжения (AVR) или регулятора может привести к переходному процессу цепи возбуждения или начальному ускорению ротора. Решать эти вопросы:
Определите значения инициализации для полевого напряжения и крутящего момента.
Запустите анализ потоков загрузки при помощи аппроксимированных значений для AVR и регулятора и настроек.
Обратите внимание на эти значения в результатах потока загрузки, о которых сообщает смежный блок Busbar:
Величина напряжения
Phase angle
Сгенерированная действительная мощность
Произведенная реактивная энергия
Для синхронного блока машины, в настройках Initial Conditions, устанавливает параметр Initialization option на Set real power, reactive power, terminal voltage, and terminal phase.
Задайте эти параметры с помощью значений от результатов потока загрузки:
Terminal voltage magnitude
Terminal voltage angle
Terminal active power
Terminal reactive power
Распечатайте необходимые начальные условия для AVR и регулятора к рабочему пространству MATLAB. Щелкните правой кнопкой по блоку машины и, из контекстного меню, выберите Electrical> Display Associated Initial Conditions. Соответствующие данные являются напряжением цепи возбуждения, si_efd0, и механическим крутящим моментом, si_torque0.
Задайте AVR и начальные условия регулятора с помощью расчетных начальных значений условия.
Например, таблица показывает аннотируемые данные для блока Busbar, который является рядом с блоком Synchronous Machine Salient Pole в ee_loadflow_sm_initialization, модель для Синхронной Инициализации Машины с примером Loadflow. Если вы открываете блок Synchronous Machine Salient Pole, кликните по настройкам Initial Conditions и установите параметр Initialization option на Set real power, reactive power, terminal voltage, and terminal phase, можно заметить, что заданные значения параметров равны значениям симуляции потока загрузки.
Примечание
Заданные значения параметров были уже введены, чтобы совпадать с результатами потока загрузки для этой модели.
| Физическое количество | Значение симуляции потока загрузки | Синхронное название параметра начальных условий блока машины | Синхронное значение параметров начальных условий блока машины |
|---|---|---|---|
| Величина напряжения | 1.020 pu | Terminal voltage magnitude | 13.8*1.02 |
| Phase angle | 0,00 градуса | Terminal voltage angle | 0 |
| Сгенерированная действительная мощность | 31.2 MW | Terminal active power |
|
| Произведенная реактивная энергия | 10.4 Mvar | Terminal reactive power |
|
Если вы распечатываете данные к командной строке, si_torque0 и данные si_efd0 распечатаны под Initial conditions required for steady-state (SI):
Initial conditions required for steady-state (SI):
si_efd0 = 85.4468 : V % Field circuit voltage
si_ifd0 = 1168.87 : A % Field circuit current
si_torque0 = 828709 : Nm % Mechanical torque
si_Pm0 = 3.12416e+07 : W % Mechanical powerЧтобы инициализировать правильно, задайте 85.4468
V как значение для полевого источника напряжения и 828709
Nm как значение для
блока Shaft torque Constant, который соединяется с блоком Ideal Torque Source.
Часто существует несколько решений набора целей потока загрузки, заданных при инициализации AC электрическая сеть. Например, для PV соединяют шиной источник, где вы задаете активную степень и напряжение, существует два решения для реактивной мощности. Для требуемого решения величина реактивной мощности обычно меньше заданной активной величины степени. Для нежелательного решения величина реактивной мощности намного больше, чем активная величина степени.
Если инициализация возвращает нежелательное решение, реконфигурируйте Load Flow Source, или синхронная машина блокируют и увеличивают значение для минимального контура параметра Internal source range search range. Для блока Load Flow Source параметр находится в настройках Expected Ranges. Для синхронных блоков машины параметр находится в настройках Initial Conditions.
Симуляция может остановить и сгенерировать ошибку, если, чтобы удовлетворить требованиям активной и реактивной мощности, оптимизация уменьшает напряжение блока Busbar к точке, где решение ближе к нежелательному локальному минимуму вокруг нулевого напряжения собирательной шины, чем к желаемому решению для потока загрузки. Чтобы предотвратить этот тип проблемы, реконфигурируйте Load Flow Source или синхронные блоки машины и увеличьте значение параметра Minimum voltage (pu). Для блока Load Flow Source параметр находится в настройках Expected Ranges. Для синхронных блоков машины параметр находится в настройках Initial Conditions.
Можно только выполнить анализ потоков загрузки при помощи частоты и режима симуляции времени. Замените любые блоки, которые не совместимы с частотой и режимом симуляции времени. Для получения дополнительной информации смотрите Режим Симуляции Частоты и Времени.