Exponenta Banner
exponenta event banner

Основные принципы SI синхронной машины

Моделирование динамики трехфазной круглороторной или явно полюсной синхронной машины с использованием фундаментальных параметров в блоках СИ

развернуть все на странице
  • Библиотека:

  • Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электрические Машины

  • Synchronous Machine SI Fundamental block

Описание

Основной блок Synchronous Machine SI моделирует синхронную машину в режиме генератора или двигателя с использованием основных параметров в единицах СИ. Режим работы диктуется признаком механической мощности (положительной для режима генератора или отрицательной для режима двигателя). Электрическая часть машины представлена моделью пространства состояния шестого порядка, а механическая часть такая же, как в блоке упрощенной синхронной машины.

Модель учитывает динамику обмоток статора, поля и демпфера. Эквивалентная схема модели представлена в опорной рамке ротора (qd-рамке). Обмотки статора соединены трепом с внутренней нейтральной точкой. Все параметры ротора и электрические величины просматриваются со статора и идентифицируются по заполненным переменным. Подстрочные индексы:

  • d, q - количество по осям d- и q

  • R, s - Количество ротора и статора

  • l, m - Индуктивность утечки и намагничивания

  • f, k - Количество обмоток возбуждения и демпфера

Электрическая модель машины показана на этих схемах.

Динамическая модель с неравной взаимной индуктивностью

Традиционная теория синхронного моделирования машин для анализа устойчивости предполагает, что взаимные индуктивности между якорем, демпфером и полем на обмотках с прямой осью идентичны. Обычно обмотки демпфера находятся вблизи воздушного зазора, и в результате схемы демпфера, связывающие поток, почти равны якорю, связывающему поток. Эта гипотеза дает приемлемые результаты для широкого спектра исследований стабильности, особенно на стороне сети. Однако, когда речь идет о текущих полевых исследованиях, существует значительная ошибка. Эквивалентная схемная динамическая модель синхронной машины может включать в себя дополнительную индуктивность, представляющую разность между взаимными индуктивами «поле-демпфер» и «поле-якорь» на оси D [1]. Эта индуктивность обычно называется индуктивностью Каная. Индуктивность Каная соответствует потоку утечки, ФС, на следующем рисунке и интерпретируется как корректирующий элемент в эквивалентной модели, который может иметь отрицательное значение [2].

В стандарте IEEE 1110-2002 [3] представлены прямые и квадратичные оси динамической модели синхронной машины, как показано на диаграммах.

Соответствующими уравнениями являются:

Vd=−idRs−ωψq+dψddtVq=−iqRs+ωψd+dψqdtV0=−i0R0+dψ0dtVfd=dψfddt+Rfdifd0=dψkddt+Rkdikd0=dψkq1dt+Rkq1ikq10=dψkq2dt+Rkq2ikq2[ψdψkdψfd]=[L+mdLlLmdLmdLmdLlkd+ Lf1d + LmdLf1d + LmdLmdLf1d + LmdLlfd + Lf1d + Lmd] [−idikdifd][ψqψkq1ψkq2] = [Lmq+LlLmqLmqLmqLmq+Lkq1LmqLmqLmqLmq+Lkq2][−iqikq1ikq2]

Базовые значения, коэффициент преобразования и параметры ротора, относящиеся к статору

Блок Synchronous Machine SI Fundamental позволяет задать основные параметры синхронной машины. Параметры обмотки поля и демпфера (сопротивления, индуктивности утечки и взаимные индуктивности) вводятся в SI (Λ, H). Параметры RL обмоток возбуждения и демпфера являются не фактическими значениями RL поля машины, а значениями RL, относящимися к статору.

Базовые значения статора

В этой таблице отображаются базовые значения статора.

Vsbase = Vn23

Напряжение базового статора = пиковое номинальное напряжение линии-нейтрали (В)

Isbase = Pn2Vn3

Ток базового статора (A)

Zsbase = VsbaseIsbase = Vn2Pn

Импеданс основного статора (Λ)

λ base = 2δ fn

Базовая угловая частота (рад/с)

Lsbase = Zsbaseü base

Индуктивность основного статора (H)

где:

  • Pn - трехфазная номинальная мощность (VA).

  • Vn - номинальное межлинейное напряжение (Vrms).

  • fn - номинальная частота (Гц).

  • ifn - номинальный ток поля, вырабатывающий номинальное напряжение статора при отсутствии нагрузки (A).

В блоке задаются следующие параметры статора:

RSСопротивление статора на фазу (Λ)
LlИндуктивность утечки статора (H)
LmdИндуктивность намагничивания по прямой оси от статора (Н)
LmqКвадратурная индуктивность намагничивания со статора (H)
Коэффициент преобразования статора/поля

На этом рисунке показана одна фаза обмотки статора, соединенной с обмоткой возбуждения.

На схеме:

  • Ns и Nf - эквивалентное число синусоидально распределенных витков обмотки статора и обмотки поля соответственно.

  • Rs и L1 - сопротивление статора и индуктивность утечки.

  • Rf ′ и Llfd ′ являются сопротивлением поля и индуктивностью утечки.

Когда три обмотки статора запитаны напряжением трехфазной положительной последовательности и обмотка возбуждения разомкнута, индуктивность намагничивания статора равна Lmd. Однако, когда под напряжением находится только одна фаза и обмотка возбуждения разомкнута, индуктивность намагничивания составляет 2/3 Lmd, как показано на рисунке.

При отсутствии нагрузки, когда обмотка поля вращается с номинальной скоростью и несет номинальный постоянный ток поля ifn, амплитуда напряжения переменного тока (пиковое значение), индуцированного на одной фазе статора, равна Vsbase.

Максимальная взаимная индуктивность между одной обмоткой статора и обмоткой возбуждения получается при совмещении двух обмоток и определяется:

Lsfd = 23LmdNfNs = Vsbaseifn startbase

из чего выводим коэффициент трансформации:

NsNf = 23Lmdifn startbaseVsbase.

Коэффициент трансформации может быть также выражен как:

NsNf = 23IfbaseIsbase,

где Ifbase - ток базового поля. В таблице показано, как вычислять базовые значения полей.

Ifbase = ifn Lmd_pu

Ток базового поля (A)

Vfbase = PnIfbase

Напряжение основного поля (В)

Zfbase = VfbaseIfbase

Импеданс основного поля (Λ)

Lfbase = Zfbaseü base

Индуктивность основного поля (H)

Фактические параметры поля:

  • Rf ′ - сопротивление поля (Λ)

  • Llfd ′ - индуктивность утечки поля (Н)

Полевое напряжение, ток и значения RL, относящиеся к статору

Можно задать параметры поля для сопротивления поля и индуктивности утечки, относящейся к статору (Rf, Llfd).

Если номинальный ток поля ifn известен, коэффициент преобразования Ns/Nf вычисляется с использованием того же уравнения, что и для коэффициента преобразования статор/поле.

По Краузе [4] напряжение поля и ток, относящийся к статору (Vf, If), выводятся из фактических значений Vf ′, If ′ следующим образом:

Vf = NsNfVf '

Если = 23NfNsIf'

Когда известны фактическое сопротивление поля Rf ′ и индуктивности утечки Llfd ′ (видимые из ротора), значения, относящиеся к статору:

Rf = 32Rf '(NsNf) 2

Llfd = 32Llfd '(NsNf) 2

Когда номинальный ток поля неизвестен и если известны значения pu сопротивления поля и индуктивностей утечки (Rf_pu, Llfd_pu), соответствующие значения SI, относящиеся к статору, вычисляются следующим образом:

Rf = Rf _ pu × Zsbase

Llfd = Llfd _ pu × Lsbase

Те же преобразования используются для параметров RL обмоток демпфера.

Напряжение и ток поля

При указании номинального тока поля сигнал на входном порте Vf соответствует фактическому напряжению поля, как в реальном времени. Ток поля, возвращаемый выходным сигналом измерения, также соответствует фактическому току поля If.

Номинальное полевое напряжение, создающее номинальное напряжение статора при отсутствии нагрузки, определяется:

efn = Rf '× ifn

Если номинальный ток поля не указан, сигнал на входном порте Vf соответствует фактическому напряжению поля статора. В этом случае номинальное напряжение поля, относящееся к статору, создающему номинальное напряжение статора при отсутствии нагрузки, составляет:

efn ( сторона статора) = Rf _ puLmd _ puVsbase = RfLmd startbaseVsbase.

Ток поля, возвращаемый выходным сигналом измерения, представляет собой ток поля, относящийся к статору. Номинальный ток поля статора:

ifn ( сторона статора) = IsbaseLmd _ pu = IsbaseIfbaseifn.

Допущения и ограничения

В дискретных системах при установке для параметра модели дискретного решателя блока синхронной машины значения Trapezoidal non iterative, возможно, вам придется подключить небольшую паразитную резистивную нагрузку на клеммах машины, чтобы избежать цифровых колебаний. Большие времена выборки требуют больших нагрузок. Минимальная резистивная нагрузка пропорциональна времени выборки. Как правило, следует помнить, что с шагом времени 25 мкс в системе с частотой 60 Гц минимальная нагрузка составляет приблизительно 2,5% от номинальной мощности машины. Например, синхронная машина 200 МВА в энергосистеме, дискретизированная с временем выборки 50 мкс, требует приблизительно 5% резистивной нагрузки или 10 МВт. Если время выборки уменьшено до 20 мкс, достаточно резистивной нагрузки 4 МВт.

Однако если для параметра модели дискретного решателя блока синхронной машины задано значение Trapezoidal iterative (alg. loop), можно использовать ничтожно малую паразитную нагрузку (ниже 0,1% номинальной мощности) при сохранении численной устойчивости. Эта итеративная модель создает алгебраический цикл и приводит к более низкой скорости моделирования.

Порты

Вход

развернуть все

Механическая мощность на валу машины, в W. В генераторном режиме этот вход может быть положительной постоянной или функцией, или выходом блока первичного двигателя (см. блоки гидравлической турбины и регулятора или паровой турбины и регулятора). В двигательном режиме этот вход обычно является отрицательной константой или функцией.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр ввода Mechanical (вкладка Configuration) в значение Mechanical power Pm.

Скорость машины, в рад/с.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр ввода Mechanical (вкладка Configuration) в значение Speed w.

Напряжение поля. Это напряжение может подаваться регулятором напряжения в режиме генератора (см. блок «Система возбуждения»). В двигательном режиме это значение этого входа обычно является постоянным.

Напряжение поля на этом порту должно вводиться в вольтах постоянного тока, если номинальный ток поля Ifn указан в параметре Номинальная мощность, напряжение, частота, ток поля [Pn (VA) Vn (Vrms) fn (Hz) ifn (A)], или в вольтах, относящихся к статору, если Ifn не указан. Чтобы получить значение напряжения поля, создающего напряжение статора 1 pu, установите флажок Отображать номинальный ток поля и напряжение, создающее напряжение статора 1 pu, на вкладке Дополнительно (Advanced).

Продукция

развернуть все

Сигналы измерения, возвращаемые в виде 24-элементного вектора. Демультиплексировать эти сигналы можно с помощью блока выбора шины.

Имя

Определение

Единицы

МСФО

Ток статора is_a

A

ibs

Ток статора is_b

A

ics

Ток статора is_c

A

IQ

Ток статора iq

A

я бы

Идентификатор тока статора

A

IFD

Ток поля ifd

A

ikq1

Ток обмотки демпфера ikq1

A

Ikq2

Ток обмотки демпфера ikq2

A

ikd

Ток обмотки демпфера ikd

A

phimq

Взаимный поток phimq

V.s

phimd

Взаимный поток phimd

V.s

vq

Напряжение статора vq

V

vd

Напряжение статора vd

V

lmq

Насыщенная индуктивность Lmq

H

lmd

Насыщенная индуктивность Lmd

H

dtheta

Отклонение угла ротора d_theta

радиус

w

Частота вращения ротора wm

рад/с

Pe

Электрическая мощность Pe

W

собственный вес

Отклонение частоты вращения ротора dw

pu

тета

Механический угол ротора тета

степень

Те

Электромагнитный момент Te

N.m

дельта

Дельта угла нагрузки

степень

Pe0

Выходная активная мощность Peo

W

Qe0

Выходная реактивная мощность Qeo

ВАР

Угловое отклонение угла тета ротора представляет собой электрический угол, дающий мгновенное положение ротора относительно общего эталона, вращающегося с синхронной скоростью. Этот угол полезен в исследованиях устойчивости для измерения относительных положений роторов различных машин в сети. Затем измеряют положения роторов относительно положения тета данной машины, выбранной в качестве эталона.

Сохранение

развернуть все

Специализированный электрический консервационный порт, связанный с электрическим терминалом фазы А.

Специализированный электрический консервационный порт, связанный с электрическим терминалом фазы B.

Специализированный электрический консервационный порт, связанный с электрическим терминалом фазы C.

Механическое отверстие для сохранения вращения, связанное с валом ротора машины.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр ввода Mechanical (вкладка Configuration) в значение Mechanical rotational port.

Параметры

развернуть все

В программном обеспечении анализа энергосистемы синхронные машинные уравнения обычно решаются с использованием метода прямого квадратурного нулевого преобразования. Параметры RL обмоток возбуждения и демпфера являются не фактическими значениями RL поля машины, а значениями RL, относящимися к статору. Параметры стороны ротора переносятся на сторону статора и нормируются перед входом в окончательную обработку.

Конфигурация

Набор заданных электрических и механических параметров для различных номинальных значений мощности синхронной машины (кВА), межфазного напряжения (В), частоты (Гц) и номинальной частоты вращения (об/мин).

Выберите одну из предустановленных моделей для загрузки соответствующих электрических и механических параметров. Возможны следующие варианты:

  • 01: 50Hz 400V 8.1kVA 1500RPM

  • 02: 50Hz 400V 16kVA 1500RPM

  • 03: 50Hz 400V 31.3kVA 1500RPM

  • 04: 50Hz 400V 42.5kVA 1500RPM

  • 05: 50Hz 400V 60kVA 1500RPM

  • 06: 50Hz 400V 85kVA 1500RPM

  • 07: 50Hz 400V 250kVA 1500RPM

  • 08: 50Hz 400V 325kVA 1500RPM

  • 09: 50Hz 400V 670kVA 1500RPM

  • 10: 50Hz 400V 910kVA 1500RPM

  • 11: 50Hz 400V 1320kVA 1500RPM

  • 12: 50Hz 400V 2000kVA 1500RPM

  • 13: 60Hz 460V 10.2kVA 1800RPM

  • 14: 60Hz 460V 20kVA 1800RPM

  • 15: 60Hz 460V 37.5kVA 1800RPM

  • 16: 60Hz 460V 52.5kVA 1800RPM

  • 17: 60Hz 460V 72.5kVA 1800RPM

  • 18: 60Hz 460V 100kVA 1800RPM

  • 19: 60Hz 460V 300kVA 1800RPM

  • 20: 60Hz 460V 406kVA 1800RPM

  • 21: 60Hz 460V 800kVA 1800RPM

  • 22: 60Hz 460V 1075kVA 1800RPM

  • 23: 60Hz 460V 1588kVA 1800RPM

  • 24: 60Hz 460V 2500kVA 1800RPM

Выбрать No (по умолчанию), если не требуется использовать предустановленную модель или требуется изменить некоторые параметры предустановленной модели, как описано ниже.

При выборе заданной модели электрические и механические параметры на вкладке Параметры (Parameters) становятся недоступными. Чтобы начать работу с предварительно заданной модели и затем изменить параметры машины, выполните следующие действия.

  1. Выберите предустановленную модель, для которой требуется инициализировать параметры.

  2. Измените значение параметра «Предустановленная модель» на No. Это действие не изменяет параметры машины, но разрывает соединение с предварительно установленной моделью.

  3. Измените необходимые параметры машины.

Следует ли представлять механическую мощность, прикладываемую к валу, или частоту вращения ротора в качестве входного сигнала Simulink ® блока, или представлять вал машины с Simscape™ вращательным механическим портом.

Выбрать Mechanical power Pm для задания ввода механической мощности в Вт и открытия порта Pm. Скорость машины определяется инерцией J машины и разницей между механическим крутящим моментом Tm, который является результатом приложенной механической мощности Pm, и внутренним электромагнитным крутящим моментом Те. Когда скорость положительная, положительный сигнал механической мощности указывает режим генератора, а отрицательный сигнал указывает режим двигателя.

Выбрать Speed w для указания скорости входа в rad/s и отображения порта w. Скорость машины накладывается и механическая часть модели (инерция машины J) игнорируется. Использование скорости в качестве механического ввода позволяет моделировать механическую связь между двумя машинами.

На следующем рисунке показано, как моделировать жесткое соединение вала в двигателе-генераторе, где обе машины являются синхронными машинами.

Выход скорости машины 1 (двигателя) соединен со входом скорости машины 2 (генератора). На этом чертеже крутящий момент трения игнорируется в машине 2. Следовательно, его электромагнитный крутящий момент Te соответствует механическому крутящему моменту Tm, приложенному к валу машины 1. Соответствующая механическая входная мощность машины 1 вычисляется как Pm = Tm *. Коэффициент Kw учитывает единицы скорости обеих машин (рад/с) и передаточное число коробки передач w2/w1. Коэффициент KT учитывает блоки крутящего момента обеих машин (N.m) и номинальные значения машин. Кроме того, поскольку инерция J2 игнорируется в машине 2, J2 относится к скорости машины 1 и должна быть добавлена к инерции машины 1 J1.

Выбрать Mechanical rotational port для открытия механического поворотного порта Simscape, S, который позволяет соединять вал машины с другим валом машины или с другими блоками Simscape, имеющими механические поворотные порты.

На рисунке показано, как подключить блок источника идеального крутящего момента из библиотеки Simscape к порту вала машины, чтобы представить машину в режиме двигателя или генератора, когда частота вращения ротора положительная.

Укажите тип ротора: Salient-pole или Round (цилиндрический). Настройка влияет на количество цепей ротора на оси q (обмотки демпфера).

Если этот флажок установлен, на выходе измерения используются имена сигналов для идентификации меток шины. Эта опция используется для приложений, для которых метки сигналов шины должны содержать только буквенно-цифровые символы.

Если флажок снят, на выходе измерения используется определение сигнала для идентификации меток шины. Метки содержат неальфанумерные символы, несовместимые с некоторыми приложениями Simulink.

Параметры

Полная трехфазная кажущаяся мощность Pn (VA), среднеквадратичное напряжение Vn (V), частота fn (Hz) и ток поля ifn (A).

Номинальный ток поля - это ток, вырабатывающий номинальное напряжение на клеммах в условиях отсутствия нагрузки. Данная модель была разработана со всеми количествами, рассматриваемыми со статора, как поясняется в Краузе [4]. Номинальный ток поля позволяет вычислить коэффициент трансформации машины, что позволяет прикладывать наблюдаемое от ротора напряжение поля, как в реальной жизни. Это также позволяет просматривать ток поля, который является переменной в выходном векторе модели, с ротора.

Если значение номинального тока поля неизвестно, необходимо ввести 0 или оставьте его пустым. Поскольку коэффициент преобразования в этом случае определить невозможно, необходимо приложить напряжение поля, как видно из статора. Ток поля в выходном векторе также просматривается из статора.

Сопротивление Rs (Λ), индуктивность утечки Lls (H), индуктивность намагничивания d-оси и q-оси Lmd (H) и Lmq (H) и индуктивность Каная. Если значение индуктивности Каная неизвестно, необходимо ввести 0 или оставьте его пустым.

Сопротивление поля Rf (Λ) и индуктивность утечки Llfd (H), оба относятся к статору.

d-осевое сопротивление Rkd (Λ) и индуктивность утечки Llkd (H), и q-осевое сопротивление Rkq1 (Λ) и индуктивность утечки Llkq1 (H). Все эти значения относятся к статору.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите тип ротора в Salient-pole.

d-осевое сопротивление Rkd (Λ) и индуктивность утечки Llkd (H), q-осевое сопротивление Rkq1 (Λ) и индуктивность утечки Llkq1 (H), и q-осевое сопротивление Rkq2 (Λ) и индуктивность утечки Llkq2 (H). Все эти значения относятся к статору.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите тип ротора в Round.

Коэффициент инерции J (kg.m2), коэффициент трения F (N.m.s) и число пар полюсов p. Момент трения Tf пропорционален частоте вращения ротора (Tf = F. Tf выражается в N.m, F - в N.m.s и λ - в рад/с.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметр «Механический ввод» в значение Mechanical power Pm или Mechanical rotational port.

Количество пар полюсов синхронной машины.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите параметр «Механический ввод» в значение Speed w.

Начальное отклонение Δλ скорости (в процентах от номинальной скорости), электрический угол ротора (в градусах), значения тока линии ia, ib, ic (А) и фазовые углы pha, phb, phc (в градусах) и начальное напряжение поля Vf (В). Эти значения можно вычислить автоматически с помощью инструмента Поток нагрузки (Load Flow) или инструмента Инициализация станка (Machine Initialization) блока powergui.

Начальное напряжение поля можно задать одним из двух способов. Если известен номинальный ток поля (первая линия, последний параметр), введите начальное напряжение поля в вольтах постоянного тока, относящегося к ротору. В противном случае введите нуль в качестве номинального тока поля и укажите начальное напряжение поля в вольтах постоянного тока, относящегося к статору. Номинальное напряжение поля, видимое из статора, можно определить, установив флажок Отображать номинальный ток поля и напряжение, вырабатывающее напряжение 1 pu статора на вкладке Дополнительно (Advanced).

Имитируется ли магнитное насыщение ротора и статорного утюга.

Установите этот флажок, чтобы предоставить матрицу параметров для моделирования насыщения.

Снимите этот флажок, чтобы не допустить насыщения модели в моделировании. В этом случае соотношение между ifd и Vt является линейным (без насыщения).

Параметры кривой насыщения без нагрузки. Магнитное насыщение статора и роторного утюга моделируется кусочно-линейной зависимостью, определяющей точки на кривой насыщения без нагрузки. Первая строка этой матрицы содержит значения токов поля. Вторая строка содержит значения соответствующих клеммных напряжений. Первая точка (первый столбец матрицы) должна отличаться от [0,0]. Эта точка соответствует точке, где начинается эффект насыщения. Для насыщения номинальный ток поля и номинальное среднеквадратичное напряжение линии к линии являются базовыми значениями для тока поля и напряжения клеммы соответственно.

Щелкните График (Plot), чтобы просмотреть кривую насыщения без нагрузки.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, выберите «Моделирование насыщения».

Расширенный

Чтобы включить вкладку Дополнительно (Advanced), в блоке powergui установите для параметра Тип моделирования (Simulation type) значение Discrete и снимите флажок Автоматически обрабатывать дискретный решатель.

Выберите для определения номинального тока поля и напряжения, наблюдаемого от статора.

Например, без насыщения на рисунке показана типичная кривая. ifn равно 1087 А, а Vn равно 13800 В среднеквадратичной частоты «линия-линия», что также равно 11268 В пиковой частоты «линия-нейтраль».

Насыщение моделируется как кусочно-линейная кривая насыщения с использованием двух таблиц поиска, реализующих вариации индуктивностей намагничивания Lmd и Lmq.

На следующем рисунке графически показана хорошая посадка (алмазы являются фактическими точками, введенными в диалоговом окне).

В этом случае используются следующие значения:

ifn

1087 A

IFD

[695.64, 774.7, 917.5, 1001.6, 1082.2, 1175.9, 1293.6, 1430.2, 1583.7] A

Vt

[9660, 10623, 12243, 13063, 13757, 14437, 15180, 15890, 16567] V

Время выборки, используемое блоком. Чтобы наследовать время выборки, указанное в блоке powergui, установите для этого параметра значение −1.

Метод интеграции, используемый блоком, если для параметра типа Solver блока powergui установлено значение Discrete.

Для модели дискретного решателя автоматически устанавливается значение Trapezoidal robust при выборе параметров Автоматически обрабатывать дискретный решатель и Дополнительные настройки решателя блоков блока powergui.

Trapezoidal non iterative и Trapezoidal iterative (alg. loop) методы больше не рекомендуются для дискретизации основного блока SI синхронной машины. Trapezoidal non iterative требуется добавить незначительные шунтирующие нагрузки на клеммы станка, чтобы гарантировать стабильность моделирования, и Trapezoidal iterative (alg. loop) может не сойтись и вызвать остановку моделирования при увеличении количества машин в модели.

Trapezoidal robust и Backward Euler robust методы позволяют исключить необходимость использования паразитных нагрузок и моделировать машину без нагрузок. Для исключения топологических ошибок машин, подключенных к индуктивной цепи (например, автоматический выключатель, соединенный последовательно с машиной); машина моделирует незначительную внутреннюю нагрузку 0,01% номинальной мощности.

Trapezoidal robust метод несколько точнее, чем Backward Euler robust способ, особенно когда модель моделируется в большие времена выборки. Trapezoidal robust способ может производить небольшие демпфированные числовые колебания на напряжении машины в условиях холостого хода, а Backward Euler robust способ предотвращает колебания и поддерживает хорошую точность.

Дополнительные сведения о том, какой метод следует использовать в приложении, см. в разделе Моделирование дискретизированных электрических систем.

Поток нагрузки

Параметры потока нагрузки используются для определения параметров блока для использования с инструментом «Поток нагрузки» блока powergui. Эти параметры потока нагрузки используются только для инициализации модели. Они не влияют ни на модель блока, ни на производительность моделирования.

Тип генератора машины. Выбор:

  • swing - реализует генератор, контролирующий величину и фазовый угол его напряжения на клемме. Величина и угол опорного напряжения определяются параметрами напряжения шины Swing или шины PV и угла напряжения шины Swing блока шины Load Flow, подключенного к клеммам машины.

  • PV - Реализует генератор, управляющий его выходной активной мощностью P и величиной напряжения V. P задается параметром активной выработки мощности P (W) блока. V определяется параметром напряжения шины качания или шины PV блока шины потока нагрузки, подключенного к клеммам машины. Можно управлять минимальной и максимальной реактивной мощностью, генерируемой блоком, с помощью параметров Минимальная реактивная мощность Qmin (var) и Максимальная реактивная мощность Qmax (var).

  • PQ - Реализует генератор, контролирующий его выходную активную мощность P и реактивную мощность Q. P и Q задаются параметрами активной выработки мощности P (W) и реактивной выработки мощности Q (var) блока соответственно.

Активная мощность, генерируемая машиной, в ваттах. При работе машины в режиме двигателя указывается отрицательное значение.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Тип генератора значение PV или PQ.

Реактивная мощность, генерируемая машиной, в vars. Отрицательное значение указывает на то, что реактивная мощность поглощается машиной.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Тип генератора значение PQ.

Минимальная реактивная мощность, которая может быть сгенерирована машиной при поддержании напряжения на клемме на ее опорном значении. Это опорное напряжение определяется параметром напряжения шины качания или шины PV блока шины потока нагрузки, подключенного к клеммам машины. Значение по умолчанию: -inf, что означает отсутствие нижнего предела на выходе реактивной мощности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Тип генератора значение PV.

Максимальная реактивная мощность, которая может быть сгенерирована машиной при поддержании напряжения на клемме на ее опорном значении. Это опорное напряжение определяется параметром напряжения шины качания или шины PV блока шины потока нагрузки, подключенного к клеммам машины. Значение по умолчанию: inf, что означает отсутствие верхнего предела на выходе реактивной мощности.

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, задайте для параметра Тип генератора значение PV.

Примеры

Пример 1

power_SM_Fundamental В примере используется основной блок SI синхронной машины и основной блок pu синхронной машины для моделирования синхронного генератора 555 МВА, 24 кВ, 60 Гц, 3600 об/мин. Здесь показано, как задать параметры SI и pu, а также как вычислить параметры обмотки ротора поля и демпфера, которые относятся к статору. Кроме обмотки поля, круглый ротор этой машины имеет три обмотки демпфера: один демпфер по прямой оси и два демпфера по квадратурной оси.

Три схемы имитируют одну и ту же синхронную машину:

  • Схема 1: Основные параметры задаются в СИ. Номинальный ток поля указан (ifn = 1300 A).

  • Схема 2: Основные параметры задаются в SI. Номинальный ток поля не указан (ifn = 0).

  • Схема 3: Основные параметры указаны в pu.

Параметры машины взяты из примера в Kundur [5].

Ознакомьтесь с разделом обратного вызова Model Properties/PreLoad Fcn модели, чтобы увидеть спецификации машины и расчет статора и полевых оснований, параметров ротора RL, относящихся к статору, коэффициента преобразования и номинального напряжения и тока поля.

Машины первоначально работают в установившемся состоянии практически без нагрузки (нагрузка = 0,1% номинальной мощности) при постоянном напряжении поля и механической мощности. Двухфазный шестицикльный отказ применяется при t = 0,1 с. Блок Scope показывает сравнение напряжения AB линии к линии, тока статора фазы A и тока поля трех машин.

Для моделирования дискретной модели в блоке powergui задайте для параметра Тип моделирования значение Discrete. Модель дискретизируют со временем выборки Ts = 50 мкс. Чтобы получить стабильную модель с такой небольшой нагрузкой (0,1% номинальной мощности), на вкладке «Дополнительно» каждого блока синхронной машины установите значение «Дискретная модель решателя». Trapezoidal iterative (alg. loop).

Пример 2

power_syncmachine В примере используется блок Синхронная машина (Synchronous Machine) в режиме двигателя. Моделируемая система состоит из синхронного двигателя мощностью 150 л.с. (112 кВА), 762 В промышленного класса, подключенного к сети с уровнем короткого замыкания 10 МВА. Машина инициализируется для выходной электрической мощности − 50 кВт (отрицательное значение для моторного режима), соответствующей механической мощности − 48,9 кВт. Соответствующие значения механической мощности и напряжения поля определяются блоком Pm Step и блоком Vf Constant. Блок Pm Step применяет внезапное увеличение механической мощности с − 48,9 кВт до − 60 кВт в момент времени t = 0,1 с.

Запустите моделирование.

После увеличения нагрузки с 48,9 кВт до 60 кВт при t = 0,1 с скорость машины колеблется перед стабилизацией до 1800 об/мин. Угол нагрузки (угол между напряжением клеммы и внутренним напряжением) увеличивается от − 21 градуса до − 53 градуса.

Ссылки

[1] Канай, И.М. «Причины расхождений при расчете количества ротора и точных эквивалентных диаграмм синхронной машины». Транзакции IEEE ® по устройствам и системам питания. PAS-88, № 7 (1969): 1114-1120.

[2] Moeini, A., et al. «Синхронная модель Machine Stability, Обновление Метода Перевода Данных о Станд. IEEE 1110-2002». Сеансы панели стандартов IEEE. 2018.

[3] Руководство IEEE по методам моделирования синхронных генераторов и их применению при анализе стабильности энергосистемы. IEEE Std 1110-2002 (Редакция IEEE Std 1110-1991 [2003]): 1-72.

[4] Краузе, P.C. Анализ электрических машин. Раздел 12.5. Нью-Йорк: Макгроу-Хилл, 1986.

[5] Kundur, P. Стабильность и управление энергосистемой. Нью-Йорк, Макгроу-Хилл, 1994.

Расширенные возможности

Создание кода C/C + +
Создайте код C и C++ с помощью Simulink ® Coder™

.

См. также

| | | | | |

Представлен до R2006a

Документация Simscape Electrical

Поддержка