В этом разделе вы
Узнайте, как создать электрическую подсистему
Моделирование переходных процессов с помощью автоматического выключателя
Сравнение результатов моделирования временной области с различными моделями линий
Узнайте, как дискретизировать схему и сравнить результаты, полученные таким образом, с результатами непрерывного алгоритма с переменным временным шагом
Одно из главного использования программного обеспечения Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems должно моделировать переходные процессы в электрических схемах. Это можно сделать с помощью механических выключателей (автоматических выключателей) или переключателей, использующих силовые электронные устройства.
Откройте пример модели power_gui.
Для моделирования питания линии добавьте в модель блок прерывателя из библиотеки Simscape > Electrical > Specialized Power Systems > Fundamental Blocks > Elements и задайте следующие параметры:.
Сопротивление выключателя Ron (Ом) |
|
Начальный статус |
|
Сопротивление Snubber Rs (Ом) |
|
Емкость Snubber Cs (F) |
|
Время переключения |
|
Вставьте блок прерывателя последовательно с передающим концом линии, а затем переупорядочьте цепь, как показано на рисунке.
Щелкните правой кнопкой мыши две линии, которые соединяются с блоком «Область 1», и выберите «Свойства». В диалоговом окне выберите Log signal data for the two signals и нажмите кнопку OK. В инспекторе данных моделирования выберите Send Logged Workspace Data to Data Inspector.
Откройте диалоговое окно «150 km Line block» и задайте количество участков равным 1. Запустите моделирование.
Откройте диалоговое окно 150 km Line block и измените количество участков с 1 кому 10. Запустите моделирование.
Добавьте блок линии распределенных параметров из библиотеки Simscape > Electrical > Специализированные силовые системы > Основные блоки > Элементы. Задайте количество фаз как 1 и использовать те же параметры R, L, C и длины, что и блок линии 150 км. Удалите блок линии протяженностью 150 км и замените его блоком линии распределенных параметров. Запустите моделирование.
Сравните три формы сигнала, полученные из трех линейных моделей. Откройте инспектор данных моделирования. Выберите сигналы Ub1 и Ub2 для прогона 1, сигналы Ub2 для прогона 2 и прогона 3.
Масштаб этих сигналов показан на следующем рисунке. Как и ожидалось из анализа частоты, выполненного во время анализа простой схемы, модель одиночного PI не реагирует на частоты выше 229 Гц. Модель сечения 10 PI дает лучшую точность, хотя высокочастотные колебания вводятся дискретизацией линии. Можно четко увидеть время задержки распространения 1,03 мс, связанное с линией распределенного параметра.
Напряжение на приемном конце, полученное с помощью трех различных линейных моделей
Важной особенностью изделия является его способность моделировать либо с помощью алгоритмов непрерывного, переменного ступенчатого интегрирования, либо с помощью дискретных решателей. Для небольших систем алгоритмы переменных временных шагов обычно быстрее, чем методы фиксированных шагов, потому что число шагов интеграции ниже. Однако для больших систем, которые содержат много состояний или много нелинейных блоков, таких как силовые электронные переключатели, выгодно дискретизировать электрическую систему.
При дискретизации системы точность моделирования определяется шагом времени. Если используется слишком большой временной шаг, точность может оказаться недостаточной. Единственный способ узнать, приемлемо ли это, - повторить моделирование с различными временными шагами и найти компромисс для наибольшего приемлемого временного шага. Обычно временные шаги от 20 мкс до 50 мкс дают хорошие результаты для моделирования переходных процессов переключения в 50-Hz или 60-Hz энергосистемах или в системах, использующих силовые электронные устройства с линейной коммутацией, такие как диоды и тиристоры. Необходимо сократить временной шаг для систем, использующих электронные переключатели с принудительной коммутацией питания. Эти устройства, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), полевой транзистор (FET) и тиристор переключения затвора (GTO) работают на высоких коммутирующих частотах.
Например, моделирование импульсно-широтно-модулированного (ШИМ) инвертора, работающего на частоте 8 кГц, потребует временного шага не более 1 мкс.
Откройте power_3level пример. Обратите внимание, что в блоке Powergui тип моделирования имеет значение Discrete и время выборки устанавливается в 1e-6 с переменной Ts, определенной в свойствах модели. Выполните первое моделирование.
Чтобы выполнить непрерывное моделирование, откройте диалоговое окно параметров блока Powergui и задайте для параметра Тип моделирования значение Continuous. Выберите ode23tb variable-step solver в диалоговом окне «Параметры конфигурации». Моделирование модели.
В блоке Powergui задайте для параметра Тип моделирования значение Discrete. В разделе обратного вызова модели InitFcn в свойствах модели укажите Ts = 20e-6. Запустите моделирование.
Откройте инспектор данных моделирования и сравните различия в высокочастотных переходных процессах.
1 мкс достаточно хорошо сравнивается с непрерывным моделированием. Однако увеличение временного шага до 20 мкс приводит к значительным ошибкам. Таким образом, временной шаг 1 мкс будет приемлемым для этой схемы при получении коэффициента усиления скорости моделирования.