Simscape™ Electrical™ может выполнять анализ расхода мощности или нагрузки для системы электропередачи переменного тока, смоделированной с использованием трехфазной электрической области Simscape. Анализ нагрузки-потока позволяет определить величины напряжения, фазовые углы напряжения, активную мощность и реактивную мощность электрической системы в установившемся режиме работы.
Для данной установившейся рабочей точки данные потока нагрузки показывают следующее:
Величина напряжения и фазовый угол напряжения на каждой шине
Активная и реактивная энергия для каждого генератора, питающего сеть
Активная и реактивная мощность, которая поступает на каждую нагрузку, которая вызывает спрос в сети
Данные можно использовать для определения идеальных рабочих условий или оценки реакции системы на гипотетические ситуации. Например, если известна активная и реактивная мощность в каждой линии передачи, можно определить, могут ли остальные линии обрабатывать дополнительную нагрузку, возникающую при отключении одной или нескольких линий передачи.
Данные также можно использовать для расчета потерь в линии передачи или системе и анализа общего профиля напряжения сети. Изучение этих атрибутов может помочь определить, требуется ли системе компенсация реактивной мощности для преодоления низких уровней напряжения.
Чтобы определить стационарное решение «нагрузка-поток» для трехфазной сети с помощью Simscape Electrical, модель должна быть:
Совместим с режимом моделирования частоты и времени Simscape и настроен для него. Дополнительные сведения см. в разделах Режим моделирования частоты и времени и Конфигурация решателя.
Балансировка нагрузки. Уровень аппроксимации анализа нагрузки-потока зависит от того, насколько сбалансирована система, и уровня присутствующих гармоник.
Включено ведение журнала данных Simscape. Для сложных моделей или длительных прогонов моделирования можно повысить производительность моделирования, включив ведение журнала данных для выбранных блоков с помощью локальных настроек решателя. Для анализа потока нагрузки регистрация данных требуется только для блоков шин. Дополнительные сведения см. в разделах Включение регистрации данных для всей модели и Регистрация данных только для выбранных блоков.
В системе электропередачи разъем шины или шина представляет собой вертикальную линию, соединяющую компоненты питания, такие как генераторы, нагрузки и трансформаторы. Для представления шин в библиотеке Simscape > Electrical > Connectors & References находится блок шины.
Для выполнения анализа нагрузки и расхода необходимо выбрать правильный трехфазный источник напряжения для модели. Выбор источника зависит от того, следует ли устанавливать приоритет точности или производительности моделирования. Баланс между точностью моделирования и производительностью частично зависит от блоков, которые используются для представления источников напряжения в модели анализа. Точность моделирования - это показатель точности модели, то есть того, насколько близко результаты моделирования согласуются с математическими и эмпирическими моделями. По мере повышения точности модели увеличивается и вычислительная стоимость моделирования. По мере увеличения вычислительных затрат скорость моделирования снижается. И наоборот, по мере снижения точности модели скорость моделирования увеличивается.
Определение приоритета точности модели с помощью блоков станка. Чтобы установить приоритет точности модели над скоростью моделирования, представляйте источники напряжения с помощью индукционных или синхронных машинных блоков. Для моделирования индукционных машин библиотека Simscape > Electrical > Electromechanical > Asynchronous Machines предоставляет блоки Rotor Cage и Incuitive Machine Squirrel. Для моделирования синхронных машин библиотека Simscape > Electrical > Electronical > Synchronous Machines предоставляет блоки Synchronous Machine Model 2.1, Synchronous Machine Round Rotor и Synchronous Machine Spelent.
Определение приоритета скорости моделирования с помощью блоков источника потока нагрузки. Для более быстрой модели моделирования, но более низкой точности, представляйте источники напряжения в модели анализа с помощью блока «Источник потока нагрузки» из библиотеки Simscape > Electrical > Sources. Блок источника потока нагрузки подает либо идеализированный, либо зависящий от тока источник напряжения. Напряжение может содержать последовательное полное сопротивление или выступать в качестве источника для шины качания, PV или PQ.
Для изучения данных о потоке нагрузки для трехфазной модели системы передачи Simscape Electrical, совместимой с режимом моделирования частоты и времени:
Включить ведение журнала данных Simscape.
Параметризовать источники напряжения.
В начале анализа нагрузки и потока переменные уравнений для потерь линии передачи неизвестны. Пока решаются неизвестные переменные, шины уравновешивают потери, обеспечивая или поглощая активную и реактивную мощность. Для каждой шины существует четыре переменные:
P - Активная мощность
Q - Реактивная мощность
В - напряжение
λ - Фазовый угол
Две переменные известны, а две неизвестны. Какие переменные известны, а какие неизвестны, зависит от активно управляемых трехфазных источников и нагрузок, которые подключены к шине. Конфигурации блоков источников напряжения определяют, какие типы шин используются при анализе нагрузки и расхода. В модель можно включить несколько типов шин. Опции типа шины:
Качающаяся шина - качающаяся, слабая или опорная шина уравновешивает активную и реактивную мощность в системе. Слабая шина служит в качестве угловой привязки для других шин в системе. Фазовый угол качающейся шины равен 0 ° и задана величина напряжения. Типичное значение: 1
pu. В начале анализа потока нагрузки P и Q являются неизвестными переменными для этой шины.
Шина PV - шина PV (или генератора) уравновешивает активную и реактивную мощность в системе посредством подачи постоянной, активной мощности и напряжения. В начале анализа потока груза θ и Q - неизвестные переменные для этого автобуса.
Шина PQ - Шина PQ (или нагрузка) определяет количество потребляемой активной и реактивной мощности. В начале анализа нагрузки-потока, V и λ являются неизвестными переменными для этой шины.
Если модель содержит один или несколько элементов:
Загрузить блоки источника потока - для каждого блока для параметра Тип источника установите тип шины в одну из следующих опций:
Swing bus
PV bus
PQ bus
Укажите связанные параметры, которые различаются в зависимости от выбранного типа шины.
Чтобы избежать проблем моделирования из-за неоптимального минимума для шин PV или PQ, в настройках ожидаемых диапазонов укажите минимальное и максимальное значения для параметра Диапазон поиска фазы внутреннего источника.
Блоки индукционной машины - для каждого блока укажите приоритет и начальные значения для блока с помощью параметров «Переменные». В разделе Main settings установите параметр Initialization в значение Set targets for load flow variables. В параметрах «Переменные» выберите параметр «Приоритет» и укажите начальное значение для:
Промах
Реальная выработка электроэнергии
Потребляемая механическая мощность
Дополнительные сведения о задании начальных целевых значений с помощью параметров «Переменные» см. в разделе Задание приоритета и начального целевого значения для переменных блока.
Чтобы полностью указать начальное условие, необходимо включить ограничение инициализации в виде целевого значения с высоким приоритетом. Например, если индукционная машина соединена с блоком инерции, начальное условие индукционной машины полностью задается, если в настройках переменных блока инерции для параметра Приоритет для скорости вращения задано значение High. Кроме того, можно установить для параметра Priority значение None для вращательной скорости блока инерции и вместо этого установить Приоритет для блока индукционной машины проскальзывание, Реальная генерируемая мощность или Механическая потребляемая мощность в High.
Синхронные блоки станка - для каждого блока укажите тип шины и начальные значения с помощью настроек начальных условий. Доступные целевые параметры зависят от того, настроен ли блок для шины swing, PV или PQ. В настройках начальных условий:
Задайте для параметра параметра Initialization значение Set targets for load flow variables.
Выберите шину для параметра Source type.
Задайте значения для соответствующего параметра шины.
Чтобы избежать проблем моделирования из-за неоптимального минимума, в параметрах Ожидаемые диапазоны (Expected ranges) укажите минимальное и максимальное значения для параметра Диапазон поиска фазы внутреннего источника (Internal source phase search range).
Сконфигурируйте каждый блок шины:
Установите для параметра Number of connections значение 2, 3, или 4.
Укажите напряжение и частоту, соответствующие заданным значениям подключенного блока источника напряжения.
Чтобы просмотреть данные потока нагрузки с помощью блока Scope, откройте дополнительные порты измерения на блоке шины:
Для отображения портов Vt и ph установите для параметра Measurement ports значение Yes.
Для отображения портов P и Q установите для параметра Measurement ports значение Yes.
Подключите шину и блоки объема.
Настройте блок конфигурации решателя. Задать для формулы уравнения значение Frequency and time.
Моделирование модели.
После моделирования можно просмотреть результаты потока нагрузки в аннотации блока шины и в данных регистрации Simscape, которые модель выводит в рабочее пространство MATLAB ®.
Примеры выполнения анализа потока нагрузки см. в разделе:
Данные анализа потока нагрузки можно использовать для правильной инициализации трехфазных индукционных и синхронных машинных блоков. Примеры см. в разделе:
Если модель настроена для анализа расхода мощности, можно также использовать анализатор расхода нагрузки для выполнения анализа расхода мощности или расхода нагрузки для трехфазной системы электропередачи переменного тока. Инструмент создает две таблицы. Приложение создает две таблицы. Одна из таблиц содержит данные для узлов сети, представленные шиной, источником потока нагрузки, синхронной машиной, индукционной машиной и трехфазными нагрузочными блоками. Другая таблица содержит данные для сетевых соединений, представленных линиями передачи, кабелями и блоками трансформаторов. При открытии инструмента таблицы предварительно загружаются с заданными значениями параметров для соответствующих блоков в текущей или заданной модели. После выполнения анализа расхода мощности в таблицах также отображаются значения стационарного напряжения, фазовые углы напряжения, активная мощность и реактивная мощность для узла и соединительных блоков.
Приложение Load-Flow Analyzer позволяет:
Выполните анализ потока нагрузки.
Выделите и обновите значения параметров входного блока нагрузки для шины, источника нагрузки, синхронной машины, индукционной машины и трехфазных нагрузочных блоков.
Измените тип шины источника потока нагрузки, синхронной машины и блоков индукционной машины.
Выберите и выделите узел и соединительные блоки в модели.
Сортировка столбцов в таблицах путем увеличения или уменьшения значений.
Экспорт данных в электронную таблицу, MAT-файл или CSV-файлы.
Если при моделировании модели потока нагрузки возникают проблемы, примените эти меры устранения неполадок. Пошаговое тестирование модели потока нагрузки позволяет избежать указания нефизических требований к потоку нагрузки.
Включение внутреннего импеданса источника для блока источника потока нагрузки, если для параметра типа источника блока установлено значение Swing bus, PV bus, или PQ bus может предотвратить сходимость инициализации. Чтобы решить любые проблемы сходимости, используйте один из следующих методов.
Ограничьте диапазон решения, указав значение параметра Диапазон поиска фазы внутреннего источника (Internal source phase search range).
Пренебрегайте импедансом источника.
Смоделировать импеданс извне из блока «Источник потока нагрузки».
При инициализации синхронного машинного блока для анализа нагрузки-потока блок решает все переменные потока, преобразованные парком, и механические переменные для устойчивого состояния. Однако неправильная инициализация автоматического регулятора напряжения (AVR) или регулятора может привести к переходному процессу в полевой цепи или начальному ускорению ротора. Для решения этих проблем:
Определите значения инициализации для крутящего момента и напряжения поля.
Выполните анализ потока нагрузки, используя аппроксимированные значения для AVR и регулятора и настроек.
Запишите эти значения в результатах нагрузки и расхода, сообщенных соседним блоком шины:
Величина напряжения
Фазовый угол
Выработанная реальная мощность
Генерируемая реактивная мощность
Для блока синхронной машины в параметрах Initial Conditions установите параметр Initialization option равным Set real power, reactive power, terminal voltage, and terminal phase.
Задайте эти параметры, используя значения из результатов потока нагрузки:
Величина напряжения на клеммах
Угол напряжения на клемме
Активная мощность терминала
Реактивная мощность клеммы
Распечатайте необходимые начальные условия для AVR и регулятора в рабочей области MATLAB. Щелкните правой кнопкой мыши блок станка и в контекстном меню выберите «Electrical» > «Display Associated Initial Conditions». Соответствующими данными являются напряжение цепи возбуждения, si_efd0 и механический крутящий момент, si_torque0.
Укажите исходные условия AVR и регулятора, используя рассчитанные значения начальных условий.
Например, в таблице показаны аннотированные данные для блока шины, расположенного рядом с блоком «Явный полюс синхронной машины» в ee_loadflow_sm_initialization, модель для примера инициализации синхронной машины с загрузочным потоком. При открытии блока «Явный полюс синхронной машины» нажмите кнопку «Начальные условия» и задайте для параметра опции «Инициализация» значение Set real power, reactive power, terminal voltage, and terminal phase, можно наблюдать, что указанные значения параметров равны значениям моделирования потока нагрузки.
Примечание
Указанные значения параметров уже введены в соответствии с результатами потока нагрузки для этой модели.
| Физическое количество | Значение моделирования нагрузки-потока | Имя параметра начальных условий блока синхронной машины | Значение параметра начальных условий блока синхронной машины |
|---|---|---|---|
| Величина напряжения | 1.020 pu | Величина напряжения на клеммах |
|
| Фазовый угол | 0,00 град. | Угол напряжения на клемме |
|
| Выработанная реальная мощность | 31,2 МВТ | Активная мощность терминала |
|
| Генерируемая реактивная мощность | 10,4 Мвар | Реактивная мощность клеммы |
|
При печати данных в командной строке si_torque0 и si_efd0 данные печатаются 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 powerДля правильной инициализации укажите 85.4468
V в качестве значения для источника напряжения поля, и 828709
Nm в качестве значения для
блока «Постоянная крутящего момента вала», который соединен с блоком «Источник идеального крутящего момента».
При инициализации электрической сети переменного тока часто существует несколько решений для набора целей потока нагрузки. Например, для источника шины PV, в котором задаются активная мощность и напряжение, существует два решения для реактивной мощности. Для требуемого решения величина реактивной мощности обычно меньше заданной величины активной мощности. Для нежелательного решения величина реактивной мощности намного больше, чем величина активной мощности.
Если инициализация возвращает нежелательное решение, реконфигурируйте источник потока нагрузки или синхронный машинный блок и увеличивайте значение минимальной границы параметра Диапазон поиска внутреннего источника. Для блока «Источник потока нагрузки» параметр находится в параметрах «Ожидаемые диапазоны». Для синхронных машинных блоков параметр находится в настройках начальных условий.
Моделирование может прекращаться и генерировать ошибку, если для удовлетворения потребностей в активной и реактивной мощности оптимизация уменьшает напряжение блока шины до точки, где решение находится ближе к нежелательному локальному минимуму вокруг нулевого напряжения шины, чем к желаемому решению по потоку нагрузки. Чтобы предотвратить этот тип проблем, измените конфигурацию источника потока нагрузки или блоков синхронной машины и увеличьте значение параметра Минимальное напряжение (pu). Для блока «Источник потока нагрузки» параметр находится в параметрах «Ожидаемые диапазоны». Для синхронных машинных блоков параметр находится в настройках начальных условий.
Анализ потока нагрузки можно выполнить только в режиме моделирования частоты и времени. Замените все блоки, несовместимые с режимом моделирования частоты и времени. Дополнительные сведения см. в разделе Режим моделирования частоты и времени.