Представляем силовую электронику

Введение

В этом разделе вы

  • Узнать, как использовать компоненты силовой электроники

  • Узнать, как использовать трансформаторы

  • Изменение начальных условий схемы

Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems предназначена для моделирования силовых электронных устройств. Этот раздел использует простую схему, основанную на тиристорах, в качестве основного примера.

Рассмотрите схему, показанную ниже. Он представляет одну фазу статического var компенсатора (SVC), используемого в сети передачи 735 кВ. На вторичном трансформаторе 735 kV/16 кВ параллельно соединены две ветви переменной восприимчивости: одна ветвь тиристорно-управляемого реактора (TCR), синяя, и одна ветвь тиристорно-коммутируемого конденсатора (TSC), красная.

Одна фаза статического компенсатора VAR TCR/TSC

Ветви TCR и TSC управляются клапаном, состоящим из двух тиристорных строк, соединенных антипараллельным способом. Цепь RC-демпфирующего устройства соединена между каждым клапаном. Ветвь TSC включается/выключается, таким образом обеспечивая дискретное изменение емкостного тока SVC. Ветвь TCR управляется фазой, чтобы получить непрерывное изменение чистого реактивного тока SVC.

Симуляция ветви TCR

  1. Введите power_new в командной строке, чтобы открыть новую модель. Сохраните его как power_TCRTSC.

  2. Добавьте Thyristor блок от Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> Fundamental Blocks> Power Electronics библиотека к модели.

  3. Откройте окно Thyristor Block Parameters и установите параметры следующим образом:

    Рон

    1e-3

    Лон

    0

    VF

    14*0.8

    RS

    500

    Cs

    0.15e-6

    Заметьте, что слизистая цепь является неотъемлемой частью диалогового окна Тиристор.

  4. Переименуйте этот блок TCR 1 и дублировать его.

  5. Соедините этот новый тиристор TCR 2 в антипараллеле с TCR 1, как показано на одной фазе статического компенсатора VAR TCR/TSC.

    Поскольку схема snubber уже задана как TCR 1, снабббер TCR 2 необходимо устранить.

  6. Откройте диалоговое окно TCR 2 и установите параметры snubber равными

    RS

    Inf

    Cs

    0

    Заметьте, что snubber исчезнет со значка блока.

  7. Добавьте Linear Transformer блок от Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> Fundamental Blocks> Elements библиотека. Установите его номинальную степень, частоту и параметры обмотки (обмотка 1 = primary; обмотка 2 = secondary) как показано на одной фазе статического компенсатора VAR TCR/TSC.

    Параметр Units позволяет вам задать сопротивление R и индуктивность утечек L каждой обмотки, а также намагничивающую ветвь Rm/Lm, либо в единицах СИ (ом, генри), либо в относительных модулях (пу). Сохраните настройку pu по умолчанию, чтобы задать непосредственно R и L в модуль количествах. Поскольку третичной обмотки нет, снимите флажок с трансформатора трех обмоток. Обмотка 3 исчезает с блока TrA.

    Наконец, установите параметры намагниченной ветви Rm и Xm в [500, 500]. Эти значения соответствуют 0,2% сопротивлению и индуктивным токам. Для получения дополнительной информации о системе относительных модулей (pu) смотрите Систему модулей в относительных единицах.

  8. Добавьте источник напряжения, Ground блок и два блока Series RLC Branch и установите параметры, как показано на Одной Фазе рисунка Статического VAR TCR/TSC.

  9. Добавьте Current Measurement блок от Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> Fundamental Blocks> Measurements библиотека, чтобы измерить первичный ток.

  10. Заметьте, что блоки Тиристора имеют выход, идентифицированную буквой m. Этот выход возвращает Simulink® векторизованный сигнал, содержащий тиристорный ток (Iak) и напряжение (Vak). Эти выходы соединяются с блоками terminators. Выберите сигнальную линию, соединенную на выходе m TCR 1 блок и сигнал, соединенный на выходе i блока i prim. В Данные моделирования Inspector выберите Log Selected Signals.

  11. Скопируйте два блока Pulse Generator в свою систему, назовите их Pulse1 и Pulse2, и соедините их с воротами тиристорных блоков.

  12. Теперь вы должны задать тактовые импульсы двух тиристоров. В каждом цикле импульс должен быть отправлен в каждый тиристор α степеней после пересечения нуля тиристорного коммутационного напряжения. Установите Pulse1 и Pulse2 параметров блоков следующим образом:

    Амплитуда

    1

    Период

    1/60 s

    Ширина импульса (% от периода)

    1% (3.6 degrees pulses)

    Фазовая задержка

    1/60 + T для Pulse1
    1/60 + 1/120 + T для Pulse2

  13. Импульсы, отправленные в TCR 2 задерживаются на 180 степени относительно импульсов, посылаемых в TCR 1. Задержка T используется, чтобы задать угол включения α. Чтобы получить угол включения 120 степеней, задайте T в рабочей области путем ввода

    T = 1/60/3;
    

  14. Установите время остановки равным 0.1, затем запустите симуляцию. Результаты можно наблюдать в Данные моделирования Inspector, как показано на рисунке.

    Результаты симуляции TCR

Симуляция ветви TSC

Теперь можно создать ветвь TSC.

  1. Повторите ветвь TCR (показана синим цветом), переименуйте блоки и задайте значение сопротивления и индуктивности, как показано на одной фазе рисунка статического VAR TCR/TSC.

  2. Соедините конденсатор 308e-6 Farad последовательно с клапанами TSC 1 и TSC 2.

  3. Соедините Voltage Measurement блок с конденсатором. Соедините выход блока с блоком terminator. Выберите сигнал и поток выбранного сигнала в Данные моделирования Inspector.

  4. Вопреки ветви TCR, которая была запущена синхронным импульсным генератором, непрерывный сигнал включения теперь прикладывается к двум тиристорам. Удалите два импульсных генератора. Добавьте блок Step и соедините его выход в обоих элементах TSC 1 и TSC 2. Установите его время шага на уровне 1/60/4 (подача питания на первый положительный пик напряжения источника).

  5. Запустите симуляцию.

    Когда конденсатор питается от нуля, можно наблюдать в Simulation Data Inspector низкий переходный процесс демпфирования на 200 Гц, наложенный на компонент 60 Гц в напряжении конденсатора и первичном токе. Во время нормальной операции TSC конденсатор имеет начальное напряжение, оставшееся с момента последнего открытия клапана. Чтобы минимизировать замыкающий переходный процесс с заряженным конденсатором, тиристоры ветви TSC должны запускаться, когда напряжение источника находится на максимальном значении и с правильной полярностью. Начальное напряжение конденсатора соответствует установившемуся напряжению, полученному, когда тиристорный переключатель закрыт. Напряжение конденсатора составляет 17,67 кВрмс, когда клапан проводит. Во время закрытия конденсатор должен быть заряжен при пиковом напряжении.

    Uc=17670×2=24989 V

  6. Дважды кликните блок powergui и на вкладке Tools нажмите Initial State. Появится список всех переменных состояния с их начальными значениями по умолчанию. Значение начального напряжения на конденсаторе C (переменная Uc_C) должно быть -0.3141 V. Это напряжение не совсем нулевое, потому что snubber допускает циркуляцию небольшого тока, когда оба тиристора заблокированы. Теперь выберите Uc_C переменная состояния и введите 24989 в верхнем правом поле. Затем нажмите кнопку Применить, чтобы сделать это изменение эффективным.

  7. Запустите симуляцию. Как ожидалось, переходный компонент напряжения и тока конденсатора исчезла. Напряжения, полученные с начальным напряжением и без него, сравниваются в Simulation Data Inspector, как показано на рисунке.

    Переходное Напряжение Конденсатора с начальным зарядом и без него

Для просмотра документации необходимо авторизоваться на сайте