Симуляция переходных процессов

Введение

В этом разделе вы

Узнать, как создать электрическую подсистему
Симулируйте переходные процессы с выключателем
Сравнение результатов симуляции временного интервала с различными моделями линий
Узнать, как дискретизировать схему и сравнить результаты, полученные таким образом, с результатами непрерывного, переменного алгоритма временного шага

Симуляция переходных процессов с выключателем

Одним из основных видов применения программного Simscape™ Electrical™ Specialized Power Systems является моделирование переходных процессов в электрических схемах. Это можно сделать как с помощью механических выключателей (выключателей), так и с помощью ключей, использующих степени.

Откройте модель power_gui примера.

Чтобы моделировать возбуждение линии, добавьте Breaker блок от Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> Fundamental Blocks> Elements библиотека к модели и установите параметры как follows:.

Сопротивление выключателя Рон (Ом)	`0.001` Ω
Начальное состояние	`0 (open)`
Сопротивление Snubber Rs (Ом)	`inf`
Демпфирующая емкость Cs (F)	`0`
Время переключения	`[(1/60)/4]`

Вставьте блок Breaker последовательно с передающим концом линии, а затем переставьте схему как показано на рисунке.
Щелкните правой кнопкой мыши две линии, которые соединяются с блоком Scope 1, и выберите Свойства. В диалоговом окне выберите Log signal data для двух сигналов и нажмите OK. В Данные моделирования Inspector выберите Send Logged Workspace Data to Data Inspector.
Откройте 150 km Line диалогового окна блока и установите количество разделов равным 1. Запустите симуляцию.
Откройте 150 km Line диалогового окна блока и измените количество разделов на 1 на 10. Запустите симуляцию.
Добавьте Distributed Parameters Line блок от Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> Fundamental Blocks> Elements библиотека. Установите количество фаз равным 1 и используйте те же R, L, C и параметры длины в качестве 150 km Line блока. Удалите блок 150 km Line и замените его на блок Distributed Parameters Line. Запустите симуляцию.
Сравните три формы волны, полученные из трех моделей линии. Откройте Данные моделирования Inspector. Выберите Ub1 и Ub2 сигналы Run 1, Ub2 сигналы Run 2 и Run 3.

Масштабирование этих форм волны показано на следующем рисунке. Как ожидалось из частотного анализа, выполненного во время анализа простой схемы, одна модель PI не реагирует на частоты, превышающие 229 Гц. Модель сечения 10 PI дает лучшую точность, хотя высокочастотные колебания введены дискретизацией линии. Вы ясно видите задержку распространения 1,03 мс, связанную с линией распределенного параметра.

Прием конечного напряжения, полученного с тремя различными моделями линии

Дискретизация электрической системы

Важной функцией продукта является его способность симулировать или с непрерывными, переменными алгоритмами интегрирования шагов или с дискретными решателями. Для малых систем алгоритмы переменного временного шага обычно быстрее, чем методы фиксированного шага, потому что количество шагов интегрирования меньше. Однако для больших систем, которые содержат много состояний или много нелинейных блоков, таких как ключи с степенями, выгодно дискретизировать электрическую систему.

Когда вы дискретизируете систему, точность симуляции определяется временным шагом. Если вы используете слишком большой временной шаг, точности может быть недостаточно. Единственный способ узнать, приемлемо ли это, - повторить симуляцию с различными временными шагами и найти компромисс для самого большого приемлемого временного шага. Обычно временные шаги от 20 мкс до 50 мкс дают хорошие результаты для симуляции переходных процессов переключения в 50-Hz или 60-Hz степенях или в системах с использованием линейно коммутируемых силовых электронных устройств, таких как диоды и тиристоры. Необходимо уменьшить временной шаг для систем, использующих принудительно коммутируемые степени. Эти устройства, биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), полевой транзистор (FET) и тиристор переключения затвора (GTO) работают на высоких частотах переключения.

Например, симуляция инвертора с модуляцией ширины импульса (PWM), работающего на 8 кГц, потребует временного шага не более 1 мкс.

Откройте power_3level пример. В блоке Powergui обратите внимание, что для Simulation type задано значение Discrete и значение sample time устанавливается на 1e-6 с переменной Ts, заданной в свойствах модели. Запустите первую симуляцию.
Чтобы выполнить непрерывное моделирование, откройте диалоговое окно параметров блоков Powergui и установите Тип симуляции Continuous. Выберите ode23tb variable-step solver в диалоговом окне Параметры конфигурации. Симулируйте модель.
В блоке Powergui установите Simulation type равным Discrete. В InitFcn model callback разделе Model Properties задайте Ts = 20e-6. Запустите симуляцию.
Откройте Данные Моделирования Inspector и сравните различия в высокочастотных переходных процессах.

1 мкс сравнится достаточно хорошо с непрерывной симуляцией. Однако увеличение временного шага до 20 мкс приводит к заметным ошибкам. Поэтому временной шаг 1 мкс будет приемлемым для этой схемы, получая коэффициент усиления на скорости симуляции.

Документация