Документация

Трехфазная сеть с электрическими машинами

Двухмашинная система, показанная на этой однолинейной схеме, представляет дизель-генератор и асинхронный двигатель в распределение сети:

Эта система состоит из объекта (B2 шины), моделируемой сопротивлением 1 МВт и нагрузкой на двигатель (ASM), питаемой на 2400 В от системы распределения 25 кВ через трансформатор 6 МВА, 25/2,4 кВ и от аварийного синхронного генератора/ модуль дизельного двигателя (SM).

Система 25 кВ моделируется простым R-L эквивалентным источником (короткая схема 1000 МВА, коэффициент качества X/R = 10) и нагрузкой 5 МВт. Асинхронный двигатель имеет номинальную мощность 2250 л.с., 2,4 кВ, а синхронная машина - 3,125 МВА, 2,4 кВ.

Эта система моделируется в power_machines пример.

Параметры SM и модели дизельного двигателя и регулятора основаны на ссылке [1].

Первоначально двигатель развивает механическую степень 2000 л.с., и дизель-генератор находится в режиме ожидания, не обеспечивая никакой активной степени. Поэтому синхронная машина работает как синхронный конденсатор, вырабатывающий только реактивную степень, необходимую для регулирования напряжения B2 шины 2400 В при 1,0 pu. В t = 0.1 s, трехфазный отказ на землю происходит в системе 25 кВ, вызывая открытие выключателя 25 кВ при t = 0.2 s, и внезапное увеличение загрузки генератора. В течение переходного периода, следующего за отказом и ослаблением системы генератора, система возбуждения синхронной машины и регулятор скорости дизельного топлива реагируют, чтобы поддерживать напряжение и скорость на постоянном значении.

Когда вы моделируете эту систему впервые, вы обычно не знаете, каковы начальные условия для запуска SM и ASM в установившемся состоянии.

Эти начальные условия:

Откройте блоки Synchronous Machine и Asynchronous Machine. Все начальные условия установлены на 0, за исключением начального напряжения возбуждения SM и скольжения ASM, которые установлены на 1 pu. Откройте три возможности сигналов SM и ASM и напряжения B2 шины. Запустите симуляцию и наблюдайте первые 100 мс перед применением отказа.

Когда симуляция начинается, обратите внимание, что три тока ASM начинаются с нуля и содержат медленно разрушающийся компонент постоянного тока. Скорость машины занимает гораздо больше времени, чтобы стабилизироваться из-за инерции двигателя/нагрузки и дизельного топлива/генератора. В нашем примере ASM начинает вращаться в неправильном направлении, потому что крутящий момент запуска мотора ниже, чем крутящий момент приложенной нагрузки. Остановите симуляцию.

Чтобы начать симуляцию в установившемся состоянии с синусоидальными токами и постоянными скоростями, все состояния машины должны быть инициализированы правильно. Это сложная задача для выполнения вручную, даже для простой системы. На вкладке Tools диалогового окна powergui блока нажмите кнопку Load Flow Analyzer. Используйте приложение Load Flow Analyzer для инициализации машин.

Использование метода Решение для исследований стабильности

Когда вы увеличиваете сложность вашей сети, добавляя дополнительные линии, нагрузки, трансформаторы и машины, необходимое время симуляции становится больше. Более того, если вы заинтересованы в медленных электромеханических режимах колебаний (обычно между 0,02 Гц и 2 Гц в больших системах), вам, возможно, придется симулировать в течение нескольких десятков секунд, что может привести к длительным временам симуляции. Поэтому обычный метод непрерывного или дискретного решения не является практичным для исследований устойчивости с использованием низкочастотных режимов колебаний. Для этих исследований используйте метод фазора (см. Введение метода симуляции фазора).

Для исследования устойчивости вы игнорируете быстрые режимы колебаний, которые являются результатом взаимодействия линейных элементов R, L, C и распределенных линий параметров. Эти режимы колебаний, которые обычно расположены выше основной частоты 50 Гц или 60 Гц, не мешают медленным режимам машины и постоянным времени регулятора. В методе решения фазора эти быстрые режимы игнорируются путем замены дифференциальных уравнений сети набором алгебраических уравнений. Поэтому модель сети в пространстве состояний заменяется передаточной функцией, оцениваемой на основной частоте и относящейся к входам (ток, вводимый машинами в сеть) и выходам (напряжения на клеммах машины). Метод решения фазора использует уменьшенную модель пространства состояний, состоящую из медленных состояний машин, турбин и регуляторов, таким образом, резко сокращая необходимое время симуляции. Для фазорных моделей доступны два типа решателей: непрерывный и дискретный. Тип решателя задан в блоке powergui путем установки Simulation type на Phasor (непрерывно) или Discrete phasor. Непрерывное решение фазора использует Simulink^® решатель с переменным шагом. Непрерывные решатели с переменной эффективны в решении этого типа задачи. Примером непрерывного решателя с переменной-шагом, который вы можете использовать в этой ситуации, является ode23tb с максимальным временным шагом одного цикла основной частоты (1/60 с или 1/50 с). Discrete phasor использует локальный решатель, чтобы дискретизировать и решить модель фазора в заданный шаг расчета. The Discrete phasor метод симуляции позволяет вам использовать Simulink Coder™, чтобы сгенерировать код и симулировать модель в реальном времени.

Примените метод решения фазора к двухмашинной системе, которую вы моделировали n power_machines пример с обычным способом. Откройте power_machines пример.

В блоке powergui установите Simulation type равным Phasor. Задайте основную частоту, используемую для решения алгебраических сетевых уравнений. Введите 60 в поле Frequency. Обратите внимание, что слова Phasor 60 Hz теперь появится на значке powergui, указывающем, что этот новый метод используется для симуляции вашей схемы. Чтобы начать симуляцию в установившемся состоянии, необходимо сначала повторить процедуру инициализации машины.

Заметьте, что симуляция сейчас намного быстрее. Результаты хорошо сравниваются с результатами, полученными при симуляции в непрерывном режиме.

Можно также попробовать дискретную симуляцию фазора. В блоке powergui установите Simulation type равным Discrete phasor и задайте шаг расчета 4e-3 с.

Синхронные сигналы машины сравниваются на следующем рисунке для трех типов симуляции:

Обе фазорные модели (непрерывные и дискретные) хорошо сравниваются с непрерывной моделью.

Вопреки непрерывному решателю фазора, который использует полный набор дифференциальных уравнений машины для моделирования переходных процессов статора и ротора, дискретный решатель фазора использует упрощенные модели машины, где дифференциальные уравнения со стороны статора заменены алгебраическими уравнениями. Эти модели машины нижнего порядка устраняют два состояния (потоки статора phid и phiq) и дают результаты симуляции, аналогичные коммерческому программному обеспечению стабильности. По сравнению с непрерывным решателем фазора дискретный решатель фазора производит более чистые формы волны. В данном примере можно наблюдать, что в дискретной модели фазора устраняются высокочастотные колебания скорости (w) и напряжения разъема (Vt), и также устраняется сбой напряжения Vt, наблюдаемый при открытии выключателя.

Дискретный решатель фазора имеет также два дополнительных преимущества:

Метод решения фазора проиллюстрирован на более сложных сетях в следующих примерах:

Первый пример иллюстрирует влияние PSS и использования SVC для стабилизации двухмашинной системы. Второй пример сравнивает эффективность трех различных типов стабилизаторов степени в системе с четырьмя машинами и двумя площадями.

Метод решения фазора также используется для моделей FACTS. См. «Улучшение стабильности переходного процесса с использованием SVC и PSS и управление потоком степени с использованием UPFC и PST».