Система AC3C возбуждения синхронной машины в дискретном времени или в непрерывном времени, включая автоматический регулятор напряжения и возбудитель
Simscape/Электрический/Управление/SM Управление
Блок SM AC3C реализует системную модель возбуждения AC3C типа синхронной машины в соответствии с IEEE 421.5-2016[1].
Используйте этот блок для моделирования управления и регулирования напряжения возбуждения синхронной машины, которая работает как генератор, используя вращающийся возбудитель переменного тока.
Можно переключаться между непрерывной и дискретной реализациями блока при помощи параметра Sample time (-1 for inherited). Чтобы сконфигурировать интегратора на непрерывное время, установите свойство Sample time (-1 for inherited) на 0. Чтобы сконфигурировать интегратора на дискретное время, установите свойство Sample time (-1 for inherited) на положительное, ненулевое значение или на -1 наследование шага расчета из вышестоящего блока.
Блок SM AC3C состоит из четырех основных компонентов:
Компенсатор Тока изменяет измеренное напряжение контакта как функцию от тока контакта.
Преобразователь Измерения Напряжения моделирует динамику терминального преобразователя напряжения с помощью lowpass фильтра.
Компонент Элементы Управления Возбуждением сравнивает выход преобразователя напряжения с терминальным опорным напряжением, чтобы создать ошибку напряжения. Затем эта ошибка напряжения передается через регулятор напряжения для создания напряжения возбуждения возбуждения.
Вращающийся Возбудитель Переменного Тока моделирует вращающийся возбудитель переменного тока, который создает напряжение возбуждения, которое прикладывается к управляемой синхронной машине. Блок также подает ток возбуждающего поля (которому задается стандартный VFE символа) обратно в систему возбуждения.
Эта схема показывает общую структуру системной модели AC3C возбуждения:
На схеме:
VT и IT являются измеренными контактным напряжением и током синхронной машины.
VC1 - токо-компенсируемое контактное напряжение.
VC - фильтрованное, компенсированное током напряжение контакта.
VREF - базовое напряжение клеммы.
VS - напряжение стабилизатора степени.
EFE и VFE являются напряжением возбуждающего поля и током, соответственно.
EFD и IFD являются напряжением возбуждения и током, соответственно.
В следующих разделах подробно описывается каждая из основных частей блока.
Компенсатор тока моделируется как:
где:
RC - сопротивление компенсации нагрузки.
XC - реактивное сопротивление компенсации нагрузки.
Преобразователь измерения напряжения реализован как Low-Pass Filter блок с постоянными по времени TR. Дискретные и непрерывные реализации см. в документации для этого блока.
Эта схема иллюстрирует общую структуру элементов управления возбуждением:
На схеме:
Подсистема Summation Point Logic моделирует входное местоположение точки суммирования для ограничителя сверхэксцитирования (OEL), ограничителя недискриминации (UEL) и ограничителя тока статора (SCL) напряжений. Для получения дополнительной информации об использовании ограничителей с этим блоком, смотрите Полевые ограничители тока.
Подсистема PID_R моделирует ПИД-регулятор и она позволяет представлять модифицированные проекты, где к возбудителю добавляется современный цифровой возбудитель. Можно смоделировать системную модель возбуждения AC3A SM путем настройки параметров PID.
Блок Lead-Lag моделирует дополнительную динамику, связанную с регулятором напряжения. Здесь TC - постоянная времени выполнения, а TB - постоянная времени задержки. Дискретные и непрерывные реализации см. в документации для блока Lead-Lag.
Подсистема Take-over Logic моделирует входное расположение точки захвата для напряжений OEL, UEL и SCL. Для получения дополнительной информации об использовании ограничителей с этим блоком, смотрите Полевые ограничители тока.
Блок Low-Pass Filter моделирует основную динамику регулятора напряжения. Здесь KA - коэффициент усиления регулятора, а TA - основная временная константа регулятора. Минимальные и максимальные пределы насыщения против насыщения обмотки для блока VAmin и VAmax, соответственно.
Степень регулятора напряжения определяется выходным напряжением возбудителя. Командный сигнал регулятора напряжения, VA, умножается на выходное напряжение возбудителя, EFD и умножается на KR. Это добавляет в систему уровень нелинейности.
Блок Filtered Derivative моделирует путь обратной связи скорости для стабилизации системы возбуждения. В этом случае стабилизатор имеет нелинейную характеристику. Если выходное напряжение возбудителя, EFD, меньше, чем параметр Value of EFD at which feedback gain changes, E_FDN (pu), коэффициент усиления обратной связи KF. Если выходное напряжение возбудителя больше, чем параметр Value of EFD at which feedback gain changes, E_FDN (pu), коэффициент усиления обратной связи KN. Смотрите документацию по блоку Filtered Derivative для точных дискретных и непрерывных реализаций.
EFEmin и EFEmax являются минимальным и максимальным пределами насыщения для выходного EFE напряжения возбуждения.
Можно использовать различные ограничители тока возбуждения, чтобы изменить выход регулятора напряжения в небезопасных условиях работы:
Используйте ограничитель перенапряжения, чтобы предотвратить перегрев обмотки возбуждения из-за чрезмерной потребности в токе возбуждения.
Используйте ограничитель недооценки, чтобы увеличить возбуждение поля, когда оно слишком низко, что рискует десинхронизацией.
Используйте ограничитель тока статора, чтобы предотвратить перегрев обмоток статора из-за сверхтоков.
Приложите выход любого из этих ограничителей в одной из следующих точек:
Точка суммирования как часть цикла обратной связи автоматического регулятора напряжения (AVR)
Точка принятия для переопределения обычного поведения AVR
Если вы используете ограничитель тока статора в точке суммирования, используйте одну входную VSCLsum. Если вы используете ограничитель тока статора в точке захвата, используйте и вход перенапряжения, и VSCLoel, и вход недискажения, VSCLuel.
Эта схема иллюстрирует общую структуру вращающегося возбудителя переменного тока:
На схеме:
Ток возбуждающего VFE моделируется как суммирование трех сигналов:
Нелинейная функция Vx моделирует насыщение выходного напряжения возбудителя.
Пропорциональный термин KE моделирует линейное соотношение между выходным напряжением возбудителя и током возбуждения.
Эффект размагничивания тока нагрузки на выходное напряжение возбудителя моделируется с помощью постоянной KD размагничивания в цикле обратной связи.
Интегратор с подсистемой переменных пределов интегрирует различие между EFE и VFE, чтобы сгенерировать выходное напряжение генератора VE. TE является временной константой для этого процесса.
Нелинейная функция FEX моделирует падение выходного напряжения возбудителя от регулирования выпрямителя. Эта функция зависит от постоянной KC, которая сама является функцией коммутации реактивного напряжения.
Параметры VEmin и VFEmax моделируют нижний и верхний пределы вращающегося возбудителя.
[1] Рекомендуемая практика IEEE для системных моделей возбуждения для исследований устойчивости системы степеней. IEEE Std 421.5-2016. Piscataway, NJ: IEEE-SA, 2016.
