Система AC7C возбуждения синхронной машины в дискретном времени или в непрерывном времени, включая автоматический регулятор напряжения и возбудитель
Simscape/Электрический/Управление/SM Управление
Блок SM AC7C реализует системную модель возбуждения AC7C 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 AC7C состоит из пяти 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.
Источник степени и самовозбуждение моделируют источник степени для управляемого выпрямителя, когда он является независимым от напряжения контакта. Это также позволяет представлять самовозбуждение для возбудителя.
Эта схема показывает общую структуру системной модели AC7C 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.
SW1 и SW2 являются выбранными пользователем ключами источника степени для управляемого выпрямителя.
VB - напряжение возбуждающего поля.
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 точку суммирования входа местоположение для ограничителя сверхэксцитирования (OEL), ограничителя недискриминации (UEL), ограничителя тока статора (SCL) и степени переключателя (V_S) напряжения. Для получения дополнительной информации об использовании ограничителей с этим блоком, смотрите Полевые ограничители тока.
Существует три логические подсистемы Take-over. Они моделируют входные местоположения точек захвата для напряжений OEL, UEL, SCL и PSS. Для получения дополнительной информации об использовании ограничителей с этим блоком, смотрите Полевые ограничители тока.
Подсистема PID_R моделирует ПИД-регулятор этих функций как структуру управления для автоматического регулятора напряжения. Минимальные и максимальные пределы насыщения против насыщения обмотки для блока VRmin и VRmax, соответственно.
Подсистема PI_R моделирует ПИ-контроллер этих функций как структуру управления для регулятора тока возбуждения. Минимальные и максимальные пределы насыщения против насыщения обмотки для блока VAmin и VAmax, соответственно.
В случае самовозбуждения с ненулевым KR и параметром Power source selector SW2 установлено на Position B: do not use variable V_Bрегулятор степени напряжения получают из напряжения выхода возбудителя. Командный сигнал регулятора напряжения умножается на выходное напряжение возбудителя, EFD, раз в KR. Для получения дополнительной информации о выбранных пользователем логических ключах для источника степени управляемого выпрямителя, смотрите Источник степени и Самовозбуждение.
KF1 и KF2 моделируют внутренний цикл регулятора высокой полосы пропускания, который регулирует поле генератора или возбуждающий ток.
Блок Filtered Derivative моделирует путь обратной связи скорости для стабилизации системы возбуждения, если автоматический регулятор напряжения не имеет производного члена. Здесь KF3 и TF являются константами усиления и времени этой системы, соответственно. Дискретные и непрерывные реализации см. в документации для блока Filtered Derivative.
-K_L*VFE и inf 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 VOELscl, и вход недискажения, VUELscl.
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.
Можно использовать различные представления источников степени для управляемого выпрямителя, выбрав соответствующую опцию в параметре Power source selector SW1. Источник степени для управляемого выпрямителя может быть либо выведен из напряжения контакта (Position A: power source derived from terminal voltage) или это может быть независимо от напряжения на клемме (Position B: power source independent from the terminal conditions). Обратите внимание, что этот переключатель зависит от состояния второго логического переключателя.
Второй логический переключатель, Power source selector SW2, определяет, использует ли возбудитель самовозбуждение или нет. Возбудитель является самовозбужденным, если параметр Power source selector SW2 установлен в Position B: do not use variable V_B, так как параметры модели, сопоставленные с переменной VB не влияют на симуляцию.
[1] Рекомендуемая практика IEEE для системных моделей возбуждения для исследований устойчивости системы степеней. IEEE Std 421.5-2016. Piscataway, NJ: IEEE-SA, 2016.
