Synchronous Machine pu Standard

Динамика модели трехфазного круглого ротора или существенно-полюсной синхронной машины с помощью стандартных параметров в pu модулях

расширьте все на странице

Библиотека:
Simscape / Электрический / Специализированные Энергосистемы / Электрические Машины

Описание

Блок Synchronous Machine pu Standard моделирует синхронную машину в генераторе или моторном режиме с помощью стандартных параметров в pu модулях. Рабочий режим диктует знак механической энергии (положительный для режима генератора или отрицания для моторного режима). Электрическая часть машины представлена моделью в пространстве состояний шестого порядка, и механическая деталь эквивалентна в блоке Simplified Synchronous Machine.

Для получения дополнительной информации о pu модульной системе смотрите систему в относительных единицах Модулей.

Модель учитывает динамику статора, поля и обмоток демпфера. Эквивалентная схема модели представлена в системе координат ротора (система координат qd). Обмотки статора соединяются в Уае с внутренней нейтральной точкой. Все параметры ротора и электрические количества просмотрены от статора и идентифицированы запущенными переменными. Индексы:

d,q — d-и количество q-оси
R,s — Ротор и количество статора
l,m — Утечка и индуктивность намагничивания
f,k — Поле и демпфер извилистое количество

Электрическую модель машины показывают в этих схемах.

Динамическая модель с неравной взаимной индуктивностью

Обычная теория синхронного моделирования машины для анализа устойчивости принимает, что взаимная индуктивность между арматурой, демпфером и полем на обмотках прямой оси идентична. Обычно обмотки демпфера около воздушного зазора, и в результате поток, соединяющий схемы демпфера, почти равен арматуре соединения потока. Эта гипотеза производит приемлемые результаты для широкого спектра исследований устойчивости, особенно те на стороне сети. Однако когда дело доходит до поля текущие исследования, существует значительная ошибка. Динамическая модель эквивалентной схемы синхронной машины может включать дополнительную индуктивность, представляющую различие между полевым демпфером и полевой арматурой взаимная индуктивность на D-оси [1]. Эта индуктивность обычно называется Canay inductance. Индуктивность Canay соответствует потоку утечки, _ΦC, в следующем рисунке и интерпретирована как корректирующий элемент в эквивалентной модели, которая может иметь отрицательную величину [2].

IEEE^® стандарт 1110-2002 [3] подарки прямые и квадратичные оси синхронной динамической модели машины как показано в схемах.

Соответствующие уравнения:

$\begin{array}{l} V_{d} = - i_{d} R_{s} - ω ψ_{q} + \frac{d ψ_{d}}{d t} \\ V_{q} = - i_{q} R_{s} + ω ψ_{d} + \frac{d ψ_{q}}{d t} \\ V_{0} = - i_{0} R_{0} + \frac{d ψ_{0}}{d t} \\ V_{f d} = \frac{d ψ_{f d}}{d t} + R_{f d} i_{f d} \\ 0 = \frac{d ψ_{k d}}{d t} + R_{k d} i_{k d} \\ 0 = \frac{d ψ_{k q 1}}{d t} + R_{k q 1} i_{k q 1} \\ 0 = \frac{d ψ_{k q 2}}{d t} + R_{k q 2} i_{k q 2} \\ [\begin{matrix} ψ_{d} \\ ψ_{k d} \\ ψ_{f d} \end{matrix}] = [\begin{matrix} L {}_{m d}+ L_{l} & L_{m d} & L_{m d} \\ L_{m d} & L_{l k d} + L_{f}_{1 d} + L_{m d} & L_{f}_{1 d} + L_{m d} \\ L_{m d} & L_{f}_{1 d} + L_{m d} & L_{l f d} + L_{f}_{1 d} + L_{m d} \end{matrix}] [\begin{matrix} - i_{d} \\ i_{k d} \\ i_{f d} \end{matrix}] \\ [\begin{matrix} ψ_{q} \\ \begin{array}{l} ψ_{k q 1} \\ ψ_{k q 2} \end{array} \end{matrix}] = [\begin{matrix} L_{m q} + L_{l} & L_{m q} & L_{m q} \\ L_{m q} & L_{m q} + L_{k q 1} & L_{m q} \\ L_{m q} & L_{m q} & L_{m q} + L_{k q 2} \end{matrix}] [\begin{array}{l} \begin{matrix} - i_{q} \\ i_{k q 1} \end{matrix} \\ i_{k q 2} \end{array}] \end{array}$

Допущения и ограничения

В дискретных системах, когда вы устанавливаете параметр Discrete solver model блока Synchronous Machine к Trapezoidal non iterative, вам придется соединить маленькую паразитную активную нагрузку на терминалах машины, чтобы избежать числовых колебаний. Времена большой выборки требуют больших загрузок. Минимальная активная нагрузка пропорциональна шагу расчета. Как показывает опыт, помните, что с 25 μs временными шагами в системе на 60 Гц, минимальная нагрузка составляет приблизительно 2,5% степени номинала машины. Например, 200 синхронных машин MVA в энергосистеме, дискретизированной с 50 μs шагами расчета, требуют приблизительно 5% активной нагрузки или 10 МВт. Если шаг расчета уменьшается до 20 μs, активная нагрузка 4 МВт должна быть достаточной.

Однако, если вы устанавливаете параметр Discrete solver model блока Synchronous Machine к Trapezoidal iterative (alg. loop), можно использовать незначительную паразитную загрузку (ниже 0,1% номинальной степени) при сохранении числовой устойчивости. Эта итеративная модель производит алгебраический цикл и приводит к более медленной скорости симуляции.

Порты

Входной параметр

развернуть все

`Pm` — Механическая энергия
скаляр

Механическая энергия в вале машины, в pu. В режиме генератора этот вход может быть положительной константой или функционировать или выход блока движущей силы (см. Hydraulic Turbine and Governor или блоки Steam Turbine and Governor). В моторном режиме этот вход обычно является отрицательной константой или функцией.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Mechanical input (вкладка Configuration) к Mechanical power Pm.

`w` — Скорость машины
скаляр

Скорость машины, в rad/s.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Mechanical input (вкладка Configuration) к Speed w.

`Vf` — Полевое напряжение
скаляр

Полевое напряжение, в pu. Это напряжение может быть предоставлено регулятором напряжения в режиме генератора (см. блок Excitation System). В моторном режиме это значение этого входа обычно является константой.

Вывод

развернуть все

`m` — Сигнал измерения
Вектор с 24 элементами

Сигналы измерения, возвращенные как вектор с 24 элементами. Можно демультиплексировать эти сигналы при помощи блока Bus Selector.

Имя	Определение	Модули
МСФО	Статор текущий is_a	pu
ibs	Статор текущий is_b	pu
ics	Статор текущий is_c	pu
IQ	Статор текущий IQ	pu
ID	Статор текущий ID	pu
IFD	Поле текущая IFD	pu
ikq1	Демпфер, проветривающий текущий ikq1	pu
Ikq2	Демпфер, проветривающий текущий ikq2	pu
ikd	Демпфер, проветривающий текущий ikd	pu
phimq	Взаимный поток phimq	pu
phimd	Взаимный поток phimd	pu
vq	Напряжение статора vq	pu
vd	Напряжение статора vd	pu
lmq	Lmq насыщал индуктивность	pu
lmd	Lmd насыщал индуктивность	pu
dtheta	Угловое отклонение ротора d_theta	рад
w	Скорость ротора wm	pu
Pe	Электроэнергия Pe	pu
собственный вес	Собственный вес отклонения скорости ротора	pu
theta	Угловая theta механического устройства ротора	градус
Te	Электромагнитный крутящий момент Те	pu
\delta	Загрузите угловую дельту	градус
Pe0	Выведите активную мощность Peo	pu
Qe0	Выведите реактивную мощность Qeo	pu

Угловое отклонение угловой theta ротора представляет электрический угол, дающий мгновенное положение ротора относительно общей ссылки, вращающейся на синхронной скорости. Этот угол полезен в исследованиях устойчивости, чтобы измерить относительные положения роторов различных машин в сети. Положения роторов затем измеряются относительно положения theta данной машины, выбранной в качестве ссылки.

Сохранение

развернуть все

`A` — Поэтапно осуществите электрический терминал
специализированный электрический

Специализированный электрический порт сохранения сопоставил с фазой электрический терминал.

`B` — Фаза B электрический терминал
специализированный электрический

Специализированный электрический порт сохранения сопоставил с фазой B электрический терминал.

`C` — Фаза C электрический терминал
специализированный электрический

Специализированный электрический порт сохранения сопоставил с фазой C электрический терминал.

`S` — Вал ротора машины
механическое устройство

Порт сохранения вращательного механического устройства сопоставлен с валом ротора машины.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, установите параметр Mechanical input (вкладка Configuration) к Mechanical rotational port.

Параметры

развернуть все

Задайте стандартные параметры, также известные как операционные параметры, синхронной машины (такие столь же установившиеся, переходные, и/или подпереходные реактивные сопротивления и постоянные времени) как входные параметры с блоком. Как правило, производители машины обеспечивают операционные параметры.

В аналитическом программном обеспечении энергосистемы синхронные уравнения машины обычно решаются с помощью прямого нулевого квадратурой метода преобразования. Метод перевода данных вычисляет основные параметры от стандартных параметров [2], [3].

Настройка

`Preset model` — Электрические и механические параметры
`No` (значение по умолчанию) | `01: 50Hz 400V 8.1kVA 1500RPM` | `02: 50Hz 400V 16kVA 1500RPM` | ...

Набор предопределенных электрических и механических параметров для различных синхронных оценок машины степени (кВА), напряжение от фазы к фазе (V), частота (Гц) и оцененная скорость (об/мин).

Выберите одну из предварительно установленных моделей, чтобы загрузить соответствующие электрические и механические параметры. Выбор:

01: 50Hz 400V 8.1kVA 1500RPM
02: 50Hz 400V 16kVA 1500RPM
03: 50Hz 400V 31.3kVA 1500RPM
04: 50Hz 400V 42.5kVA 1500RPM
05: 50Hz 400V 60kVA 1500RPM
06: 50Hz 400V 85kVA 1500RPM
07: 50Hz 400V 250kVA 1500RPM
08: 50Hz 400V 325kVA 1500RPM
09: 50Hz 400V 670kVA 1500RPM
10: 50Hz 400V 910kVA 1500RPM
11: 50Hz 400V 1320kVA 1500RPM
12: 50Hz 400V 2000kVA 1500RPM
13: 60Hz 460V 10.2kVA 1800RPM
14: 60Hz 460V 20kVA 1800RPM
15: 60Hz 460V 37.5kVA 1800RPM
16: 60Hz 460V 52.5kVA 1800RPM
17: 60Hz 460V 72.5kVA 1800RPM
18: 60Hz 460V 100kVA 1800RPM
19: 60Hz 460V 300kVA 1800RPM
20: 60Hz 460V 406kVA 1800RPM
21: 60Hz 460V 800kVA 1800RPM
22: 60Hz 460V 1075kVA 1800RPM
23: 60Hz 460V 1588kVA 1800RPM
24: 60Hz 460V 2500kVA 1800RPM

Выберите No (значение по умолчанию), если вы не хотите использовать предварительно установленную модель или если вы хотите изменить некоторые параметры предварительно установленной модели, аналогичной описанному ниже.

Когда вы выбираете предварительно установленную модель, электрические и механические параметры во вкладке Parameters недоступны. Начать с предварительно установленной модели и затем изменить параметры машины:

Выберите предварительно установленную модель, вы хотите инициализировать параметры.
Измените параметр Preset model в No. Это действие не изменяет параметры машины, но повреждает связь с предварительно установленной моделью.
Измените параметры машины, как вы хотите.

`Mechanical input` — Механический вход
`Mechanical power Pm` (значение по умолчанию) | `Speed w` | `Mechanical rotational port`

Представлять ли механическую энергию, применился к валу или скорости ротора как Simulink^® вход блока, или представлять вал машины Simscape™ вращательный механический порт.

Выберите Mechanical power Pm задавать вход механической энергии, в pu, и осушать порт Pm. Скорость машины определяется инерцией постоянный H и различием между механическим крутящим моментом Tm, который следует из поданного механического питания Pm и внутренний электромагнитный крутящий момент Te. Когда скорость положительна, положительный сигнал механической энергии указывает на режим генератора, и отрицательный сигнал указывает на моторный режим.

Выберите Speed w задавать вход скорости в pu и осушать порт w. Скорость машины наложена, и механическая деталь модели (инерция постоянный H) проигнорирована. Используя скорость, когда механический вход позволяет вам моделировать механическое устройство, связывающееся между двумя машинами.

Следующая фигура указывает, как смоделировать жесткое соединение вала в моторной генераторной установке, где обе машины являются синхронными машинами.

Скорость выход машины 1 (двигатель) соединяется с входом скорости машины 2 (генератор). В этом рисунке момент трения проигнорирован в машине 2. Поэтому его электромагнитный крутящий момент, выход Te соответствует механическому крутящему моменту Tm, применился к валу машины 1. Соответствующая механическая входная мощность машины 1 вычисляется как Pm = Tm *w. Фактор Kw учитывает единицы скорости обеих машин (pu) и отношения коробки передач w2/w1. Фактор KT учитывает модули крутящего момента обеих машин (pu) и оценок машины. Кроме того, потому что инерция, J2 проигнорирован в машине 2, J2, относится к скорости машины 1 и должна быть добавлена, чтобы обработать машинным способом 1 инерцию, J1.

Выберите Mechanical rotational port осушать порт вращательного механического устройства Simscape, S, который позволяет вам подключению вала машины к другому валу машины или с другими блоками Simscape, которые имеют порты вращательного механического устройства.

Фигура указывает, как соединить блок Ideal Torque Source от библиотеки Simscape до порта вала машины, чтобы представлять машину в моторном режиме или режиме генератора, когда скорость ротора положительна.

`Rotor type` — Тип ротора
`Salient-pole` (значение по умолчанию) | `Round`

Задайте тип ротора как любой Salient-pole или Round (цилиндрический). Установка влияет на количество схем ротора на q-оси (обмотки демпфера).

`Use signal names to identify bus labels` — Как идентифицировать метки шины
`off` (значение по умолчанию) | `on`

Когда этот флажок устанавливается, измерение, выход использует имена сигнала, чтобы идентифицировать метки шины. Выберите эту опцию для приложений, которые требуют, чтобы метки сигнала шины имели только алфавитно-цифровые символы.

Когда этот флажок снимается, измерение, выход использует определение сигнала, чтобы идентифицировать метки шины. Метки содержат неалфавитно-цифровые символы, которые несовместимы с некоторыми приложениями Simulink.

Параметры

`Nominal power, line-to-line voltage, frequency [ Pn(VA) Vn(Vrms) fn(Hz) ]` — Номинальная степень, линия к линейному напряжению и частота
`[6e+04 400 50]` (значение по умолчанию) | трехэлементный вектор

Общая трехфазная полная мощность (ВА), линия к линейному напряжению RMS (pu), частота (Гц) и поле, текущее (pu).

Этот параметр идентичен параметру Nominal power, voltage, frequency, field current [ Pn(VA) Vn(Vrms) fn(Hz) ifn(A) ] блока Synchronous Machine SI Fundamental, за исключением того, что вы не задаете номинальное текущее поле. Это значение не требуется, потому что блоку Synchronous Machine pu Standard не нужен коэффициент трансформации. Поскольку количества ротора просматриваются от статора, они преобразованы в pu использование базовых количеств статора, выведенных из предшествования трем номинальным параметрам.

`Reactances [ Xd Xd' Xd'' Xq Xq'' Xl ] (pu)` — Реактивные сопротивления
[2.24 0.17 0.12 1.02 0.13 0.08] (значение по умолчанию) | вектор с шестью элементами

d - ось синхронное реактивное сопротивление Xd, переходное реактивное сопротивление Xd' и подпереходное реактивное сопротивление Xd''; q - ось синхронное реактивное сопротивление Xq и подпереходное реактивное сопротивление Xq''; и реактивное сопротивление утечки Xl (все в pu).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Rotor type на Salient-pole.

`Reactances [ Xd Xd' Xd'' Xq Xq' Xq'' Xl ] (pu)` — Реактивные сопротивления
[ 1.81, 0.3, 0.23, 1.76, 0.65, 0.25, 0.15 ] (значение по умолчанию)

d - ось синхронное реактивное сопротивление Xd, переходное реактивное сопротивление Xd' и подпереходное реактивное сопротивление Xd''; q - ось синхронное реактивное сопротивление Xq, переходное реактивное сопротивление Xq' и подпереходное реактивное сопротивление Xq''; и реактивное сопротивление утечки Xl (все в pu).

Зависимости

Чтобы включить этот параметр, установите Rotor type на Round.

`d axis` — d - постоянная времени оси
`Short-circuit` (значение по умолчанию) | `Open-circuit`

Постоянная времени для оси d.