Представление метода симуляции Phasor
Введение
В этом разделе, вас
Примените метод симуляции фазовращателя к простой линейной схеме
Изучите преимущества и ограничения этого метода
До сих пор вы использовали два метода, чтобы симулировать электрические схемы:
Симуляция с переменными временными шагами с помощью непрерывного Simulink® решатели
Симуляция с фиксированными временными шагами с помощью дискретизированной системы
Этот раздел объясняет, как использовать третий метод симуляции, метод решения для фазовращателя.
Когда использовать решение Phasor
Метод решения для фазовращателя в основном используется, чтобы изучить электромеханические колебания энергосистем, состоящих из больших генераторов и двигателей. Примером этого метода является симуляция системы мультимашины в Трехфазных Системах и Машинах. Однако этот метод не ограничивается исследованием переходной устойчивости машин. Это может быть применено к любой линейной системе.
Если в линейной схеме вы интересуетесь только изменениями в величине и фазе всех напряжений и токов, когда переключатели закрыты или открыты, вы не должны решать все дифференциальные уравнения (модель в пространстве состояний), следующая из взаимодействия R, L, и элементов C. Можно вместо этого решить намного более простой набор алгебраических уравнений, связывающих векторы напряжений и токов. Это - то, что делает метод решения для фазовращателя. Когда его имя подразумевает, этот метод вычисляет напряжения и токи как фазовращатели. Phasors являются комплексными числами, представляющими синусоидальные напряжения и токи на особой частоте. Они могут быть описаны любой в Декартовых координатах (действительный и мнимый) или в полярных координатах (амплитуда и фаза). Когда электрические состояния проигнорированы, метод решения для фазовращателя не требует, чтобы конкретный решатель решил электрическую часть вашей системы. Симуляция поэтому намного быстрее, чтобы выполниться. Следует иметь в виду, однако, что этот более быстрый метод решения дает решение только на одной особой частоте.
Непрерывные и дискретные решения Phasor
В параметре Simulation type блока Powergui можно выбрать один из двух методов симуляции. Phasor задает непрерывное решение для фазовращателя с помощью решателя переменного шага Simulink (такого как ode23tb). Дискретный фазовращатель использует локальный решатель, чтобы дискретизировать и решить модель фазовращателя в заданном шаге расчета. Дискретный метод симуляции фазовращателя позволяет вам использовать Simulink Coder™, чтобы сгенерировать код и симулировать вашу модель в режиме реального времени.
Вопреки непрерывному решателю фазовращателя, который использует полный набор дифференциальных уравнений машины для моделирования статора и переходных процессов ротора, дискретное использование решателя фазовращателя упростило трехфазные синхронные и асинхронные модели машины, где дифференциальные уравнения на стороне статора заменяются алгебраическими уравнениями. Эти модели машины более низкоуровневые устраняют два состояния (phid и phiq потоки статора), чтобы произвести результаты симуляции, похожие на коммерческое программное обеспечение устойчивости.
Из-за этого упрощения высокочастотные изменения электромагнитного крутящего момента и скорости из-за компонентов DC переходных токов статора проигнорированы, приведя к более чистым формам волны, которые идентичны полученным с программным обеспечением устойчивости. Для исследований устойчивости систем мультимашины, включающих низкую частоту электромеханические колебания (обычно в области значений на 0.1-2 Гц), дискретный решатель фазовращателя произведет точные изменения частоты и напряжения с шагами расчета в области значений на 2-8 мс, но который может отличаться немного от полученных с непрерывным решателем фазовращателя. Для моделей, содержащих машины, фазовращатель и дискретные решатели фазовращателя приведут к идентичным результатам.
Большие шаги расчета допускали дискретный решатель фазовращателя, позволяет вам симулировать намного большие системы, чем с дискретным решателем (когда параметр Simulation type устанавливается на Discrete). Дискретный решатель фазовращателя имеет также несколько дополнительных преимуществ:
Это использует метод надежного решения, который позволяет ему устранять машину паразитные загрузки.
Это устраняет незначительные сбои напряжения, которые происходят с непрерывным решателем фазовращателя во время очистки отказа, потому что небольшие постоянные времени используются в моделях машины, чтобы повредить алгебраические циклы.
Это симулирует системы мультимашины быстрее, чем непрерывный решатель фазовращателя.
Это позволяет вам использовать Simulink Coder, чтобы сгенерировать код и симулировать вашу модель в режиме реального времени. С непрерывным решателем фазовращателя, моделирование в реальном времени, только если модель не содержит машин.
Непрерывная симуляция Phasor переходного процесса схемы
Вы теперь применяете метод решения для фазовращателя к простой линейной схеме. Откройте пример под названием Анализ переходных процессов Линейной схемы (power_transient).
Эта схема является упрощенной моделью 60 Гц, система трехфазного питания на 230 кВ, где только одна фаза представлена. Эквивалентный источник моделируется источником напряжения (RMS на 230 кВ / sqrt (3) или RMS на 132,8 кВ, 60 Гц) последовательно с ее внутренним импедансом (RS Ls). Источник питает загрузку RL через 150-километровую линию электропередачи смоделированной одним разделом PI (ветвь RL1 и две емкости шунта, C1 и C2). Выключатель используется, чтобы переключить загрузку (75 МВт, 20 Mvar) в приемном конце линии электропередачи. Два блока измерения используются, чтобы контролировать напряжение загрузки и текущий.
Блок Powergui в нижнем левом углу указывает, что модель непрерывна. Выберите сигналы V_line и I_load. От Инспектора Данных моделирования выберите Log Selected Signals. Запустите симуляцию и наблюдайте переходные процессы в напряжении и формах тока, когда загрузка будет сначала выключена в t = 0,0333 с (2 цикла) и включена снова в t = 0,1167 с (7 циклов).
Вызов решения Phasor в блоке Powergui
Вы теперь симулируете ту же схему с помощью метода симуляции фазовращателя. Эта опция доступна через блок Powergui. Откройте блок Powergui. Установите параметр Simulation type на Phasor. Укажите, что частота раньше решала алгебраические сетевые уравнения. Значение по умолчанию 60 Гц должно уже быть введено в поле Frequency (Hz). Закройте Powergui и заметьте что слова Phasor 60 Hz теперь появитесь на значке Powergui, указав, что Powergui теперь применяет этот метод, чтобы симулировать вашу схему. Прежде, чем перезапустить симуляцию, задайте соответствующий формат для двух сигналов, отправленных в блок Scope.
Выбор форматов измерения сигнала Phasor
Если вы теперь дважды кликаете блок Voltage Measurement или блок Current Measurement, вы видите, что параметр Output Signal позволяет вам выводить сигналы фазовращателя в четырех различных форматах: Complex (выбор по умолчанию), Real-Imag, Magnitude-Angle, или только Magnitude. Complex формат полезен, когда это необходимо, чтобы обработать комплексные сигналы. Обратите внимание на то, что блок Scope не принимает комплексные сигналы. Выберите Magnitude формат и для Line Voltage и для блоков Load Current Measurement. Это позволяет вам наблюдать величину напряжения и текущих фазовращателей.
Перезапустите симуляцию. Откройте Инспектора Данных моделирования. Формы волны, полученные из непрерывной симуляции и симуляции фазовращателя, накладываются в этом графике.
Формы волны, полученные с непрерывными и методами симуляции Phasor
Обратите внимание на то, что с непрерывной симуляцией, открытие выключателя происходит при следующем нулевом пересечении текущего выполнения вводного приказа; тогда как для симуляции фазовращателя, это открытие мгновенно. Это вызвано тем, что нет никакой концепции нуля, пересекающегося в симуляции фазовращателя.
Обработка напряжения и текущего Phasors
Чтобы использовать Дискретный метод решения для фазовращателя, откройте блок powergui и установите Simulation type на Discrete phasor. Установите Sample time (s) на 1e-3 секунда. Запустите симуляцию. Напряжение и текущие формы волны величины должны соответствовать непрерывной модели фазовращателя, за исключением того, что разрешение в течение времени переключения прерывателя - теперь 1 мс.
Complex формат позволяет использование комплексных операций и обработки фазовращателей, не разделяя действительные и мнимые части. Предположим, например, что необходимо вычислить потребление энергии загрузки (активная мощность P и реактивная мощность Q). Комплексная степень S получен из напряжения и текущих фазовращателей как
где I* сопряженный из текущего фазовращателя. 1/2 фактор требуется, чтобы преобразовывать величины напряжения и текущий от пиковых значений до значений RMS.
Выберите Complex формат и для текущего и для напряжение и, с помощью блоков из библиотеки Simulink Math, реализует измерение мощности как показано.
Расчет степени Используя комплексное напряжение и текущий
Блоки Complex to Magnitude-Angle требуются, чтобы преобразовывать комплексные фазовращатели в величины прежде, чем отправить их в осциллограф.
Обратите внимание на то, что блок Power (phasor), доступный в библиотеке Specialized Power Systems> Control & Measurements > Measurements, реализует вышеупомянутое комплексное уравнение для измерения активной мощности (P) и реактивная мощность (Q). Соедините комплексные выходы напряжения и текущих блоков измерения к V и входным параметрам I блока Power (phasor).