В этом разделе вы:
Узнать, как симулировать систему трехфазного питания, содержащую электрические машины и другие трехфазные модели.
Симулируйте энергосистему и наблюдайте ее динамические характеристики при помощи и сравнение результатов Непрерывного и Simscape™ Electrical™ Phasor Специализированные типы симуляции Энергосистем (непрерывный и дискретный).
Можно использовать три типа машин в библиотеке Simscape> Electrical> Specialized Power Systems> Electrical Machines: упрощенные синхронные машины, подробные синхронные машины и асинхронные машины. Вы соединяете эти машины с линейными и нелинейными элементами, такими как трансформаторы, загрузки и прерыватели, чтобы изучить переходную устойчивость источника бесперебойного питания с помощью дизельного генератора.
Система 2D машины, показанная в этой однострочной схеме, представляет дизельный генератор и асинхронный двигатель в распределительной сети:
Дизельный генератор и асинхронный двигатель на распределительной сети
Эта система состоит из объекта (соедините шиной B2), симулированный активной нагрузкой на 1 МВт и моторной загрузкой (ASM), питаемый на уровне 2 400 В от системы распределения 25 кВ до 6 MVA, 25/2.4 kV трансформатор, и от чрезвычайного синхронного модуля генератора/дизельного двигателя (SM).
Система на 25 кВ моделируется простым эквивалентным источником R-L (уровень 1000 короткой схемы MVA, добротность X/R = 10) и загрузка на 5 МВт. Асинхронный двигатель оценивается 2 250 л. с., 2,4 кВ, и синхронная машина оценивается 3.125 MVA, 2,4 кВ.
Эта система моделируется в power_machines пример.
Параметры SM и модели дизельного двигателя и регулятора основаны на ссылке [1].
Первоначально, двигатель разрабатывает механическую энергию 2 000 л. с., и дизельный генератор находится в резервном устройстве, не поставляя активной мощности. Синхронная машина поэтому действует в качестве синхронного конденсатора, производящего только реактивную энергию, требуемую отрегулировать 2 400-вольтовую шину напряжение B2 в 1.0 pu. В t = 0.1 s, трехфазное к замыканию на землю происходит в системе на 25 кВ, вызывая открытие выключателя на 25 кВ в t = 0.2 s, и внезапное увеличение загрузки генератора. Во время переходного периода после отказа и islanding системы моторного генератора, синхронная система возбуждения машины и дизельный регулятор скорости реагируют, чтобы обеспечить напряжение и скорость в постоянном значении.
Когда вы симулируете эту систему впервые, вы обычно не знаете то, что начальные условия для SM и ASM, чтобы запуститься в устойчивом состоянии.
Эти начальные условия:
Блок SM: Начальные значения отклонения скорости (обычно 0%), угол ротора, величины и фазы токов в обмотках статора и начальное полевое напряжение, требуемое получить желаемое терминальное напряжение под заданным потоком загрузки.
Блок ASM: Начальные значения промаха, угла ротора, величин и фаз токов в обмотках статора.
Откройте блоки Asynchronous Machine и Synchronous Machine. Все начальные условия установлены в 0, за исключением начального напряжения поля SM и промаха ASM, которые установлены в 1 pu. Откройте три осциллографа, контролирующие SM и сигналы ASM и шину напряжение B2. Запустите симуляцию и наблюдайте первые 100 мс, прежде чем отказ будет применен.
Когда симуляция запускается, обратите внимание, что три тока ASM начинают с нуля и содержат медленно затухающий компонент DC. Скорости машины занимают намного более длительное время, чтобы стабилизироваться из-за инерции систем двигателя/загрузки и дизеля/генератора. В нашем примере ASM начинает вращаться в неправильном направлении, потому что моторный стартовый крутящий момент ниже, чем прикладной крутящий момент нагрузки. Остановите симуляцию.
Чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии с синусоидальными токами и постоянными скоростями, все состояния машины должны быть инициализированы правильно. Это - трудная задача выполнить вручную, даже для простой системы. Во вкладке Tools диалогового окна блока powergui нажмите кнопку Load Flow Analyzer. Используйте приложение Load Flow Analyzer, чтобы инициализировать машины.
[1] Ииджер К.Е. и Уиллис Дж.Р. "Моделирование аварийных дизельных генераторов в атомной электростанции на 800 мегаватт". Транзакции IEEE на энергетическом преобразовании. Vol.8, № 3, сентябрь 1993.
Когда вы увеличиваете сложность своей сети путем добавления дополнительных линий, загрузок, трансформаторов и машин, необходимое время симуляции становится более длинным. Кроме того, если вы интересуетесь медленными электромеханическими режимами колебания (обычно между 0,02 Гц и 2 Гц в больших системах), вам придется симулировать в течение нескольких десятков секунд, которые могут привести к длинным временам симуляции. Обычный непрерывный или дискретный метод решения поэтому не практичен для исследований устойчивости, включающих низкочастотные режимы колебания. Для этих исследований используйте метод фазовращателя (см. Представление Метода Симуляции Phasor).
Для исследования устойчивости вы игнорируете быстрые режимы колебания, которые следуют из взаимодействия линейного R, L, C линии распределенного параметра и элементы. Эти режимы колебания, которые обычно располагаются выше основной частоты 50 Гц или 60 Гц, не вмешиваются в медленные режимы машины и постоянные времени регулятора. В методе решения для фазовращателя эти быстрые режимы проигнорированы, заменив сетевые дифференциальные уравнения с набором алгебраических уравнений. Модель в пространстве состояний сети поэтому заменяется передаточной функцией, оцененной на основной частоте и имеющих отношение входных параметрах (текущий введенный машинами в сеть) и выходные параметры (напряжения на терминалах машины). Метод решения для фазовращателя использует уменьшаемую модель в пространстве состояний, состоящую из медленных состояний машин, турбин и регуляторов, таким образом существенно уменьшая необходимое время симуляции. Два типа решателя доступны для моделей фазовращателя: непрерывный и дискретный. Тип решателя задан в блоке powergui установкой Simulation type к любому Phasor (непрерывный) или Discrete phasor. Непрерывное решение для фазовращателя использует Simulink® решатель переменного шага. Решатели шага непрерывной переменной эффективны в решении этого типа проблемы. Примером решателя шага непрерывной переменной, который можно использовать в этой ситуации, является ode23tb временной шаг имеющий одного цикла основной частоты (1/60 s или 1/50 s). Discrete phasor использует локальный решатель, чтобы дискретизировать и решить модель фазовращателя в заданном шаге расчета. Discrete phasor метод симуляции позволяет вам использовать Simulink Coder™, чтобы сгенерировать код и симулировать вашу модель в режиме реального времени.
Примените метод решения для фазовращателя к системе 2D машины, вы симулировали n power_machines пример с условным методом. Откройте power_machines пример.
В блоке powergui, набор Simulation type к Phasor. Укажите, что основная частота раньше решала алгебраические сетевые уравнения. Введите 60 в поле Frequency. Обратите внимание на то, что слова Phasor 60 Hz теперь появитесь на значке powergui, указав, что этот новый метод используется, чтобы симулировать вашу схему. Чтобы запустить симуляцию в устойчивом состоянии, необходимо сначала повторить процедуру инициализации машины.
Заметьте, что симуляция теперь намного быстрее. Результаты соответствуют хорошо полученным с симуляцией непрерывного режима.
Можно также попробовать дискретную симуляцию фазовращателя. В блоке powergui, набор Simulation type к Discrete phasor и задайте шаг расчета 4e-3 секунда.
Синхронные формы волны машины сравнены на следующей фигуре для трех типов симуляции:
Непрерывный (желтый)
Phasor (непрерывный) (циан)
Дискретный фазовращатель с шагом расчета на 4 мс (пурпурный)
Сравнение результатов для непрерывных и методов симуляции Phasor
И модели фазовращателя (непрерывный и дискретный) соответствуют хорошо непрерывной модели.
Вопреки непрерывному решателю фазовращателя, который использует полный набор дифференциальных уравнений машины для моделирования статора и переходных процессов ротора, дискретного использования решателя фазовращателя упрощенные модели машины, где дифференциальные уравнения на стороне статора заменяются алгебраическими уравнениями. Эти модели машины более низкоуровневые устраняют два состояния (phid и phiq потоки статора) и производят результаты симуляции, похожие на коммерческое программное обеспечение устойчивости. По сравнению с непрерывным решателем фазовращателя дискретный решатель фазовращателя производит более чистые формы волны. В данном примере можно заметить, что в дискретной модели фазовращателя, скорость (w) и терминальное напряжение (Vt) высокочастотные колебания устраняются, и незначительный сбой напряжения Vt, наблюдаемый при размыкании контактов разъединителя, также устраняется.
Дискретный решатель фазовращателя имеет также два дополнительных преимущества:
Этот решатель использует метод надежного решения, который позволяет вам устранять машину паразитные загрузки.
Этот решатель позволяет вам использовать Simulink Coder, чтобы сгенерировать код и симулировать вашу модель в режиме реального времени.
Примечание
Когда вы устанавливаете Simulation type на Discrete phasor, эти два блока управления (Дизельный двигатель и Регулятор и Возбуждение) остаются непрерывными и все еще используют ode23tb решатель переменного шага. Если вы хотите симулировать эту модель в режиме реального времени, целая модель должна использовать фиксировано-разовые шаги. Поэтому необходимо изменить решатель переменного шага в решатель фиксированного шага, который использует тот же шаг расчета в качестве электрической сети.
Метод решения для фазовращателя проиллюстрирован в более комплексных сетях в следующих примерах:
Переходная устойчивость двух машин со стабилизаторами энергосистемы (PSS) и статического компенсатора var (SVC) (power_svc_pss модель)
Эффективность трех стабилизаторов энергосистемы для колебаний межобласти (power_PSS модель)
Первый пример иллюстрирует удар PSS и использование SVC, чтобы стабилизировать систему 2D машины. Второй пример сравнивает эффективность трех различных типов стабилизаторов энергосистемы в системе 2D области с четырьмя машинами.
Метод решения для фазовращателя также используется для моделей FACTS. Смотрите Улучшают Переходную Устойчивость Используя SVC и PSS и Поток энергии Управления Используя UPFC и PST.
