Этот пример показывает удар потери времени на гармоническом искажении двухуровневого конвертера, используемого в микротурбине на 50 кВт.
Схема представляет DC блоку преобразования AC 480 В, микротурбине на 50 кВт, соединенной с 600-вольтовой энергосистемой. Когда цель этого примера состоит в том, чтобы проиллюстрировать, что высокочастотные гармоники, сгенерированные инвертором, медленной динамикой газовой турбины и генератора постоянного магнита, не представлены. Группа Турбинного Выпрямителя Генератора моделируется как простой источник постоянного тока, вводящий требуемую мощность постоянного тока в шину DC. Инвертор использует PWM, двухуровневый конвертер IGBT (использующий Универсальный Мостовой брус). Модулятор SPWM использует несущую частоту 15 кГц. Система управления использует два регулятора: внутренний текущий цикл, управляющий током в шине B2 и внешний регулятор напряжения постоянного тока, управляющий напряжением на шине DC. Фильтры LC используются, чтобы уменьшить гармонические напряжения, произведенные в 480-вольтовой шине B2 (гармонические частоты вокруг множителей 15 кГц). Обратите внимание на то, что сопротивления на 1 Ом соединяются последовательно с конденсаторами на 30 мкФ фильтров шунта. Эти сопротивления используются к ослаблению не характеристические низкочастотные гармоники, следующие из резонанса, введенного фильтрами LC (приблизительно 1,9 кГц).
В двухуровневом полученном напряжением конвертере (VSC) с помощью идеальных переключателей эти два импульса, отправленные в верхний и более низкий IGBT каждой руки, могли быть дополнительными. Однако в практическом VSCs выключение полупроводниковых переключателей задерживается из-за эффекта устройства хранения данных. Поэтому задержка нескольких микросекунд (время устройства хранения данных + запас прочности) требуется, чтобы позволять полное исчезновение IGBT, который выключен перед включением другого IGBT. В противном случае короткая схема могла закончиться на шине DC. Потеря времени моделируется путем представления блока On/Off Delay в импульсном входе блока конвертера. Задержка, заданная в том блоке, применяется на возрастающие ребра импульсов.
Для получения приемлемую точность с 15 кГц, переключающими частоту, шаг расчета Ts_Power =, 0,5 микросекунды используются, чтобы дискретизировать схему. Дискретная система управления использует намного больший шаг расчета (микросекунды Ts_Control=50)
1. Симуляция с нулевой потерей времени
Запустите симуляцию и наблюдайте напряжения, текущие, степень и управляющие сигналы на блоке Scope. Симуляция была автоматически инициализирована, чтобы запуститься в устойчивом состоянии. Текущий Iq_ref квадратурной оси обнуляется в токовом контроллере для того, чтобы произвести энергию в коэффициенте мощности единицы. Поэтому напряжение и текущий в шине B2 (прослеживают 1) находится в фазе. Напряжение постоянного тока (прослеживают 4) отрегулировано на уровне 900 В. На трассировке 3, можно наблюдать потребление энергии (набор в номинальной степени 50 кВт) и измеренная выходная мощность в шине B2 (49 кВт из-за потерь на 1 кВт в конвертере и фильтрах).
Если симуляция завершается, откройте Powergui и выберите "FFT Analysis", чтобы отобразить спектр частоты сигналов, сохраненных в структуре ScopeData (переменная, заданная в блоке Scope). Убедитесь, что вход VaIa_B2 (pu) и сигнал номер 1 выбраны. БПФ будет выполняться на последнем цикле фазы напряжение в шине B2. Затем нажмите Display, чтобы наблюдать спектр частоты на 0-50000 Гц. Как ожидалось гармоники наблюдаются в основном вокруг множителей переключающейся частоты (15 кГц). Общее гармоническое искажение (THD) отображено выше спектра (% THD=0.75). THD также измеряется в процессе моделирования блоком "Discrete THD" (проследите 5 из Scope1),
2. Удар потери времени на гармоническом искажении
Теперь переместите ручной переключатель в его верхнее положение, чтобы применить потерю времени 1 микросекунды к импульсам увольнения. Повторите симуляцию и анализ БПФ в течение многих потерей времени до 3 микросекунд. Вы отметите увеличение THD, когда потеря времени будет увеличена. Результаты анализа частоты получены в итоге в таблице, показанной на модели в течение многих потерей времени, состоявших между нулем и 3 микросекунды. Эта таблица показывает, что амплитуда основных характеристических частот (приблизительно 15 кГц) не варьируется значительно, когда потеря времени увеличена. Увеличение THD вызывается в основном введением низкочастотных гармоник (в основном 5-й, 7-й и 11-й). Для 3 нас потеря времени THD имеет увеличения от 0,74% до 1,75%. Таблица также показывает увеличения индекса модуляции, когда потеря времени увеличивается, указывая на менее эффективное использование напряжения постоянного тока. С 900-вольтовым напряжением постоянного тока, если бы потеря времени была бы увеличена выше 3 нас, индекс модуляции был бы выше, чем 1and, дополнительное искажение было бы введено из-за перемодуляции. Можно проверять гармоническое искажение на различные выходные мощности и DC рабочие напряжения путем определения новых значений в "Потреблении энергии" постоянный блок и в постоянном блоке "Vdc_ref" (в Системе управления).
Начальные состояния, требуемые запустить эту модель в устойчивом состоянии, были сохранены в "power_microturbineDT.mat" файле. Когда вы открываете эту модель, коллбэк InitFcn (в Свойствах/Коллбэках Модели) автоматически загружает в вашу рабочую область содержимое этого .mat файла ("xInitial" переменная).
Если вы измените эту модель или измените значения параметров компонентов степени, начальные условия, сохраненные в "xInitial" переменной, больше не будут допустимы, и Simulink® выдаст ошибку сообщение. Чтобы регенерировать начальные условия для вашей модифицированной модели, выполните описанные ниже шаги:
1. В меню Simulation/Configuration Parameters/Data Import/Export Parameters снимите флажок с параметром "начального состояния".
2. Измените Время остановки Симуляции в 1 секунду. Обратите внимание на то, что для того, чтобы сгенерировать начальные условия, когерентные с исходным углом фазы напряжения на 60 Гц, Время остановки должно целое число циклов на 60 Гц.
3. Измените режим симуляции с "нормального" на "акселератор".
4. Запустите симуляцию. Когда симуляция завершается, проверьте, что устойчивое состояние было достигнуто путем рассмотрения форм волны, отображенных на осциллографе. Конечные состояния, которые были сохранены в "xFinal" структуре со временем, могут использоваться в качестве начальных состояний для будущих симуляций. Выполнение следующих двух команд копирует эти итоговые условия в "xInitial" и сохраняет эту переменную в новом файле (myModel_init.mat).
>> xInitial=xFinal;
>> save myModel_init xInitial
5. В окне File-> Model Properties-> Callbacks-> InitFcn поменяйте имя файла инициализации от "power_microturbineDT.mat" до "myModel_init.mat". В следующий раз, когда вы открываете эту модель, переменная xInitial сохраненный в myModel_init.mat файле загрузится в вашей рабочей области.
6. В меню Simulation-> Configuration Parameters проверяйте "начальное состояние".
7. Запустите симуляцию и проверьте, что ваша модель запускается в установившемся.
8. Измените Режим Времени остановки и Симуляции Симуляции назад в их исходные значения (0,2 секунды, Нормальные).
9. Сохраните свою модель.