Моделирование в электроэнергетике Митрофанов С.В
.pdf–трехфазный измеритель активной и реактивной мощностей (3-phase Instantaneous Active & Reactive Power: 3-phase P & Q);
–блоки для наблюдения измеренных действующих значений токов и напряжений в цепи и их начальных фаз, а также измеренных мощностей (Display).
1 |
RMS |
|
U_Faz_ist |
|
U_faz_ist |
|
RMS_Ufaz_ist |
|
|
Mag |
|
|
Fourier |
|
|
Phase |
|
|
Fourier_Ufaz_ist |
|
2 |
RMS |
|
I_Lin |
|
I_lin |
|
RMS_Ilin |
|
|
Mag |
|
|
Fourier |
|
|
Phase |
|
|
Fourier_Ilin |
|
faza U_faz_ist
faza I_lin
3 |
|
|
|
RMS |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
U_Faz_nag |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U_faz_nag |
|
faza U_faz_nag |
|||||||
|
|
RMS_Ufaz_nag |
|
|
|
Mag |
|
Vabc |
|
|
Fourier |
|
PQ |
|
|
Phase |
|
|
|
|
|
Iabc |
|
|
|
|
|
|
|
|
Fourier_Ufaz_nag |
|
3-phase |
P & Q |
|
|
|
P & Q |
|
4 |
RMS |
|
|
|
I_Faz |
|
I_faz |
faza I_faz |
|
|
RMS_Ifaz |
|
||
|
Mag |
|
|
|
|
Fourier |
|
|
|
|
Phase |
|
|
|
Fourier_Ifaz
Рисунок 9.7 – Подсистема Izmereniya для симметричного режима работы
В диалоговых окнах блоков RMS и Fourier основным параметром настройки является частота. Для блока Fourier помимо частоты следует указать номер гармоники, на которой проводится измерение.
Параметры блоков Display и 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power
оставляем «по умолчанию».
Результаты имитационного моделирования симметричного режима работы трехфазной цепи, осциллограммы измеренных токов и напряжений (задание №8) и
71
его сравнение с результатами математического моделирования (задание №4) приведены на рисунках 9.8 – 9.10.
а)
|
|
|
381.1 |
-0.001356 |
б) |
1 |
RMS |
381 |
-120 |
U_Faz_ist |
|
|||
|
381.1 |
120 |
||
|
|
RMS_Ufaz_ist |
||
|
|
Mag |
U_faz_ist |
faza U_faz_ist |
|
|
Fourier |
||
|
|
|
|
|
|
|
Phase |
|
|
|
|
Fourier_Ufaz_ist |
|
|
|
|
|
57.16 |
-0.001356 |
|
2 |
RMS |
57.16 |
-120 |
|
I_Lin |
|
||
|
|
57.16 |
120 |
|
|
|
RMS_Ilin |
||
|
|
Mag |
I_lin |
faza I_lin |
|
|
Fourier |
||
|
|
Phase |
|
|
|
|
Fourier_Ilin |
|
|
|
|
|
660 |
30 |
|
3 |
RMS |
660 |
-90 |
|
U_Faz_nag |
|
||
|
|
660 |
150 |
|
|
|
RMS_Ufaz_nag |
|
|
Mag |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U_faz_nag |
faza U_faz_nag |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
Fourier |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
Phase |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Vabc |
|
|
|
|
6.534e+004 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fourier_Ufaz_nag |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
PQ |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Iabc |
|
|
|
0 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3-phase |
P & Q |
|
|
|
|
P & Q |
|
|
|
33 |
30 |
|
|
|
|
|
|
||
4 |
RMS |
33 |
-90 |
|
|
I_Faz |
|
|
|
||
|
33 |
150 |
|
|
|
|
RMS_Ifaz |
|
|
||
|
Mag |
I_faz |
faza I_faz |
|
|
|
Fourier |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Phase |
|
|
|
|
|
Fourier_Ifaz |
|
|
|
|
а) токи, напряжения и мощности, рассчитанные в MatCAD; б) токи, напряжения и мощности, полученные в MatLAB
Рисунок 9.8 – Сравнение результатов моделирования симметричного режима работы трехфазной цепи
72
Рисунок 9.9 – Осциллограммы фазных напряжений источника и линейных токов в симметричном режиме
Рисунок 9.10 – Осциллограммы напряжений и токов на нагрузке в симметричном режиме
73
Исследование несимметричных и аварийных режимов работы цепей, возни-
кающих в результате коротких замыканий, обрывов линий, а также изменения нагрузки, возможно при использовании в модели блоков, моделирующих коммута-
ционные аппараты. К таким блокам относятся Ideal Switch и Breaker.
Блок Ideal Switch применяется для коммутации в цепях постоянного и пере-
менного тока, а блок Breaker только для коммутации цепей переменного тока (При-
ложение А.2.2 и А.3.1).
Для исследования несимметричного (аварийного) режима работы трехфазной цепи создана модель, приведенная на рисунке 9.11. Перечень блоков модели, а также их параметры остаются такими же, как и при исследовании симметричного режима работы. Моделирование обрыва фазного провода «са» нагрузки осуществляется с помощью выключателя переменного тока (Breaker).
Breaker
|
A |
Vabc |
[U_Faz_ist] |
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
Iabc |
[I_Lin] |
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
B |
a |
A |
A |
|
C |
|
b |
B |
B |
|
|
|
|
|||
Three-Phase Source |
C |
|
C |
C |
6 |
|
|
c |
Three-Phase |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Three-Phase |
|
|
|
|
||
|
U,I_Faz |
||||||
V-I Measurement |
|
||||||
Series RLC Branch |
|||||||
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
[U_Faz_nag] [I_Faz]
|
[U_Faz_ist] |
|
|
U_Faz_ist |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Continuous |
|
|
[U_Faz_ist] |
|
|
|
|
|
[U_Faz_nag] |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
[I_Lin] |
|
|
I_Lin |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
powergui |
|
|
[I_Lin] |
|
|
|
|
|
[I_Faz] |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
[U_Faz_nag] |
|
|
U_Faz_nag |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[I_Faz] |
|
|
I_Faz |
|
|
|
|
Scope |
|
|
|
Scope1 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Izmereniya
Рисунок 9.11 – Модель исследования аварийного режима работы трехфазной цепи
Окно задания параметров блока приведено на рисунке 9.12.
При выполнении задания рекомендуется смоделировать идеальный коммута-
ционный аппарат, установив сопротивление выключателя в замкнутом состоянии в пределах (10-12 – 10-8) Ом, а сопротивления искрогасящей цепи принять равными ну-
лю. Для моделирования коммутаций в цепи необходимо:
– выбрать начальное положение выключателя;
74
–выбрать способ управления выключателем: от встроенного таймера или от внешнего сигнала (при установке флажка External control of switching times);
–установить время срабатывания выключателя: в зависимости от способа управления время срабатывания выключателя устанавливается непосредственно в поле Switching times, либо в параметрах блока, который используется для внешнего управления выключателем.
В рассматриваемом примере требуется смоделировать обрыв фазного провода, поэтому начальное положение выключателя – «замкнут», т.е. «1». Управление выключателем выбрано от встроенного таймера, поэтому в поле Switching times установлено требуемое время срабатывания (размыкания) – 0,05 с (в соответствии с заданием №4).
Рисунок 9.12 – Окно задания параметров выключателя переменного тока
Измерения действующих значений линейных и фазных токов и напряжений и их начальных фаз в подсистеме Izmereniya (рисунок 9.13) проводятся аналогично симметричному режиму работы цепи.
75
1 |
RMS |
|
U_Faz_ist |
|
U_faz_ist |
|
RMS_Ufaz_ist |
|
|
|
|
|
Mag |
|
|
Fourier |
|
|
Phase |
|
|
Fourier_Ufaz_ist |
|
2 |
RMS |
|
I_Lin |
|
I_lin |
|
RMS_Ilin |
|
|
Mag |
|
|
Fourier |
|
|
Phase |
|
|
Fourier_Ilin |
|
faza U_faz_ist
faza I_lin
3 |
RMS |
|
|
|
|
|
U_Faz_nag |
|
U_faz_nag |
faza U_faz_nag |
[Uab] |
V |
|
|
RMS_Ufaz_nag |
[Iab] |
PQ |
|
||
|
|
|
I |
|
||
[Uab] |
|
|
|
|
||
Mag |
|
|
|
P & Q_ab |
|
|
[Ubc] |
|
|
|
|
||
Fourier |
|
|
[Ubc] |
V |
|
|
|
Phase |
|
|
|
||
[Uca] |
|
|
|
PQ |
|
|
|
|
|
[Ibc] |
|
||
Fourier_Ufaz_nag |
|
|
I |
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
P & Q |
|
|
|
|
|
|
P & Q_bc |
|
4 |
RMS |
|
|
[Uca] |
V |
Sum |
|
|
|
PQ |
|||
|
|
|
|
[Ica] |
|
|
I_Faz |
|
I_faz |
faza I_faz |
I |
|
|
|
RMS_Ifaz |
|
P & Q_ca |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
[Iab] |
Mag |
|
|
|
|
|
[Ibc] |
|
|
|
|
|
|
Fourier |
|
|
|
|
|
|
[Ica] |
Phase |
|
|
|
|
|
Fourier_Ifaz |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 9.13 – Подсистема Izmereniya для аварийного режима работы
Измерение мощностей трехфазной цепи в несимметричном (аварийном) ре-
жиме работы рекомендуется провести с использованием трех однофазных измерите-
лей активной и реактивной мощностей (Active & Reactive Power) и сумматора (Sum).
Окна настройки параметров этих блоков приведены на рисунках 9.14, 9.15 соответ-
ственно.
Рисунок 9.14 – Окно задания параметров однофазного измерителя активной и реактивной мощностей
76
Рисунок 9.15 – Окно задания параметров сумматора
Блоки Demux использованы для выделения из трехфазной системы токов и напряжений нагрузки их начальных фаз.
Необходимо отметить, что измерения токов и напряжений в несимметричном
(аварийном) режиме следует проводить после окончания переходного процесса, вы-
званного коммутацией. Следовательно, время моделирования должно превышать время срабатывания коммутационного аппарата. В рассматриваемом примере время моделирования установлено равным 0,1 с.
Результаты моделирования аварийного режима работы трехфазной цепи, ос-
циллограммы измеренных токов и напряжений приведены на рисунках 9.16 – 9.18.
77
а)
|
|
|
381.1 |
-0.001353 |
|
|
1 |
RMS |
381 |
-120 |
|
б) |
U_Faz_ist |
|
|||
RMS_Ufaz_ist |
381.1 |
120 |
|||
|
|
||||
|
|
Mag |
U_faz_ist |
faza U_faz_ist |
|
|
|
Fourier |
|||
|
|
|
|
||
|
|
Phase |
|
|
|
|
|
Fourier_Ufaz_ist |
|
|
|
|
|
|
33 |
30 |
|
|
2 |
RMS |
57.16 |
-120 |
|
|
I_Lin |
|
|||
|
|
33 |
90 |
||
|
|
RMS_Ilin |
|||
|
|
Mag |
I_lin |
faza I_lin |
|
|
|
Fourier |
|||
|
|
Phase |
|
|
|
|
|
Fourier_Ilin |
|
|
|
|
|
|
660 |
30 |
|
|
3 |
RMS |
660 |
-90 |
|
|
U_Faz_nag |
|
|||
|
|
0 |
0 |
||
|
|
RMS_Ufaz_nag |
[Uab] |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[Ubc] |
|
|
|
|
|
Mag |
|
U_faz_nag |
|
faza U_faz_nag |
||||||
|
|
|
|
|
Fourier |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
[Uca] |
|
|
|
|
|
Phase |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Fourier_Ufaz_nag |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
33 |
30 |
|
4 |
RMS |
33 |
-90 |
|
I_Faz |
|
|||
|
0 |
0 |
||
|
RMS_Ifaz |
|||
[Iab] |
Mag |
|
|
|
[Ibc] |
I_faz |
faza I_faz |
||
Fourier |
||||
|
|
|||
[Ica] |
Phase |
|
|
|
Fourier_Ifaz |
|
|
||
|
|
|
[Uab] |
|
|
V |
|
|
|
|
|
|
|
|||
[Iab] |
|
|
PQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
I |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
[Ubc] |
|
P & Q_ab |
|
|||
|
||||||
|
|
|
|
|
||
|
|
V |
|
|
||
|
|
|
|
|||
[Ibc] |
|
|
PQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
I |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
[Uca] |
|
P & Q_bc |
|
|||
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V |
|
|
||
|
|
|
|
|||
[Ica] |
|
|
PQ |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
I |
|
|
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P & Q_ca |
|
4.356e+004
3.916e-011
P & Q
а) токи, напряжения и мощности, рассчитанные в MatCAD; б) токи, напряжения и мощности, полученные в MatLAB
Рисунок 9.16 – Сравнение результатов моделирования аварийного режима работы трехфазной цепи
78
Рисунок 9.17 – Осциллограммы фазных напряжений источника и линейных токов при обрыве фазного провода «са»
Рисунок 9.18 – Осциллограммы токов и напряжений на нагрузке при обрыве фазного провода «са»
Следует отметить, что особенностью блока Breaker является «задержка в срабатывании», т.е. при подаче команды на отключение (или при снятии управляющего сигнала) разрыв цепи происходит лишь при достижении током нулевого уровня (ри-
сунок 9.18).
79
10 Формирование несинусоидального сигнала
10.1 Постановка задачи № 9
Собрать модель, позволяющую получить исходный несинусоидальный сигнал, разложенный в задании № 5 в ряд Фурье.
10.2 Методические указания к выполнению задания № 9
В соответствии с заданием для формирования несинусоидального сигнала,
разложенного в п.6.2 в ряд Фурье, создана модель (рисунок 10.1), которая содержит:
–блок подсистемы (Subsystem: Garmoniki);
–мультиплексор (Mux);
–осциллографы (Scope1, Scope2);
–сумматор (Sum);
–блок powergui.
Out1 |
|
|
|
Continuous |
|
Out2 |
|
|
Out3 |
powergui |
|
|
|
|
Out4 |
|
|
Out5 |
|
|
Out6 |
|
|
Out7 |
|
|
Out8 |
Scope 1 |
Scope 2 |
|
||
Out9 |
|
|
Out10 |
|
|
Garmoniki |
|
|
Рисунок 10.1 – Модель для формирования несинусоидального сигнала
80