Учебное пособие Номер государственной регистрации электронного издания в фгуп нтц информрегистр 0321300817
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
Active & Reactive Power Вычисления производят по формулам dt ) t ( I ) t ( U T 1 P t T t , (3.3) dt ) 2 / t ( I ) t ( U T 1 Q t T t , (3.4) где T – период основной частоты. 3.3.2 Блок 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power Блок 3-phase Instantaneous Active & Reactive Powerпозволяет вычислять текущие значения активной и реактивной мощности в трехфазных цепях по величине токов и напряжений, подаваемых на его вход. Входы блока подключаются к цепи через блок Three-Phase V-I Measurement. При этом блок Three-Phase V-I Measurement 125 необходимо настроить на измерение напряжения phase-to-ground (см. рис. 3.9). На выходе блока формируется вектор, первая составляющая которого – активная мощность, потребляемая нагрузкой, а вторая – реактивная. Окно настроек блока не имеет параметров. Внутренняя схема блока 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power приведена на рисунке 3.12, производит определение активной и реактивной мощности трехфазной нагрузки. Рисунок 3.12 – Внутренняя схема блока 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power Для вычисления активной мощности находится сумма скалярных произведений фазных напряжений и токов соответственно. C фC B фB фА фА I U I U I U P (3.5) Реактивная мощность определяется как сумма скалярных произведений линейных напряжений на фазные токи, деленная на 3 3 C AB B CA A ВС I U I U I U Q (3.6) На выходе блока формируется вектор из двух значений активной (Р) и реактивной (Q) мощности. 126 Вычисленная реактивная мощность верна только для случая симметричной нагрузки и отсутствия гармоник в кривых тока и на- пряжения. Если данные условия не выполняются, то в модели следует использовать блоки Active & Reactive Power отдельно для каждой фа- зы и нулевого провода, а затем суммировать полученные величины. 3.4 Коммутационные блоки для моделирования систем электроснабжения Пиктограммы и назначение коммутационных блоков, которые могут быть использованы при моделировании систем электроснабже- ния, приведены в таблице Таблица 3.3 – Пиктограммы и назначение коммутационных блоков пакетаSimPowerSystems № Пиктограмма Название и назначение блока 1 c 1 2 Breaker Breaker Выключатель переменного тока. Моделирует устрой- ство включения и выключения переменного тока. 2 A B C a b c Three-Phase Breaker Three-Phase Breaker Трехфазный выключатель переменного тока.Модели- рует трехфазное устройство включения и выключения переменного тока. Состоит из трех блоков Breaker, управляемых одним сигналом. 3 A B C A B C Three-Phase Fault Three-Phase Fault Трехфазный короткозамыкатель. Моделирует трех- фазное устройство, замыкающее фазы между собой, а также на землю 4 Ideal Switch Моделирует идеальный ключ Первые три блока расположены в библиотеке Elements, а чет- вертый в разделе Power ElectronicsпакетаSimPowerSystems. 3.4.1 Выключатель переменного тока Breaker Выключатель может управляться внешним входным сигналом или от встроенного таймера. 127 При управлении извне включение устройства выполняется еди- ничным управляющим сигналом. Команда на выключение дается ну- левым уровнем сигнала, при этом выключение устройства осуществ- ляется при уменьшении тока до нуля. Устройство имеет встроен- ную дугогасящую RC-цепь, включенную параллельно контактам вы- ключателя. При управлении от встроенного таймера время включения и от- ключения задается в окне параметров блока. Окно параметров блока приведено на рисунке 3.13. Рисунок 3.13 – Окно настройки параметров блока Breaker Параметры блока: Breaker resistance Ron (Ohm) [Сопротивление выключателя в замкнутом состоянии (Ом)]; Initial state (0 for 'open',1 for 'closed') [Начальное состояние выключателя (0 – разомкнут, 1 – замкнут)]; Snubber resistance Rs (Ohms) [Сопротивление дугогасящей це- пи (Ом)]; Snubber capacitance Cs (F) [Емкость дугогасящей цепи (Ф)]; 128 Switching times (s) [Время срабатывания выключателя] – пара- метр задается в виде вектора, определяющего моменты времени сра- батывания выключателя. Например, при разомкнутом начальном со- стоянии ключа значение параметра, заданное вектором [0.005 0.01 0.02 0.03], означает, что замыкание ключа будет выполняться в мо- менты времени 0,005 с и 0,02 с, а размыкание – в моменты времени 0,01с и 0,03 с. Sample time of the internal timer Ts (s) [Шаг дискретизации встроенного таймера]; External control of switching times [Внешнее управление време- нем срабатывания] – при установке флажка на пиктограмме блока по- является входной управляющий порт, а строка вода Sample time of the internal timer Ts (s) исчезает; Measurements [Измеряемые переменные] – значения параметра выбираются из списка: None – нет переменных для отображения; Branch voltage Voltage – напряжение на зажимах элемента; Branch current – ток элемента; Branch voltage and current – напряжение и ток элемента. При использовании блока Breaker следует помнить об особен- ности готовой модели блока, которая заложена в программе MAT- LAB, а именно: при снятии управляющего сигнала разрыв цепи про- исходит лишь при достижении током нулевого уровня. В реальных сетях это возможно только при применении выключателей с улавли- ванием синхронизма. Поэтому, если моделируются сети с целью оп- ределения перенапряжений при коммутациях, например в момент, когда апериодическая составляющая тока короткого замыкания, не снизилась до нуля, а периодическая проходит через значение отлич- ное от нуля, а также для коммутации сетей постоянного тока этот блок использовать нельзя. Причем, если в сетях переменного тока при моделировании всегда будут получаться измеряемые величины при отключении в момент прохождения тока через нуль, то в сети по- стоянного тока выключатель просто не сработает. Для коммутации в таких сетях необходимо использовать блок Ideal Switch, который мы рассмотрим далее. 3.4.2 Выключатель переменного тока Three-Phase Breaker Окно параметров блока изображено на рисунке 3.14. Параметры блока: 129 Initial status of breakers [Начальное состояние ключей] – значение параметра выбирается из списка: open – все ключи открыты; closed – все ключи закрыты. Рисунок 3.14 – Окно настройки параметров блока Three-Phase Breaker Switching of phase A [Управление ключом фазы A] – при снятом флажке управление ключом не производится. Состояние ключа опре- деляется параметром Initial status of breakers; Switching of phase B [Управление ключом фазы B] – при снятом флажке управление ключом не производится. Состояние ключа опре- деляется параметром Initial status of breakers; Switching of phase C [Управление ключом фазы C] – при снятом флажке управление ключом не производится. Состояние ключа опре- деляется параметром Initial status of breakers; Transition times (s) [Время срабатывания выключателя] – пара- метр задается в виде вектора, определяющего моменты времени сра- батывания выключателя; 130 External control of switching times [Внешнее управление време- нем срабатывания] – При установке флажка на пиктограмме блока появляется входной управляющий порт. Единичный уровень управ- ляющего сигнала вызывает замыкание ключей, а нулевой уровень яв- ляется командой на размыкание ключей, при этом разрыв цепи в каж- дой фазе выполняется при достижении током этой фазы нулевого уровня; Breaker resistance Ron(Ohm) [Сопротивление выключателя в замкнутом состоянии (Ом)]; Initial state (0 for 'open', 1 for'closed') [Начальное состояние выключателя (0 – разомкнут, 1 –замкнут)]; Snubber resistance Rs(Ohm) [Сопротивление дугогасящей цепи (Ом)]; Snubber capacitance Cs(F) [Емкость дугогасящей цепи (Ф)]; Measurements [Измеряемые переменные] – значения параметра выбираются из списка: None – нет переменных для отображения; Branch voltage Voltage– напряжение на зажимах элемента; Branch current – ток элемента; Branch voltage and current – напряжение и ток элемента. 3.4.3 Трехфазный короткозамыкатель Three-Phase Fault Схема замещения короткозамыкателя показана на рисунке 3.15. Величина сопротивления заземления g R устанавливается равной 10 6 Ом, если замыкание на землю не задано в окне параметров блока. Рисунок 3.15 – Схема замещения блока трехфазного короткозамыкателя Окно параметров блока изображено на рисунке 3.16. Параметры блока следующие: Phase A Fault [Управление ключом фазы A] – при снятом флаж- ке управление ключом не производится. Состояние ключа определя- ется параметром Transition status, если блок работает под управле- 131 нием встроенного таймера, или параметром Initial statusof fault, если блок управляется внешним сигналом; Phase B Fault [Управление ключом фазы B] – при снятом флаж- ке управление ключом не производится. Состояние ключа определя- ется параметром Transition status, если блок работает под управле- нием встроенного таймера, или параметром Initial status of fault, если блок управляется внешним сигналом; а б Рисунок 3.16 – Окно настройки параметров блока Three–Phase Fault: а – с встроенным таймером, б – с внешним таймером Phase C Fault [Управление ключом фазы C] – при снятом флаж- ке управление ключом не производится. Состояние ключа определя- ется параметром Transition status, если блок работает под управле- нием встроенного таймера, или параметром Initial status of fault, если блок управляется внешним сигналом; 132 Fault resistance Ron (Ohm) [Сопротивление выключателей в замкнутом состоянии (Ом)]; Ground Fault [Замыкание на землю] – при установленном флажке производится замыкание на землю; Ground resistance Rg (Ohm) [Сопротивление заземления (Ом)] (Величина сопротивления заземления не может задаваться равной ну- лю); External control of switching times [Внешнее управление време- нем срабатывания] – При установке флажка на пиктограмме блока появляется входной управляющий порт. Единичный уровень управ- ляющего сигнала вызывает замыкание ключей, а нулевой уровень яв- ляется командой на размыкание ключей; Transition status [1 0 1…] [Состояние ключей] – состояние клю- чей, которое соответствует моменту времени, заданному вектором Transition times (0 – разомкнутый ключ, 1 –замкнутый ключ). Пара- метр доступен при управлении блоком от встроенного таймера; Transition times (s) [Время срабатывания ключа] – параметр за- дается в виде вектора значений времени, определяющих моменты срабатывания ключей. Параметр доступен при управлении блоком от встроенного таймера; Initial status of fault [Phase A Phase B Phase C] [Начальное со- стояние ключей] – параметр задается в виде вектора из трех элемен- тов, определяющих состояние ключей в начальный момент времени. Значение элемента равное 0, соответствует разомкнутому начальному состоянию, 1 – замкнутому. Параметр доступен при внешнем управ- лении устройством; Snubbers resistance Rs (Ohm) [Сопротивление дугогасящей цепи (Ом)]; Snubbers capacitance Cs (F) [Емкость дугогасящей цепи (Ф)]; Measurements [Измеряемые переменные] – значения параметра выбираются из списка: None – нет переменных для отображения; Fault voltages – напряжения на входных зажимах короткозамыка- теля; Fault currents – токи короткозамыкателя; Fault voltages and currents – напряжения и токи короткозамыкателя. На рисунке 3.17 приведена схема с использованием трехфазного короткозамыкателя. В момент времени 0,1 с в сети 10 кВ, питающей нагрузку происходит трехфазное короткое замыкание. Фрагмент окна 133 настроек блока Three–Phase Fault для варианта управления от встро- енного таймера приведен на рисунке 3.17. Здесь же с помощью блока Multimetr показано изменение токов в сети по фазам при трехфазном коротком замыкании. Рисунок 3.17 – Пример схемы, окна настроек блока и результатов моделирова- ния трехфазного короткого замыканияблоком Three-Phase Fault Моделирование короткого замыкания можно произвести и без использования данного блока. Для этого можно применить рассмот- ренный выше блок Three-Phase Breaker. Но к нему необходимо будет добавить блоки, моделирующие сопротивления короткого замыкания и таймер. В результате схема всего замыкающего устройства полу- читтся весьма громоздкой. Блок Three-Phase Faultупрощает модели для исследования аварийных режимов в трехфазных сетях. 3.4.4 Идеальный ключ Ideal Switch Модель ключа Ideal Switchсостоит из последовательно соеди- ненных резисторов и ключа. Работой ключа управляет блок логики. I A, A I B, A I C, A 134 Прибор включен, если на блок логики подан сигнал 1, выключен при управляющем сигнале 0. В модели параллельно контактам ключа подсоединяется последовательная RC-цепь, которая выполняет демпфирующие функции. Блок идеального ключа смоделирован как токовый источник, поэтому в цепях с индуктивностью параллельно индуктивности необ- ходимо включать демпфирующую емкость. На рисунке 3.18 показано окно настроек блока Ideal Switch. Рисунок 3.18 – Окно настроек блока Ideal Switch Параметры блока: Internal Resistance R on (Ohms) [Сопротивление во включенном состоянии (Ом)]; Initial state (0 for 'open',1 for 'closed') [Начальное состояние выключателя (0 – разомкнут, 1 – замкнут)]; Snubber resistance Rs (Ohms) [Сопротивление демпфирующей цепи (Ом)]; Snubber capacitance Cs (F)[Емкость демпфирующей цепи (Ф)]; Show measurement port [Показать измерительный порт] – При установленном флажке на пиктограмме блока появляется выходной порт m, на которм формируется векторный Simulink-сигнал из двух элементов. Первый – ток ключа, второй – напряжение ключа. 135 На рисунке 3.19 приведена схема питания активно-индуктивной нагрузки по линии моделируемой блоком Series RLC Brach. В момент времени t = 0,1 происходит отключение нагруженной линии. Для сравнения на рисунке 3.19 приведены осциллограммы изменения то- ков и напряжений фазы А, полученные на модели при использовании блоков Ideal Switch (рис.3.19, б) и Breaker (рис.3.19, в). а б в Рисунок 3.19 – Схема модели сети (а) и результаты моделирования режима отключения нагруженной линии с помощью блоков Ideal Switch (б) и Breaker (в) U A , В×10 4 U A , В I A , А I A , А 136 Как видно из сравнения рисунков 3.19, б и 3.19, при коммутаци- ях блоком Breaker, поскольку отключение фазы происходит в мо- мент прохождения тока через нулевое значение, переходный процесс практически не возникает, коммутационных перенапряжений нет. Размыкание ключом Ideal Switch может происходить, как и в реаль- ных сетях, при любом значении тока, поэтому процессы, моделируе- мые этим коммутационным аппаратом, более приближены к реаль- ным переходным процессам, происходящим в сетях при отключении. 137 Контрольные вопросы 1. Перечислите виды выходного сигнала выпадающего списка Output signal измерительных блоков. 2. Каково назначение блоков Current Measurement и Voltage Measure- ment? 3. Для чего предназначен выпадающий список Measurments окна па- раметров моделей раздела Elements? 4. Укажите назначение и параметры блока 3-phase Instantaneous Ac- tive & Reactive Power,перечислите ограничения, накладываемые на его использование. 5. Как необходимо настроить выходные параметры блока Three-Phase V-I Measurement для измерения активной и реактивной мощности блоком 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power: phase-to- ground или phase-to-phase и почему? 6. Для вывода каких измеряемых величин предназначен блок Display? Как с помощью его измерить векторные величины? 7. Как изменяется масштаб вывода графиков (осциллограмм) блока Scope при настройке его параметров по умолчанию? 8. Как изменить фон графиков, толщину линий графиков, выполнить подписи осей? 9. Какие модельные параметры системы электроснабжения можно измерить с помощью блока Multimeter, как задаются для него изме- ряемые переменные? 10. Как удалить переменную из списка измеряемых величин в блоке Multimeter? 11. Нарисуйте схему замещения блока Three-Phase Fault. Как с его помощью можно смоделировать однофазное замыкание на землю через сопротивление дуги? 12. В чем состоит отличие блоков Breaker, |