Учебное пособие Номер государственной регистрации электронного издания в фгуп нтц информрегистр 0321300817
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
Controlled Voltage Source Управляемый источник напряжения – вырабаты- вает напряжение в соответствие с сигналом управления. Двойной щелчок на изображении блока Controlled Voltage Source в окне модели открывает окно задания параметров, изобра- женное на рисунке 2.29 Параметры блока: Initialize [Инициализация] – при установке флажка выполняется инициализация источника с заданными начальными параметрами – амплитудой, фазой и частотой; Source type [Тип источника] – тип источника указывается, если требуется инициализация источника. Если инициализация источника не задана, то параметр недоступен. Значение параметра выбирается из списка: AC – источник переменного напряжения, DC – источник постоянного напряжения; Initial amplitude (V) [Начальная амплитуда (В)] – начальное значение выходного напряжения источника. Параметр доступен, если задана инициализация источника; Phase (deg) [Начальная фаза (град)] – начальная фаза. Параметр доступен, источник инициализируется как источник переменного на- пряжения; Initial frequency (Hz) [Initial частота (Гц)] – начальная частота источника. Параметр доступен, источник инициализируется как ис- точник переменного напряжения; Measurements [Измеряемые переменные] – параметр позволяет выбрать, передаваемые в блок Multimeter, переменные, которые за- тем можно увидеть с помощью блока Scope. Значения параметра вы- бираются из списка: None – нет переменных для отображения, Voltage – выходное напряжение источника. Внутреннее собственное сопротивление блока равно нулю. 101 Рисунок 2.29 – Окно задания параметров блока Controlled Voltage Source 2.4.1.3 Трехфазный источник напряжения Three-Phase Source Таблица 2.18 Пиктограмма Наименование и назначение блока A B C Three-Phase Source Three-Phase Source Трехфазный источник напряжения – моделирует трехфазный источник напряжения Блок Three-Phase Source состоит из трех источников перемен- ного напряжения, соединенных в звезду с нулевым проводом или без 102 него. Каждая фаза источника обладает внутренним активным и ин- дуктивным сопротивлениями. Сопротивления фаз источника одина- ковы. Внутренне сопротивление фаз источника может быть задано с помощью значений сопротивлений и индуктивности фазы или с по- мощью параметров короткого замыкания источника. Окно задания параметров показано на рисунке 2.30. Рисунок 2.30 – Окно задания параметров блока Three-Phase Source Параметры блока: Phase-to-phase rms voltage (V): [Действующее значение линейного напряжения]; Phase angle of phase A (deg): [Начальная фаза напряжения в фазе А (град)]; Frequency (Hz): [Частота (Гц)] – Частота источника; Internal connection: 103 [Соединение фаз источника] – значение параметра выбирается из списка: Y – звезда, Yn – звезда с нулевым проводом, Yg – звезда с заземленной нейтралью; Specify impedance using short-circuit level: [Задать собственное полное сопротивление источника используя параметры короткого замыкания] – при установке данного параметра в окне диалога появляются дополнительные графы для ввода пара- метров короткого замыкания источника. Source resistance (Ohms): [Собственное сопротивление источника (Ом)]; Source inductance (H): [Собственная индуктивность источника (Гн)]; 3-Phase short-circuit level at base voltage (VA): [Мощность короткого замыкания при базовом значении напря- жения]; Base voltage (Vrms ph-ph): [Действующее значение линейного базового напряжения] – ве- личина базового линейного напряжения источника при котором оп- ределена мощность короткого замыкания; X/R ratio: [Отношение индуктивного и активного сопротивле- ний]. При задании импеданса источника через мощность короткого замыкания, реактивное сопротивление источника определяется по выражению КЗ 2 КЗ S U X , (2.39) где КЗ S – мощность короткого замыкания; КЗ U – напряжение источника, при котором определена мощ- ность короткого замыкания. Активное сопротивление источника находится в соответствии с выражением k X R , (2.40) где k – отношение X к R (параметр R / X ratio). 104 2.4.1.4 Трехфазный программируемый источник напряжения Three-Phase Programmable Voltage Source Таблица 2.19 Пиктограмма Наименование и назначение блока N A B C Three-Phase Programmable Voltage Source Three-Phase Programmable Voltage Source Трехфазный программируемый источник напря- жения – вырабатывает трехфазную систему на- пряжений с программируемыми во времени из- менениями амплитуды, фазы, частоты, а также гармонического состава. Окно задания параметров приведено на рисунке 2.31. Параметры блока: Positive-sequence: [Amplitude (Vrms Ph-Ph) Phase (degrees) Freq. (Hz)] [Прямая последовательность [Амплитуда (Действующее значе- ние линейного напряжения (В) Фаза (градусы) Частота (Гц)]] – пара- метр задается в виде вектора из трех элементов; Time variation of: [Изменение во времени] – раскрывающийся список позволяет выбрать параметр источника, который будет изменяться с течением времени. Значение параметра выбирается из списка: None – нет изменяющихся во времени параметров источ- ника, Amplitude – амплитуда, Phase – фаза, Frequency – частота; Type of variation: [Способ изменения] – параметр задает вид изменения вы- бранного параметра источника. Вид изменения выбирается из списка: Step – ступенчатое изменение, Ramp – линейное изменение, Modulation – модуляция, Table of time–amplitude pairs – таблица – «время–значение»; 105 Step magnitude [pu, Hz or deg]: [Уровень ступенчатого сигнала [о.е., Гц или град.]] – задает ве- личину, на которую ступенчато изменяется выбранный параметр. Изменение величины напряжения задается в относительных единицах (о.е.), фазы – в электрических градусах и частоты – в Гц. Например, если выбрано ступенчатое изменение амплитуды сигнала равное 0,5, то это означает, что величина выходного напряжения источника бу- дет увеличена на 0,5 относительно указанного в первой графе значе- ния. Время, в течение, которого величина выходного напряжения бу- дет изменена, задается в графе Variation timing; Рисунок 2.31 – Окно параметров блока Three-Phase Programmable Voltage Source 106 Rate of change (value/s): [Скорость изменения (величина/c)] – Задает скорость изменения параметра источника. Изменение величины напряжения задается в о.е./с, фазы – в электрических градусах/с и частоты – в Гц/с; Amplitude of the modulation: [Амплитуда модуляции] – в данной графе задается амплитуда модуляции параметра источника. Амплитуда модуляции напряжения задается в относительных единицах (о.е.), фазы – в электрических градусах и частоты – в Гц; Frequency of the modulation: (Hz) [Частота модуляции (Гц)]; Variation timing (s): [Start End]: [Время действия изменения [Начало Конец]] – параметр опреде- ляет время начала и время окончания изменения выбранного пара- метра источника. Параметр задается в виде вектора из двух значений (начальное и конечное время); Fundamental and/or Harmonic generation: [Наложение прямой обратной или нулевой последовательности и/или высших гармоник]; A: [Order(n) Amplitude Phase(degrees) Seq(0, 1 or 2)] [A: [Гармоника (n) Амплитуда Фаза (град) Последовательность (0, 1 или 2)]] – в графе задается вектор параметров генерируемой гар- моники напряжения. В него входят: n – номер гармоники; амплитуда (в относительных единицах); начальная фаза; последовательность (0 – нулевая, 1 – прямая, 2 – обратная). Результирующее выходное напря- жение будет являться суммой напряжений, заданных в графе Positive–sequence и в данной графе; B: [Order(n) Amplitude Phase(degrees) Seq(0, 1 or 2)] [В: [Гармоника (n) Амплитуда Фаза (град) Последовательность (0, 1 или 2)]] – параметр задается аналогично предыдущему; Harmonic timing (s): [Start End]: [Время действия гармоники (с) [Начало Конец]] – в графе зада- ется вектор начального и конечного значения времени для генерации гармоник. Источник является идеальным источником напряжения (его внутреннее сопротивление равно нулю). 107 Пример 2.5 Задать параметры трехфазного источника напряжения Three- Phase Source для моделирования установившегося режима работы сети, состоящей из линии электропередачи напряжением 10 кВ, к ко- торой подключена суммарная нагрузка, равная 150 j 200 jQ P н н кВА. Решение Полная мощность нагрузки: 250 150 200 Q P S 2 2 2 н 2 н н кВА. При моделировании систем электроснабжения чаще всего про- цессами в источнике электрической энергии пренебрегают. (При не- обходимости учета процессов в источнике его моделируют генерато- ром с первичным двигателем, для чего в программе MATLAB имеют- ся соответствующие блоки, которые мы здесь не рассматриваем). По- этому внутреннее сопротивление источника должно задаваться ми- нимальным. Часто пренебрегают активным сопротивлением обмоток статора генератора, при расчетах учитывается только индуктивное сопротивление. При моделировании в программе MATLAB для ис- ключения операции деления на 0 нельзя задавать нулевые значения параметров. Кроме того, при расчетах следуют общему правилу: если процессы в источниках нас не интересуют, то необходимо задавать мощность источника несоизмеримо большой по сравнению с мощно- стью нагрузки. Считается, что нагрузка не влияет на процессы в ис- точнике, если его мощность в 50 раз и более превышает мощность на- грузки. Поэтому при моделировании, если реальная мощность элек- трической системы для нас не имеет существенного значения или мы рассматриваем процессы, происходящие в сети, получающей питание от источника бесконечной мощности (что характерно для сельских электрических сетей, подключенных к энергосистемам), необходимо при моделировании мощность источника задавать не менее, чем в 50 раз больше мощности нагрузки. Для уменьшения влияния активного сопротивления источника параметр X/R ratio – отношение индуктив- ного и активного сопротивлений (рис. 2.30) необходимо принимать в интервале значений 7 – 10. 108 На рисунке 2.30 приведены параметры источника, задаваемые в программе MATLAB по умолчанию (кроме частоты, которая по умолчанию в программе MATLAB задается равной 60 Гц), а на ри- сунке 2.32, приведены параметры источника напряжения Three-Phase Source, соответствующие рассматриваемому примеру. Мощность электрической системы в данном случае можно оставить без измене- ния параметра, задаваемого по умолчанию. Рисунок 2.32 – Окно задания параметров блока Three-Phase Source к примеру 2.5 Контрольные вопросы 1. Из каких элементов состоит схема замещения ЛЭП, какова их физическая сущность? 109 2. В чем состоит основное отличие схем замещения ЛЭП сельских электрических сетей от схем замещения ЛЭП районных электри- ческих сетей? 3. Чем обусловлена активная и емкостная проводимость ЛЭП? 4. В чем основное отличие схем замещения ЛЭП, выполненных проводами СИП? 5. Нарисуйте схему замещения ЛЭП, принятую в программе MAT- LAB, назовите ее основные отличия от схем замещения ЛЭП сельских электрических сетей. 6. Какими стандартными блоками библиотеки Simulink можно мо- делировать участки линий сельских электрических сетей? 7. В каких случаях необходим учет емкостной проводимости ЛЭП сельских электрических сетей напряжением 10 и 35 кВ? 8. Какими схемами замещения моделируется двухобмоточный трансформатор? 9. Какие элементы схемы замещения трансформатора учитывают магнитную связь между обмотками? 10. Какие каталожные данные необходимо знать при определении параметров трансформатора для моделирования стандартными блоками библиотеки Simulink. 11. Как перейти от параметров, заданных в именованных (абсолют- ных) единицах, к относительным единицам. 12. Из каких разделов состоит поле задания параметров трансфор- матора блока Tree-Phase Transformer (Two Windings) и в каких единицах возможно задание параметров этого блока? 13. Как можно с помощью программы MATLAB проверить соответ- ствие параметров трансформатора, полученных расчетным путем, его каталожным данным? 14. Какие схемы соединения обмоток трансформаторов применяют- ся в сельских электрических сетях и почему? 15. Какими параметрами задаются нагрузки в системах электро- снабжения? 16. Что такое регулирующий эффект нагрузки? 17. Как называется зависимость изменения нагрузки во времени? 18. Какие способы моделирования нагрузок вы знаете? 19. Какие способы моделирования нагрузок применяются в про- грамме MATLAB? 20. Чем отличается моделирование в программе MATLAB реально- го и идеального источников электрической энергии? 110 3 ОБЗОР ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ И КОММУТАЦИОННЫХ БЛОКОВ ПРОГРАММЫ MATLAB ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ В данном разделе мы рассмотрим блоки, наиболее необходимые для выполнения замеров электрических величин моделируемой схемы. Часть необходимых нам блоков располагается в основной библиотеке пакета Simulink так как может использоваться для измерения не только электрических величин, и часть измерительных блоков, предназначен- ная для измерения только электрических величин, располагается в биб- лиотеке пакета расширения SimPowerSystems. В этом же разделе мы приведем характеристику имеющихся в программе готовых блоков, предназначенных для коммутации электрических сетей. Описания всех блоков выполнены по литературным источникам [1 – 12]. 3.1 Измерительные блоки раздела Sinks пакета Si- mulink В рассматриваемой версии программы MATLAB библиотека блоков Simulink разбита на 16 разделов, которые были показаны ра- нее на рисунке 1.5. Первая часть измерительных приборов располо- жена в библиотеке фиксаторов сигналов Sinks. Нажатие на пикто- грамму блока ведет к раскрытию дерева библиотеки. На рисунке 1.5 показаны блоки раздела Sinks, который является библиотекой блоков приема данных. Библиотека состоит из трех групп блоков, имеющих только входные порты (нет выходов): Блоки, которые при моделировании играют роль виртуальных ре- гистрирующих приборов для просмотра данных, к ним относятся: – блок Scope – виртуальный осциллограф для наблюдения зависи- мости величины, подаваемой на его вход, от модельного времени; – блок Floating Scope – «плавающий» осциллограф; – блок XY Graph – графопостроитель в системе полярных коорди- нат с двумя входами, обеспечивает построение графика зависи- мости одной моделируемой величины (один вход) от другой (второй вход); – блок Display – цифровой дисплейс одним входом, предназначен для отображения численных значений величины, которая подает- ся на вход дисплея. Блоки для сохранения результатов: – блок То File – устройство записи результатов моделирования в m-файле; 111 – блок То Workspace – устройство, сохраняющее результаты в ра- бочем пространстве. Блоки управления моделированием и связи: – Stop Simulation – блок организации контроля моделирования, по- зволяет прервать моделирование при выполнении определенных условий, блок срабатывает в случае, если на его вход поступает ненулевой сигнал; – Out1 – устройство, служащее для создания выходного порта с номером 1 для создания интерфейса с подсистемой; – Terminator – заглушка для тех выходных портов, которые по ка- кой-либо причине оказываются не подключенными к другим блокам Simulink-модели. Заглушку необходимо использовать, так как когда имеющийся выход какого-либо блока оказывается не подключенным к входу другого блока, Simulink выдает об этом предупреждение. Из перечисленных блоков рассмотрим здесь подробно два са- мых необходимых для нас блока, это блоки Scopeи Display. 3.1.1 Блок Scope Блок Scope – виртуальный осциллограф, служит для вывода графических зависимостей исследуемых величин в функции времени в форме, напоминающей осциллограммы современного цифрового осциллографа. Для открытия окна блока Scope необходимо произвести двойной щелчок левой клавишей мыши на пиктограмме блока. Настройку па- раметров осциллографа можно производить на любом этапе модели- рования. Размер и пропорции окна можно изменять произвольно, ис- пользуя курсор мыши. По горизонтальной оси откладываются значе- ния модельного времени, а по вертикальной – значения входной ве- личины, соответствующие этим моментам времени. Если входная ве- личина блока Scope представляет собой вектор, в окне строятся гра- фики изменения всех элементов этого вектора, т. е. столько кривых, сколько элементов во входном векторе. Одновременно в окне может отображаться до 30 кривых, причем каждая – своего цвета. По умол- чанию для оси ординат используется диапазон – [-5; 5], а для оси мо- дельного времени – [0; 10] (рис. 3.1). Для управления параметрами графиков и приведения их к же- лаемому виду в окне имеется панель инструментов, которая показана на рисунке 3.1. Панель имеет 11 кнопок: |