Создание электрической цепи с помощью библиотеки Powerlib

Раздел 1: Моделирование простой схемы

Энергосистема Power System Blockset (PSB) позволяет вам строить и моделировать электрические схемы, содержащие линейные и нелинейные элементы. В течение первых трех разделов вы будете строить, анализировать,

и моделировать схему, показанную на рисунке 1-1.

В этом разделе вы будете:

1) Исследовать библиотеку powerlib энергосистемы Blockset;

2) Изучите, как строить простую схему с помощью powerlib библио-

теки;

3) Связывать Simulink блоки с вашей схемой;

Рисунок 1-1 представляет эквивалентную энергосистему, питающую 300-километровую линию электропередачи. Линия связана с катушкой индуктивности. Выключатель позволяет подавать питание и обесточивать линию. Для упрощения будем рассматривать только одну из трех фаз. Параметры, показанные на рисунке 1-1 типичны для 735 кВ энергосистемы.

Рисунок 1-1: Схема, которая будет смоделирована энергосистемой

Blockset

Создание электрической цепи с помощью библиотеки Powerlib

Simulink использует графический пользовательский интерфейс, чтобы связать различные электрические компоненты. Электрические компоненты сгруппированы в специальной библиотеке, называемой powerlib.

Откройте библиотеку Power System Blockset, введя в командной строке

MATLAB’а: powerlib

 

Эта команда отображает окно Simulink’а, в котором представлены различные библиотеки Power System Blockset.

Эти библиотеки могут быть открыты, в них содержатся блоки, которые можно скопировать в вашу схему. Каждый компонент представлен специальным блоком, который имеет один или несколько входов и выходов соответствующих различным терминалам компонента:

1. В меню File окна библиотеки powerlib, откройте новое окно, которое будет содержать вашу первую схему, и сохраните её под именем circuit1.

2. Откройте библиотеку Electrical Sources (электрические источники), и скопируйте AC Voltage Source block (блок источника переменного напряжения) в окно circuit1.

3. Откройте диалоговое окно AC Voltage Source (блока источника переменного напряжения), дважды щелкнув мышкой на блоке, и введите Amplitude (амплитуду), Phase (фазу), и Frequency (частоту), согласно значениям, показанным на Рисунке 1-1. Обратите внимание, что амплитуда, которая будет определена для синусоидального источника — его пиковое значение (  кВ в нашем случае).

4. Измените название блока Voltage Source (источник напряжения) на Vs.

5. Скопируйте блок Parallel RLC Branch block (блок параллельной RLC цепи), который можно найти в библиотеке Elements library powerlib (библиотеке элементов), установите его параметры как показано на Рисунке 1-1, и поменяйте его название на Z_eq.

6. Сопротивление Rs_eq схемы может быть получено с помощью блока Parallel RLC Branch block (блок параллельной RLC цепи). Скопируйте Parallel RLC Branch block (блок параллельной RLC цепи), который есть уже в вашем файле circuit1, устанавливаете параметр R (сопротивление) согласно рисунку 1-1, а также параметры L (индуктивность) и C (емкость) соответственно бесконечности (inf) и нулю (0).

 Когда диалоговое окно закроется, вы обратите внимание, что L и C компоненты исчезли, на значке теперь показан единственный резистор. Тот же самый результат был бы получен с Series RLC Branch block (блоком последовательной RLC цепи), устанавливая параметры L (индуктивности) и C (емкости) соответственно нулю (0) и бесконечности (inf).

7. Назовите этот блок Rs_eq.

8. Откройте библиотеку Connectors (соединителей) powerlib, и скопируйте bus bar (соединительную шину).

9. Откройте диалоговое окно Bus Bar (соединительная шина), и установите его параметры — два ввода и два вывода, и назовите его —B1. Также скопируйте блок Ground (заземление), (выберите блок с выходным соединением).

Измените размеры различных компонентов, и свяжите блоки, перемещая линии от выводов до вводов соответствующих блоков.

 

Чтобы завершить схему, показанную на рисунке 1-1, вы должны добавить линию электропередачи, и токоограничивающий реактор. Выключатель вы добавите позже в разделе 3.

Модель линии с равномерно распределенными R, L, и C параметрами обычно содержит задержку, которая равняется времени распространения волны по линии. Эта линия не может моделироваться как линейное устройство, потому что задержка соответствует бесконечному числу состояний. Однако хорошее приближение линии с конечным числом состояний можно получить, каскадируя несколько П-образных схем, каждая из которых представляет маленькую pi секцию линии.

Pi секция состоит из ряда R-L нагрузок и двух C (емкостных) шунтов цепи. Точность зависит от числа pi секций, используемых для модели.

Скопируйте блок Pi Section Line из Elements library (библиотеки элементов) в окно circuit1, установите его параметры как показано на рисунке 1-1, и определите одну pi секцию линии. Токоограничивающий реактор будет смоделирован резистором последовательно с катушкой индуктивности. Вы можете использовать Series RLC Branch block (блок последовательной RLC цепи), чтобы смоделировать токоограничивающий реактор. Установите значения R и L, соответствующие активной и реактивной мощности, указанные на рисунке 1-1 (Q=110 Мвар; P=110/300=0.37 МВт, U=424.4 кВ (среднеквадратическое) и f = 60 Гц).

Вы можете увидеть, что более удобно использовать Series RLC Load block (блок последовательной нагрузки RLC цепи), которая позволяет вам задавать непосредственно активные и реактивные мощности, поглощаемые токоограничивающим реактором.

Скопируйте Series RLC Load block (блок последовательной нагрузки RLC цепи), который можно найти в библиотеке Elements (элементов) library of powerlib. Назовите этот блок 110 Mvar. Установите его параметры следующим образом.

 

Uном=424.4 кВ; fном=60 Гц; P= 110/300 МВт (quality factor (качественный коэффициент)=300); QL=110⋅  var и Qc=0.

Обратите внимание, что, поскольку никакая реактивная емкостная мощность не была определена, конденсатор исчезает на изображении блока, когда диалоговое окно будет закрыто.

Добавьте оконечную соединительную шину B2, дублируя B1, и соедините все новые блоки как показано ниже.

Вам нужен Voltage Measurement block (блок измерения разности потенциалов), чтобы измерить разность потенциалов на соединительной шине B1. Этот блок может быть найден в Measurements library of powerlib (в библиотеке измерений). Скопируйте его, и назовите U1. Соедините его положительный провод со вторым выходом bus bar (соединительной шины) B1, и отрицательный — новым блоком — Ground block (заземление).

Чтобы не ошибиться с разностями потенциалов в соединительной шине B1, измеряя разности потенциалов блоком Voltage Measurement block, по имени U1, необходим индикатор. Это может быть любое устройство, найденное в библиотеке Sinks library (потребителей энергии) Simulink.

Откройте Sinks library (библиотеку потребителей энергии) Simulink, и скопируйте блок Scope block (измеритель) в окно вашего проекта circuit1. Если бы Scope block (измеритель) был присоединен непосредственно к выходу voltage measurement (измерителю разности потенциалов), то он бы показывал разность потенциалов в вольтах.

 Однако, инженеры – электрики в силовых системах привыкли работать с нормализованными величинами (в относительных единицах). Напряжение будет выражаться в относительных единицах, если значение в вольтах разделить на базовое значение напряжения, соответствующие пиковому значению номинального напряжения системы. В нашем случае К определится как

K =

Скопируйте блок Gain (умножение на константу) из библиотеку Simulink, и установите его коэффициент увеличения, как было показано выше. Подключите его выход к блоку Scope, и подключите выход блока Voltage Measurement к блоку Gain. Скопируйте эту систему измерения напряжения на соединительную шину B2, как показано ниже.