Библиотека блоков моделирования электротехнических блоков и систем simpowersystems 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Библиотека блоков моделирования электротехнических блоков и систем simpowersystems



 

Библиотека блоков SimPowerSystems является одной из библиотек Simulink, ориентированных на моделирование конкретных устройств. SimPowerSystems содержит набор блоков для моделирования электротехнических устройств. В состав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропе-редачи и силовой электроники. Используя специальные возможности Simulink и SimPowerSystems, можно не только имитировать работу устройств во временной области, но и выполнять различные виды анализа таких устройств.

Состав библиотеки и основные особенности.

Библиотека SimPowerSystems имеет семь основных разделов:

- Electrical Sources - источники электрической энергии;

- Connectors – соединители;

- Measurements - измерительные и контрольные устройства;

- Elements - электротехнические элементы;

- Power Electronics - устройства силовой электроники;

- Machines - электрические машины.

Используя блоки из этих разделов, можно за короткое время создать полноценную модель достаточно сложной электротехнической системы.

Методика создания модели в SimPowerSystems (SPS-модели) не отличается от методики создания модели на основе базовой библиотеки Simulink. Так же как и для обычной Simulink-модели (S-модели), необходимо выполнить расстановку блоков на схеме, задать их параметры, соединить блоки и установить параметры расчета модели в целом. Однако SPS-модели имеют и некоторые особенности.

Входы и выходы SPS-блоков, в отличие от блоков Simulink, не показывают направление передачи сигнала, поскольку фактически являются эквивалентами электрических контактов. Таким образом, электрический ток может через вход или выход блока протекать в двух направлениях: как вовнутрь блока, так и наружу.

Соединительные линии между блоками являются, по сути, электрическими проводами, по которым ток может протекать также в двух направлениях.

Simulink-блоки и SimPowerSystems-блоки не могут быть непосредственно соединены друг с другом. Сигнал от S-блока можно передать к SPS-блоку через управляемые источники тока или напряжения, а наоборот - с помощью измерителей тока или напряжения.

 

Содержание библиотеки SimPowerSystems

Connectors – соединители.

Блок "Ground – Заземление" обеспечивает соединение с землей.

Для удобства работы в библиотеке представлены два варианта блока со входным портом - Ground (input) и с выходным - Ground (output).

Neutral – Нейтраль обеспечивает электрическое соединение между блоками с одинаковыми номерами узлов. Блок позволяет соединить между собой далеко отстоящие на схеме электрические узлы без видимых линий связи (проводов). Блок с номером узла равным нулю обеспечивает соединение с землей. Для удобства работы в библиотеке представлены два варианта блока со входным портом – Neutral (input) и с выходным - Neutral (output).

L connector - L-образный соединитель выполняет соединение двух входящих линий (проводов).

T connector - T-образный соединитель выполняет объединение двух входящих линий в одну.

Bus Bar – Шина обеспечивает объединение нескольких входящих и выходящих линий связи. В библиотеке представлено четыре варианта блока - с горизонтальным и вертикальным расположением, а также с тонким и утолщенным изображением.

Для управления цепями переменного тока в библиотеке имеются блоки, имитирующие выключатели.

Breaker - Выключатель переменного тока. Предназначен для моделирования

устройства включения и выключения переменного тока. Выключатель может управляться внешним входным сигналом или от встроенного таймера. Включение устройства выполняется единичным управляющим сигналом. Команда на выключение дается нулевым уровнем сигнала, при этом выключение устройства осуществляется при уменьшении тока до нуля. Устройство имеет встроенную искрогасящую RC-цепь, включенную параллельно контактам выключателя, рисунок 6.6.

 

Рисунок 6.6- Выключатели переменного тока.

 

3-Phase Breaker - Трехфазный выключатель переменного тока. Моделирует трехфазное устройство включения и выключения переменного тока. Состоит из трех блоков Breaker, управляемых одним сигналом.

Measurements - измерительные и контрольные устройства.

В состав "Measurements - измерительные и контрольные устройства" входят:

- Current Measurement - Измеритель тока. Выполняет измерение мгновенного значения тока, протекающего через соединительную линию (провод).

- Voltage Measurement - Измеритель напряжения. Выполняет измерение мгновенного значения напряжения между двумя узлами схемы. Выходным сигналом блока является обычный сигнал Simulink, который может использоваться любым Simulink-блоком.

- Multimeter – Мультиметр выполняет измерение токов и напряжений блоков библиотеки SimPowerSystem для постоянного и переменного напряжения, однофазных и многофазных сетей.

- Impedance Measurement - Измеритель полного сопротивления. Выполняет измерение зависимости полного сопротивления (импеданса) участка электрической цепи от частоты.

Electrical Sources - источники электрической энергии.

Блок источников электрической энергии.

DC Voltage Source – идеальный источник постоянного напряжения. Предназначен для выработки постоянного по уровню напряжения. Блок является идеальным источником напряжения, т.е. его собственное сопротивление равно нулю. На рисунке 6.7 показан пример включения активно-индуктивной нагрузки на постоянное напряжение. Подключение источника к нагрузке обеспечивается блоком Breaker, который замыкает электрическую цепь по сигналу, вырабатываемому генератором ступенчатого сигнала Step. Измерение тока в цепи выполняется с помощью блока Current Measurement. Полученный измерителем сигнал отображается с помощью блока Scope.

AC Voltage Source- идеальный источник переменного напряжения. Вырабатывает синусоидальное напряжение с постоянной амплитудой. Блок является идеальным источником напряжения, т.е. его собственное сопротивление равно нулю.

AC Current Source - Идеальный источник переменного тока. Предазначен для вырабатывания синусоидального тока с постоянной амплитудой. Блок является идеальным источником тока, т.е. его собственное сопротивление равно бесконечности.

Controlled Voltage Source -Управляемый источник напря-жения. Вырабатывает напряжение в соответствии с сигналом управления. Варьируется частота, фаза и форма напряжения.

 

Elements - электротехнические элементы. Пиктограммы блоков "Elements электротехнические элементы" приведены на рис.6.7.

Series RLC Branch - Последовательная RLC-цепь. Моделирует последовательное включение резистора, индуктивности и конденсатора.

Блок Parallel RLC Branch - Параллельная RLC-цепь. Моделирует параллельное включение резистора, индуктивности и конденсатора.

Series RLC Load -Последовательная RLC-нагрузка. Моделирует последовательное включение резистора, индуктивности и конденсатора. Аналогично блок Parallel RLC Load подключает параллельную нагрузку.

 

 

Рисунок 6.7- Включение активно-индуктивной нагрузки на постоянное напряжение.

Блок Elements - электротехнические элементы.

Series RLC Branch - Последовательная RLC-цепь. Моделирует последовательное включение резистора, индуктивности и конденсатора.

Блок Parallel RLC Branch - Параллельная RLC-цепь. Моделирует параллельное включение резистора, индуктивности и конденсатора.

Series RLC Load -Последовательная RLC-нагрузка. Моделирует последовательное включение резистора, индуктивности и конденсатора. Аналогично блок Parallel RLC Load подключает параллельную нагрузку.

3-Phase Series RLC Branch - Трехфазная последовательная RLC-цепь.

Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех RLC-цепей.

Параметры блока:

- Resistance R (Ohms): [Сопротивление (Ом)]. Величина активного сопротив-ления в одной фазе;

- Inductance L (H): [Индуктивность (Гн)]. Величина индуктивности в одной фазе;

- Capacitance C (F): [Емкость (Ф)]. Величина емкости в одной фазе.

На рис. 6.8 показана схема, в которой трехфазная последовательная RLC-цепь подключается к трехфазному источнику напряжения. Подключение осуществляется с помощью блока 3-Phase Breaker. На рисунке показана также схема блока 3-Phase Series RLC Branch.

3-Phase Parallel RLC Branch - Трехфазная параллельная RLC-цепь. Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех параллельных RLC-цепей.

3-Phase Series RLC Load - Трехфазная последовательная RLC-нагрузка. Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех последовательных RLC-нагрузок. Схема соединения цепей - звезда с заземленной нейтралью.

На рисунке 6.9 показана схема с использованием трехфазной последовательной нагрузочной цепи. На рисунке показана также схема блока 3-Phase Series RLC Load.

3-Phase Parallel RLC Load - Трехфазная параллельная RLC-нагрузка. Моделирует трехфазную цепь, состоящую из трех параллельных RLC-нагрузок.

 

Рисунок 6.8- Схема трехфазной последовательной RLC-цепи, подключенной к трехфазному источнику напряжения.

Surge Arrester - Грозозащитный разрядник. Грозозащитный разрядник (варистор) представляет собой резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой и предназначен для защиты сети от грозовых перенапряжений.

Mutual Inductance - Взаимная индуктивность. Блок взаимной индуктивности предназначен для моделирования катушек или проводников, имеющих магнитную связь. Блок позволяет моделировать три или два магнитно-связанных элемента.

3 -Phase Mutual Inductance Z1-Z0 - Трехфазная взаимная индуктивность. Блок трехфазной взаимной индуктивности предназначен для моделирования трехфазной цепи с индуктивной связью между фазами.

3-Phase Fault - Трехфазный короткозамыкатель. Моделирует трехфазное устройство, замыкающее фазы между собой, а также на землю.

PI Section Line - Линия электропередачи с сосредоточенными параметрами. Моделирует однофазную линию электропередачи с сосредоточенными параметрами. В реальной линии электропередачи сопротивления, индуктивность и емкость равномерно распределены вдоль линии

3-Phase PI Section Line - Трехфазная линия электропередачи с сосредото-ченными параметрами. Моделирует трехфазную линию электропередачи с сосредоточенными параметрами с учетом взаимной индуктивности фаз линии. Модель состоит из одной секции. Для создания модели из нескольких секций необходимо последовательно включить нужное количество блоков.

Distributed Parameters Line - Линия электропередачи с распределенными параметрами. Моделирует многофазную линию электропередачи с распределен-ными параметрами.

Three-phase Transformer (Three Windings) - Трехфазный трехобмоточный трансформатор. Моделирует трехобмоточный трехфазный трансформатор. Модель построена на основе трех однофазных трансформаторов. Учитывается нелинейность характеристики намагничивания материала сердечника.

Three-phase Linear Transformer (12-terminals) - Трехфазный линейный транс-форматор (12-выводов). Моделирует трехфазный линейный трансформатор. Модель построена на основе трех однофазных линейных трансформаторов. Блок имеет отдельные зажимы для всех выводов обмоток трансформатора.

 

Рисунок 6.9- Модель включения

двухобмоточного трансформатора

 

 

Linear Transformer - Линейный трансформатор. Моделирует трех- или двухобмоточный однофазный трансформатор. На рисунке 6.12 показана схема, в которой двухобмоточный линейный трансформатор используется для питания активной нагрузки.

Saturable Transformer - Нелинейный трансформатор. Моделирует трех или двухобмоточный однофазный трансформатор. В модели учитывается нелинейность характеристики намагничивания материала сердечника.

Блок "Machines - электрические машины".

Asynchronous Machine - Асинхронная машина. Моделирует асинхронную электрическую машину в двигательном или генераторном режимах. Режим работы определяяется знаком лектромагнитного момента машины. Порты модели A, B и С являются выводами статорной обмотки машины, а порты а, b и с - обмотки ротора машины. Порт Tm предназначен для подачи момента сопротивления движению. На выходном поту m формируется векторный сигнал, состоящий из токов, потоков инапряжений ротора и статора в неподвижной и вращающейся системах координат, электромагнитного момента, скорости вращения вала, а также его углового положения. На рисунке 6.10 показана схема, обеспечивающая прямой пуск двигателя и последующий наброс нагрузки. На рисунке приведены также графики угловой скорости вала и электромагнитного момента, а также динамическая механическая характеристика.

Рисунок 6.10- Cхема прямого пуска асинхроного двигателя и последующий наброс нагрузки.

DC Machine - Машина постоянного тока. Моделирует электрическую машину постоянного тока. Порты модели являются выводами обмотки якоря машины и выводами обмотки возбуждения. Имеется порт для подачи момента сопротивления движению. На одном из выходных потрьтов формируется векторный сигнал, состоящий из четырех элементов: скорости, тока якоря, тока возбуждения и электромагнитного момента машины.

Существуют другие необходимые блоки для создания электротехнических и электронных цепей и устройств.

 

6.4 – Динамическое моделирование энергетических установок в Simulink/SimPowerSystems

Не во всех производствах, цехах или технологических установках сельскохозяйственного производства имеются приборы учета электрической энергии, необходимость в оценке ее потребления на конкретных участках иногда возникает. Это бывает необходимо при разработке норм электропотребления или заключении договоров на поставку электроэнергии. Для имитации электропотребления широко применяются методы математического моделирования, основанные на системах дифференциальных уравнений процессов, системах массового обслуживания и других. При использовании этих методов дополнительно необходимо знать, помимо системы уравнений, описывающих производственный процесс, соответствующие коэффициенты уравнений, условий и ограничений, имеющие, как правило, специфический для каждого производства характер.

Однако, более реально и эффективно можно с применением визуального имитационного динамического моделирования. Под динамическим моделированием в данном случае понимается применение компьютерной программы для моделирования, изменяющегося с течением времени энергопотребления. В этом случае реальный электропотребляющий объект будет заменен системой уравнений с последующим прогоном этой системы для определенных условий эксплуатации оборудования. Каждый компонент электрооборудования представляется в виде отдельного элемента в Matlab, с использованием библиотек Simulink и SimPowerSystems.

На рис. 6.11 приведена схема моделирования учёта электроэнергии при отсутствии приборов учёта на отдельном объекте. На данной схеме P1,P2,…Pi…,Pn являются объектами предприятия, общее электропотребление которых учитывается счётчиком С.

 

Рисунок 6.11- Моделирование учёта электроэнергии при отсутствии приборов учёта на отдельном объекте: С- прибор учёта, установленный на предприятии; P1,P2,…Pi…,Pn - объекты предприятия; M1,M2,…Mi…,Mn - модели электропотребления объектов предприятия, Мо- модель общего прибора учёта.

 

Для учёта электропотребления каждого объекта блоками M1,M2,…Mi…,Mn моделируется их электропотребление. Для моделирования электропотребления каждого объекта P1,P2,…Pi…,Pn создаются динамические модели M1,M2,…Mi…,Mn электроприёмников этих объектов.

На рисунок 6.12 приведена динамическая модель электропотребления фермы крупного рогатого скота.

Представленная модель состоит из источника питания – блок «трансформаторная подстанция»; трёхфазного счётчика электроэнергии – блок «прибор учёта»; выключателей с управлением режимами работы – блоки «выкл., выкл.1,…., выкл.5»; корпусов фермы – блоки «зимний лагерь КРС», «летний лагерь КРС», «водонапорная башня», «кормоцех», «уличное освещение». Каждый блок в свою очередь содержит более мелкие элементы, доильное и холодильное оборудование, осветительные лампы, электродвигатели и т.п. В модель включено всё электротехническое оборудование, использующееся на ферме при производстве мясо – молочной продукции: двигатели, тэны, лампы освещения, тепловые лампы, насосы, охладители и т.д.

 

 

 

Рисунок 6.12- Динамическая модель электропотребления фермы крупного рогатого скота

 

В результате составляется модель каждого электротехнического оборудования с моделью прибора учета электрической энергнии. На рисунке 6.13 показаа модель схемы включения и учета электрической энергии асинхронного электрического двигателя «Асинхронный электродвигатель», работающего от трансформаторной подстанции «Трансформаторная подстанция 10/0,38 кВ» через выключатель «3ф_Выключатель», управляемым блоком «Step». В 3-фазную линию включен прибор учета электрической энергии «Прибор учета».

Для моделирования разных режимов механической нагрузки электродвигателя (разная степень подачи зеленого корма в кормоприготовительное оборудование, изменение количества подключенных доильных вакуумных стаканов, изменение условий работы навозного транспортера) имеется модель механической нагрузки «Механическая нагрузка», которая подается на вход двигателя в виде постоянного или переменного во времени момента механического сопротивления Tm. Блок «Индикация» осуществляет вывод полученной информации и ее хранение. Блок «Скорость ротора» осуществляет пересчет скорость ротора из рад/c в об/мин.

В качестве выходной информации моделирования в данной модели могути быть:

- активная и реактивная мощности и энергия, потребляемые и потребленные отдельными элементами схемы в настиоящий момент;

- напряжения, токи статора и ротора электродвигателя;

- скорость и механическая характеристика электродвигателя;

- другие характеристики, имеющиеся в описании электрических элементов SimPowerSystems.

Трансформаторная подстанция моделируется стандартным блоком SimPowerSystems- Three-Phase Source. Задаются параметры трансформатора по высокому и низкому напряжению и мощность.

 

 

Рисунок 6.13- Модель схемы учета потребляемой асинхронным электродвигателем энергии

 

Модель прибора учета приведена на рисунке 6.14. Состоит из двух блоков: Блока измерения U, I, и блока измерения энергии. Первый из них – это блок библиотеки SimPowerSystems -Three-Phase V-I Measurement, назначение которого- измерение напряжения Vabc и тока Iabc в трехфазной сети.

 

Рисунок 6.14- Модель учета электрической энергии.

 

Вторая схема- Блок Энергия, составная, изображена на рисунке 6.15. Она предназначена для подсчета количества энергии. она состоит из блока библиотеки SimPowerSystems- «Активная и реактивная мощность» и двух SIM- интеграторов «Integrator1» «Integrator2». В блоке измерения мощностей – активной P и реактивной Q последние вычисляются внутренними средствами Matlab и пользователю не досмтупны. На выходе блока – вектор величин P и Q, которые разделяются элементов demux соответственно для измерения актовной и реактивной энергии в интеграторах Integrator1 и Integrator2. На выходе интеграторов- сигналы, соответствующие энергии (Вт, ВА), потребленные за время с начала запуска схемы. Блоки Divide осуществляют деление на соответствующие константы - переводят энергию в более крупные величины- кВт*с и кВА*c.

Выключатель осуществляет программное включение и выключение двигателя в сеть, рисунок 6.13. Он выполнен на библиотечном блоке Three-Phase Breaker с возможностью программного управления блоком Step через порт сом. Блок Step подает сигнал на включение и отключение выключателя в необходимое время моделирования.

 

Рисунок 6.15- Блок подсчета электрической энергии.

 

Асинхронный электродвигатель представлен его библиотечным аналогом. Имеется возможность менять режим механической нагрузки путем изменения временной последовательности величины «Механическая нагрузка». В окне задания параметров электрического двигателя задаются его напряжения, мощность, активные и реактивные сопротивления статора и ротора.

В блоке «Индикация» выводятся результаты моделирования. На него выводится информация не только с двигателя и приборов учета. Но и с любой точки схемы. В качестве примера на рисунке 6.16 приведены результаты работы электродвигателя в 1-ую секунду после его включения в сеть. Приведены соответственно активная мощность P, ток статора Is и скорость вращения ротора.

Моделирование работы электрической сети, работы отдельного электрооборудования осуществляется в идеальном варианте конструкции элементов и их эксплуатации. Подавая на вход электродвигателя и выключателя соотвтетствующие нагрузочные режимы и моменты (время) включения и выключения можно сколь угодно бриближаться к реальному процессу потребления электрической энергии.

Рисунок 6.16- Результат моделирования потребления электрической энергии

 

 

6.5- Нейронные сети



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-06; просмотров: 905; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 3.89.116.152 (0.078 с.)