O conteúdo deste artigo é a referência "Tecnologia de Simulação Gráfica de Sistema de Controle Elétrico Baseada em MATLAB"
Ao simular um sistema de potência, é necessário primeiro entender os componentes que compõem o sistema de potência. Este capítulo descreve o uso de módulos de sistema de energia relacionados em MATLAB/SIMULINK. Esses incluem:
1. Módulo gerador síncrono 2. Transformador de potência 3. Linha de transmissão 4. Cargas 5. Disjuntor e módulo de falha
1. Módulo gerador síncrono
1.1 Módulo de motor síncrono simplificado
O módulo do motor síncrono simplificado ignora a indutância de reação da armadura, a indutância de dispersão dos enrolamentos de excitação e amortecimento e consiste apenas em uma linha RL série de fonte de tensão ideal, onde R e L são a impedância interna do motor.
Existem os dois módulos de motor síncrono simplificados a seguir na biblioteca fornecida do SimPowerSyestem.
Os dois módulos do Motor Síncrono Simplificado são essencialmente os mesmos, a única diferença é que a unidade de seleção do parâmetro é diferente. pu é por unidade e SI é o sistema internacional de unidades.
O módulo de motor síncrono simplificado possui dois terminais de entrada, um terminal de saída e três terminais de conexão elétrica. O primeiro terminal de entrada (Pm) do módulo insere a potência mecânica do motor, que pode ser uma constante ou a saída do motor principal; o segundo terminal de entrada (E) do módulo é a tensão da fonte de tensão interna do o motor, que pode ser constante ou pode ser conectado diretamente à saída do regulador de tensão; os três terminais de conexão elétrica (A, B, C) do módulo são a tensão de saída do estator. O terminal de saída (m) emite uma série de sinais internos do motor, consistindo de 12 sinais no total:
| saída | símbolo | porta | definição | unidade |
| 1~3 | isa,isb,isc | is_abc | Corrente trifásica do estator fluindo para fora do motor | A ou pu |
| 4~6 | Faça, Ub, Uc | vs_abc | Tensão de saída trifásica do estator | V ou pu |
| 7~9 | E,Eb,Ec | e_abc | Tensão de alimentação dentro do motor | V ou pu |
| 10 | thetan | ângulo mecânico | rad | |
| 11 | wm | velocidade do rotor | rad/s ou pu | |
| 12 | Educaçao Fisica | educaçao Fisica | poder eletromagnético | c |
Clique duas vezes no módulo do motor simplificado e a caixa de diálogo do parâmetro do módulo aparecerá
(1) Caixa de texto do parâmetro nominal: Potência aparente nominal trifásica, tensão de linha nominal RMS, frequência nominal.
(2) Caixa de texto dos parâmetros mecânicos: momento de inércia J ou constante de tempo de inércia H, coeficiente de amortecimento Kd, logaritmo de pólo p.
(3) Caixa de texto de impedância interna: resistência monofásica R e indutância L. RL é a impedância do motor interno. Ao definir, R pode ser igual a 0, mas L deve ser maior que 0
(4) Caixa de texto da condição inicial: deslocamento da velocidade angular inicial, deslocamento angular inicial do rotor, amplitude da corrente de linha, ângulo de fase. As condições iniciais podem ser obtidas automaticamente pelo módulo Powergui.
1.2. Módulo do motor síncrono
O SimPowerSyestem fornece três módulos de motor síncrono para modelagem dinâmica de motores síncronos trifásicos de polo rebaixado e polo saliente. Como mostrado abaixo:
O Módulo Motor Síncrono possui duas entradas, uma saída e três terminais de conexão elétrica.
O primeiro terminal de entrada (Pm) é a potência mecânica do motor. Quando a potência mecânica é positiva , significa que o motor síncrono está funcionando no modo gerador; quando a potência mecânica é negativa , significa que o motor síncrono está funcionando no modo motor. No modo gerador, a entrada pode ser um número positivo, uma função ou a saída do bloco do motor principal; no bloco do motor, a entrada geralmente é um número negativo ou uma função.
A segunda entrada (Vf) é a tensão de campo, que pode ser fornecida pelo módulo de campo no modo gerador e uma constante no modo motor.
Os três terminais de conexão elétrica (A, B, C) são saídas de tensão do estator. O terminal de saída (m) emite uma série de sinais internos do motor, que é composto por 22 sinais.
| saída | símbolo | porta | definição | unidade |
| 1~3 | isa,isb,isc | is_abc | Corrente trifásica do estator | A ou pu |
| 4~5 | isq, isd | is_qd | corrente do estator dos eixos q e d | A ou pu |
| 6~9 | Ifd,ikq1,ikq2,ikd | ik_kd | Corrente de excitação, eixo q e corrente de enrolamento amortecedor do eixo d | A ou pu |
| 10~11 | movie_qd | fluxo magnético do eixo q e do eixo d | vs ou pu | |
| 12~13 | Ud,Uq | vs_qd | tensão do estator dos eixos q e d | V ou pu |
| 14 | d_theta | Deslocamento do Ângulo do Rotor | rad | |
| 15 | wm | velocidade do rotor | rad/s | |
| 16 | Educaçao Fisica | educaçao Fisica | poder eletromagnético | VA ou pu |
| 17 | dw | Deslocamento da velocidade angular do rotor | rad/s | |
| 18 | teta | Ângulo Mecânico do Rotor | rad | |
| 19 | O | O | Torque eletromagnético | Nm ou pu |
| 20 | Delta | ângulo de potência | Nm ou pu | |
| 21~22 | Pe0,Qe0 | Pe0,Qe0 | Potência ativa e reativa de saída | VA ou pu |
(1) Módulo de motor síncrono básico SI
1) Caixa suspensa modelo predefinido: Após selecionar o modelo interno definido pelo sistema, o motor síncrono obterá automaticamente vários dados. Se você não quiser usar os parâmetros fornecidos pelo sistema, selecione "não"
2) Caixa de seleção de entrada de quantidade mecânica: você pode navegar e selecionar os parâmetros mecânicos do motor
3) Tipo de enrolamento: Existem duas formas de polo saliente e polo oculto
4) Parâmetros nominais: potência aparente nominal trifásica, valor efetivo da tensão nominal da linha, frequência nominal, corrente nominal de excitação
5) Parâmetros do estator: resistência do estator, indutância de vazamento, indutância de reação de armadura do eixo d, indutância de reação de armadura do eixo q
6) Parâmetros de excitação: resistência de excitação, indutância de vazamento de excitação
7) Parâmetros de enrolamento de amortecimento: resistência de amortecimento do eixo d, indutância de vazamento do eixo d, resistência de amortecimento do eixo q, indutância do eixo q. Para um rotor sólido, também é necessário inserir a resistência de amortecimento e a indutância de vazamento que refletem a perda de corrente parasita da haste do rotor no fundo do motor grande.
8) Parâmetros mecânicos: momento de inércia, coeficiente de atrito, número de pares de pólos
9) Condições iniciais: deslocamento da velocidade angular inicial, deslocamento angular inicial do rotor, amplitude da corrente de linha, ângulo de fase, tensão de excitação inicial
10) Caixa de seleção de simulação de saturação: Defina se o estator e o rotor estão saturados. Marque a caixa se a saturação deve ser levada em consideração.
(2) pu módulo básico do motor
Esta caixa de diálogo é semelhante à do módulo SI Basic Synchronous Motor, exceto que:
1) Parâmetros nominais: Comparado com o módulo de motor síncrono básico SI, este item não inclui a corrente de excitação.
2) Parâmetros do estator: Comparado com o módulo do motor síncrono básico SI, este parâmetro é o valor por unidade atribuído ao lado do estator.
3) Parâmetro de excitação: Comparado com o módulo do motor síncrono básico SI, este parâmetro é o valor por unidade atribuído ao lado do estator.
4) Parâmetros do enrolamento amortecedor: Comparado com o módulo do motor síncrono básico SI, este parâmetro é o valor por unidade atribuído ao lado do estator.
5) Parâmetros mecânicos: constante de tempo inercial, coeficiente de atrito, número de pares de pólos
6) Simulação de saturação: a corrente de excitação e a tensão de saída do estator são por valores unitários; o valor de referência da tensão é o valor efetivo da tensão nominal da linha; o valor de referência da corrente é a corrente nominal de excitação.
(3) módulo de motor síncrono padrão pu
Comparação de vários módulos:
O módulo motor síncrono simplificado é um modelo de segunda ordem que considera apenas a dinâmica do rotor, caracteriza-se por ser um modelo simples e é amplamente utilizado na análise de sistemas de potência em larga escala.
No módulo básico do motor síncrono, o estado transiente do enrolamento do estator é ignorado, mas as características dinâmicas do enrolamento de excitação e do enrolamento de amortecimento são consideradas. É freqüentemente usado na análise de problemas que podem ignorar o processo supertransitório do rotor, mas consideram o processo incidental do enrolamento do rotor.
No módulo do motor síncrono padrão, o estado transiente do enrolamento do estator é ignorado, mas o estado transiente do enrolamento de excitação e do enrolamento amortecedor e as características dinâmicas do enrolamento do rotor são considerados, e o efeito do pólo saliente do motor é considerado. É frequentemente usado em situações em que a precisão da análise de estabilidade transitória do sistema de energia é alta.
2. Módulo transformador de potência
Os transformadores podem ser divididos em transformadores lineares e saturados de acordo com as características do circuito magnético ; de acordo com o número de enrolamentos , eles podem ser divididos em transformadores de enrolamento duplo e transformadores de três enrolamentos; de acordo com o número de fases , eles podem ser divididos em simples transformadores bifásicos e trifásicos.
2.1 Módulo Transformador Monofásico
A figura acima é um transformador trifásico de três enrolamentos e sua caixa de diálogo de configuração de parâmetros. Existem dois sistemas de unidades, SI e pu.
1) Potência nominal e frequência: A escolha da frequência nominal deve ser consistente com a frequência da fonte de excitação selecionada.
2) Parâmetros do enrolamento 1: inclui a tensão nominal V1, a resistência e a indutância de dispersão do enrolamento.
3) Parâmetros do enrolamento 2: Inclui tensão nominal V2, se seu valor for menor que V1, é um transformador abaixador, e se for maior que V1, é um transformador elevador. A resistência e a indutância de vazamento do enrolamento 2.
4) Caixa de seleção Transformador de enrolamento trifásico: Selecione esta caixa de seleção para criar um transformador monofásico de três enrolamentos, que é equivalente a dois transformadores de enrolamento duplo; caso contrário, é um transformador monofásico de enrolamento duplo.
5) Parâmetros do enrolamento 3: semelhante ao de V2.
6) Resistência de excitação e indutância: A resistência de excitação e indutância simulam a perda ativa do núcleo e a perda reativa.
7) Opções medidas:
Selecione a tensão do enrolamento para medir a tensão de cada terminal do enrolamento do módulo do transformador linear; selecione a corrente do enrolamento para medir a corrente do enrolamento que flui através do transformador linear; selecione a corrente de magnetização para medir a corrente de magnetização do módulo do transformador linear; a opção ALL pode medir todos as opções acima.
8) Se estiver simulando um modelo de transformador ideal, basta definir a resistência e a indutância de cada enrolamento para 0 e o enrolamento de excitação e a indutância para inf.
2.2 Módulo transformador trifásico
Três transformadores monofásicos podem ser usados para formar um transformador trifásico. Os transformadores trifásicos são conectados entre si no circuito e independentes entre si no circuito magnético.
Os transformadores trifásicos lineares e saturados de núcleo estão na biblioteca.
Existem 5 métodos de conexão.
1) Potência nominal e frequência: potência nominal, frequência nominal
2) Parâmetros do enrolamento primário: valor RMS da tensão nominal da linha, resistência, indutância de vazamento
3) Parâmetros do enrolamento secundário: valor RMS da tensão nominal da linha, resistência, indutância de vazamento
4) Resistência excitante: Reflete a perda do núcleo de ferro do transformador. Se o núcleo de ferro leva 2%, então Rm = 500
5) Indutância excitante: Esta caixa de texto só aparece quando a caixa de seleção (núcleo de ferro saturado) não está selecionada e a unidade é pu
6) Características de saturação: especifique a curva característica corrente-fluxo a partir da origem da coordenada (0,0).
7) Caixa de seleção Histerese: Realize a simulação da histerese do transformador
8) Caixa de seleção de inicialização do fluxo magnético: o fluxo magnético inicial de cada fase do transformador é por valor unitário.
9) Caixa suspensa de medição de parâmetros:
a. Tensão do enrolamento: meça a tensão terminal do transformador trifásico
b. Corrente do enrolamento: meça a corrente que flui através do transformador trifásico
c. Fluxo magnético e corrente de excitação:
d. Fluxo magnético e corrente de magnetização: meça o fluxo magnético e a corrente de excitação quando o transformador estiver saturado
e. Medir tudo
A função do módulo transformador trifásico de três enrolamentos é semelhante à anterior.
2.3 Módulo de enrolamento de indução mútua
O enrolamento de indutância mútua também é um módulo transformador simples, que consiste em dois ou três enrolamentos acoplados com relação de indutância mútua.
3. Módulo de linha de transmissão
3.1 Análise de Princípios
Supondo que, no caso de equilíbrio trifásico, os parâmetros R, L e C da linha de transmissão sejam distribuídos uniformemente ao longo da linha, uma linha de transmissão trifásica balanceada pode ser simulada usando o circuito equivalente de parâmetro concentrado em forma de π . Quando a linha é longa, vários circuitos equivalentes em forma de π idênticos podem ser conectados em série para simulação.
3.2 Módulos de linhas de transmissão
3.2.1. Módulo de circuito equivalente em forma de π
O circuito equivalente em forma de π da linha de transmissão inclui um circuito monofásico em forma de π e um módulo equivalente trifásico em forma de π. Em sistemas de energia, para linhas aéreas com mais de 100 km e cabos mais longos, a influência da capacitância geralmente não pode ser ignorada. Portanto, os módulos de circuito em forma de batida são frequentemente usados em cálculos como cálculos de fluxo de energia e análise de estabilidade transitória.
Circuito equivalente monofásico em forma de π
Circuito trifásico em forma de π
1) Frequência fundamental: A frequência fundamental do sistema de simulação é usada para calcular o RLC
2) Resistência de comprimento unitário: sequência positiva e resistência de sequência zero
3) Indutância por unidade de comprimento: sequência positiva e indutância de sequência zero
4) Capacitância por unidade de comprimento: capacitância de sequência positiva e sequência zero
5) Comprimento da linha
Um circuito em forma de π pode ser usado para substituir uma linha cujo comprimento não exceda 300 km. Para uma linha mais longa, pode ser simulado em série em múltiplos estágios. O circuito em forma de π limita a faixa de frequência de tensão e corrente na linha . Para o estudo do sistema de energia na frequência fundamental e a relação entre o sistema de energia e o sistema de controle, o circuito em forma de π pode atingir precisão suficiente , mas para o estudo da abertura e fechamento da chave Ao lidar com componentes transitórios de alta frequência, como o processo de transição dependente do tempo, é necessário considerar as características dos parâmetros distribuídos e usar o módulo de linha de parâmetros distribuídos .
3.2.2 Módulo de circuito equivalente de parâmetro distribuído
1) Número de fases: altere o número da fase da linha do parâmetro de distribuição
2) Frequência fundamental: A frequência fundamental é usada para calcular os valores dos parâmetros de R, L e C
3) Resistência de comprimento unitário: resistência de comprimento unitário representada pela matriz, para linhas de transposição contínuas bifásicas e trifásicas, você pode inserir sequência positiva e resistência de sequência zero r1, r0, para linhas simétricas de seis fases, você pode inserir sequência positiva , Sequência zero e resistores de acoplamento [r0,r1,r0m]; para circuitos assimétricos de fase N, uma matriz de resistência de ordem N*N representando a relação entre cada linha e a linha deve ser inserida
4) Indutância por unidade de comprimento: o mesmo que acima
5) Capacitância por unidade de comprimento: o mesmo que a introdução acima
6) Comprimento da linha:
7) Parâmetros de medição: meça a tensão de fase no final do envio e recebimento final da linha
3.3 Módulo de ramificação da série RLC
No sistema de potência, para linhas curtas com baixos níveis de tensão (linhas aéreas com comprimento não superior a 100 km), a influência da capacitância da linha é geralmente ignorada e o ramal série RLC é usado como equivalente.
A biblioteca SimPowerSystems fornece os dois ícones de módulo de ramificação da série RLC acima. Um é monofásico e o outro é trifásico.
1) Resistência
2) Indutância
3) capacitância
4) Parâmetros de medição
a. Nenhum
b.Tensão de ramificação
c. Corrente de ramificação
d. Todas as variáveis
4. Carregar módulo
Os modelos de carga usuais são divididos em modelos estáticos e modelos dinâmicos , nos quais o modelo estático representa a relação entre potência de carga, tensão e frequência em estado estacionário; o modelo dinâmico reflete a mudança da potência de carga com o tempo quando a tensão e a frequência mudam acentuadamente. Os circuitos equivalentes de carga comumente usados incluem ramificação de impedância equivalente de fonte, ramificação constante e circuito equivalente de motor assíncrono.
4.1 Módulo de carga estática
Quatro módulos de carregamento estático são fornecidos na biblioteca SimPowerSystems. Eles são carga RLC monofásica série; carga RLC paralela monofásica; carga RLC série trifásica; carga RLC paralela trifásica.
1) Método de conexão de carga trifásica
2) A tensão de linha nominal da carga
3) Frequência nominal
4) Potência ativa da carga
5) Potência reativa indutiva da carga trifásica
6) Potência reativa capacitiva da carga trifásica
7) Medição: meça a tensão na carga e a corrente na carga
4.2 Módulo de carga dinâmica
1) A tensão nominal da linha e a frequência da carga
2) Potência ativa e potência reativa na tensão inicial
3) Inicialização da tensão de sequência positiva: especifique a amplitude e o ângulo de fase da tensão de sequência positiva
4) Controle externo PQ: quando selecionado, a potência ativa e a potência reativa da carga podem ser definidas pelos vetores simulink destes dois sinais externos.
5) Parâmetros np, nq: especifique os parâmetros np, nq que definem as características da carga.
6) Constante de tempo: especifique a constante de tempo para controlar as características dinâmicas ativas e reativas da carga.
7) Tensão mínima: especifique a tensão mínima do estado inicial da carga dinâmica.
5. Disjuntor e módulo de falha
No processo de simulação transitória do sistema de potência, o controle on-off do equipamento é realizado através da abertura e fechamento do módulo de disjuntores ou módulo de falta trifásica .
5.1 Módulo do disjuntor
Pode ser controlado por sinais internos e externos, controle externo (0 desligado, 1 ligado) controle interno (especificado por parâmetros na caixa de diálogo do módulo)
5.1.1 Módulo Disjuntor Monofásico
1
1) O estado inicial do disjuntor: 1 é fechado, 0 é aberto
2) Tempo de ação do interruptor: A ação do interruptor ocorre uma vez em 5/60 pontos de tempo, conforme mostrado na figura.
3) Controle externo
4) O valor da resistência equivalente após o fechamento do disjuntor é geralmente muito pequeno.
5) Resistência buffer: o valor da resistência no circuito paralelo, quando inf for selecionado, anula este valor.
6) Capacitor de buffer: Quando o capacitor de buffer é definido como 0, o capacitor de buffer é cancelado; quando o capacitor de buffer é definido como inf, o circuito de buffer é um circuito puramente resistivo.
7) Parâmetros de medição:
a. Nenhum
b. Tensão do disjuntor
c. Corrente do disjuntor
d. todos
5.1.2 Módulo disjuntor trifásico
1) Estado inicial
2) Selecionado significa qual disjuntor pode operar
5.2 Módulo de falha trifásica
O módulo de controle de falta trifásica é composto por três disjuntores independentes, que podem simular falta fase-fase e falta fase-terra.
1) Falha de aterramento: Indica que a falha de aterramento é permitida. Quando não selecionada, a resistência de aterramento é automaticamente ajustada para a 6ª potência de 10.
2) Resistência de falha: não pode ser 0
3) Resistência de terra: resistência de aterramento durante falta à terra.