Описание систем моделирования

Simscape Power Systems

SimPowerSystems расширяет Simulink инструментами для моделирования электросиловых систем генерации, передачи, распределения и потребления электроэнергии.

Содержит готовые модели многих компонентов, используемых в трансформаторах, двигателях и библиотеки специфичных моделей, таких как гибкие системы передачи переменного тока (FACTS) и ветровые генераторы. Гармонический анализ, расчет коэффициента нелинейных искажений (КНИ) и другие ключевые расчеты энергосистемы автоматизированы.

Модели SimPowerSystems могут быть дискретизированы для повышения скорости симуляции. SimPowerSystems позволяет разрабатывать сложные автономные энергетические системы, используемые на заводах, в автомобилях, самолетах и т. д.

Совместно с другими продуктами MathWorks для физического моделирования, библиотека SimPowerSystems позволяет строить модели сложных гибридных объектов с механическими и гидравлическими подсистемами, а также проектировать для них интегрированные цифровые системы управления. Блоки и методы расчета этой библиотеки были разработаны ведущей энергетической компанией Hydro-Quйbec of Montreal.

Моделирование электроэнергетических систем

При помощи SimPowerSystems можно выполнять построение модели системы способами напоминающими сборку физической системы.

Компоненты в модели соединяются физическими связями, которые представляют идеальные электропроводящие пути. Этот подход позволяет пользователю описывать физическую структуру системы вместо того, чтобы выводить и реализовывать уравнения для системы. По схеме модели системы, SimPowerSystems автоматически вычисляет дифференциальные алгебраические уравнения, которые определяют поведение системы. Эти уравнения интегрируются в остальную часть модели Simulink.

Можно использовать сенсорные блоки в SimPowerSystems, чтобы измерять ток и напряжение в силовой сети и передавать сигналы об измерениях в стандартные блоки Simulink. Можно передавать Simulink сигналы в блоки — источники энергии для задания величины электрического тока и напряжения. При помощи блоков сенсоров и блоков источников можно подключать алгоритм управления, разработанный в Simulink к сети SimPowerSystems.

Моделирование индивидуальных компонентов

SimPowerSystems позволяет пользователю моделировать индивидуальные компоненты с использованием основных элементов из библиотеки SimPowerSystems и при помощи объединения этих элементов с блоками Simulink.

В компоненты из SimPowerSystems входят:

• · электрические элементы: линейные трансформаторы и трансформаторы с насыщением; разрядники и выключатели; и модели линий электропередачи;
• · электрические машины: модели синхронных машин и машин постоянного тока; системы возбуждения; модели гидравлических и паровых систем турбинных регуляторов;
• · силовая электроника: диоды, упрощённые и сложные модели тиристоров, переключатели с управляющим электродом, модели IGBT (Insulated-gate bipolar transistor — биполярный транзистор с изолированным затвором) и универсальные модели мостов, в которых можно выбирать стандартную топологию моста;
• · элементы управления и измерения: измерение напряжения, тока, импеданса; среднеквадратические измерения; вычисление активной и реактивной мощности; таймеры, мультиметры и Фурье анализ; управление системами высоковольтных линий постоянного тока (HVDC — high-voltage, direct current); общее нелинейное искажение; abc — dq0 и dq0 — abc преобразования;
• · трёхфазные компоненты: колебательные контура (RLC); выключатели и аварийные цепи (например цепь с коротким замыканием); р секционная линия; источники напряжения; трансформаторы; синхронные и асинхронные генераторы; моторы; анализаторы и измерители.

Возможности симуляции

SimPowerSystems предоставляет три метода решения энергетических сетевых систем, а также алгоритм идеального переключения, который улучшает выполнение симуляции систем, в которых происходят высокочастотные переключения.

С SimPowerSystems можно использовать алгоритмы интегрирования с переменным шагом в Simulink для выполнения высокоточной симуляции моделей энергетических систем. Некоторые из этих алгоритмов интегрирования могут работать с жёсткими числовыми системами, которые часто встречаются при моделировании реальных энергетических систем. Возможность обнаружения перехода через нуль в Simulink позволяет находить и решать неоднородности с полной машинной точностью.

При дискретной симуляции системы выполняется интегрирование численным методом трапеций с фиксированным временным шагом. Это особенно эффективно для моделей энергетических систем, которые содержат силовые электронные устройства. Этот способ также облегчает симуляцию модели в режиме реального времени.

Фазовращательная симуляция заменяет дифференциальные уравнения, представляющие сеть, рядом алгебраических уравнений на фиксированной частоте. Фазовращательная симуляция облегчает исследование динамической устойчивости систем с большим количеством машин.

Алгоритм идеального переключения в SimPowerSystems позволяет выполнять быструю и точную симуляцию систем, в которых содержатся электронные устройства. В алгоритме используется передовой метод расчёта представления системы в пространстве состояний, что позволяет разработчику не полагаться на источники тока с демпферами с высоким импедансом по отношению к модели силового электронного устройства. Этот метод предоставляет пользователю большую гибкость в выборе решателя и возможность получить результаты за более короткое время симуляции.

Также можно рассматривать следующие возможности:

• · Среда моделирования для построения электрических систем постоянного, переменного тока и смешанных вариантов
• · Модели электрических машин постоянного и переменного тока, гибких систем передачи переменного тока (FACTS) и ветровых генераторов
• · Высокоточное имитационное моделирование на основе встроенных Simulink решателей
• · Дискретизация моделей, расчет комплексных амплитуд, быстрое моделирование в реальном времени
• · Переход к расчету моделей в пространстве состояний, расчет магнитного потока, напряжений и силы тока
• · Демонстрационные модели ключевых технологий электроэнергетики