Моделирование энергетических систем

Компоненты энергетических систем

Компоненты микросетей

Библиотека Электричество предоставляет вам возможность легко выбирать и изменять количество компонентов в вашей модели. Например, все приведенные ниже блоки представляют собой различные способы генерации электроэнергии с помощью синхронной машины.

Каждый из них имеет свой набор параметров и физику и может отображать различную динамику. Рекомендуется начинать с простейшего представления, которое отражает интересующее вас поведение. Engee позволяет легко добавлять больше деталей путем замены блоков.

Этот раздел познакомит вас с компонентами, которые будут использоваться при создании модели микросети. Микросеть состоит из двух генераторов переменного тока, а также бытовых и промышленных нагрузок. В следующих упражнениях вы узнаете, как смоделировать каждую из этих частей системы с помощью блоков Engee. В частности, вы узнаете о блоке Wye-Connected Load (нагрузка, соединенная в звезду) и блоке Synchronous Machine Salient Pole (Синхронная машина с явнополюсным ротором).

Активная и реактивная нагрузка

В предыдущем разделе вы использовали простую модель резистора для представления нагрузки. На практике обычно компоненты располагаются в одной из двух конфигураций: с соединением по схеме «звезда» или «треугольник».

В библиотеке Электричество есть блоки, представляющие каждую из этих конфигураций: Wye-Connected Load (Нагрузка, соединенная в звезду) и Delta-Connected Load (Нагрузка, соединенная в треугольник).

Как и в блоке RLC (Three-Phase), в этих блоках вы можете указать структуру компонентов в виде комбинации последовательных или параллельных резисторов, катушек индуктивности и конденсаторов. Также, в отличие от блока RLC (Three-Phase), вы можете напрямую указать номинальную мощность.

✏️Задание 1

Откройте модель Модель нагрузки с соединением по схеме звезда_ Начало.engee и модифицируйте ее:

1. Добавьте в модель блок Wye-Connected Load. Соедините порт ~ этого блока с портом ~ блока Voltage Source (Three-Phase).

2. В окне настроек блока Wye-Connected Load задайте значение параметра Rated voltage (Номинальное напряжение) равным 240 В, чтобы напряжение соответствовало напряжению источника. Значение мощности (параметр Real power) оставьте равным 1e3 Вт по умолчанию.

3. Поскольку в схеме «звезда» компоненты соединяются в нейтральной точке, блок имеет однофазный порт n. Добавьте в модель блок Electrical Reference и соедините его с портом n блока Wye-Connected Load.

Решение

✏️Задание 2

Продолжите построение модели:

1. Добавьте в модель блок Phase Voltage Sensor (Three-Phase) (Датчик напряжения (3 фазы)), измеряющий напряжение на каждой фазе. Соедините порт ~1 этого блока с линией, соединяющей блоки Voltage Source (Three-Phase) и Wye-Connected Load.

2. Добавьте в модель блок Mux (Мультиплексор). В окне настроек этого блока задайте значение параметра Number of inputs (Число входов) равным 3. Соедините три порта V блока Phase Voltage Sensor (Three-Phase) с тремя входными портами блока Mux.

Решение

✏️Задание 3

Завершите построение модели:

1. Добавьте в модель блок Terminator. Соедините его с выходным портом блока Mux. Залогируйте выходной сигнал.

2. Добавьте в модель блок Grounded Neutral (Three-Phase) (Заземление нейтрали (3 фазы)). Соедините его с портом ~2 блока Phase Voltage Sensor (Three-Phase).

3. Запустите модель. Постройте на одном полотне графики зависимости напряжения на каждой фазе от времени.

Решение

Модель:

График решения:

Синхронные машины

В следующем упражнении вы создадите модель, аналогичную генератору с разомкнутой системой управления, которую вы видели в начале этого курса. В следующем разделе вы увидите, как им можно управлять в режиме замкнутой системы управления.

Блоки синхронных машин в библиотеке Электричество соответствуют конфигурациям машин в реальном мире. В этом курсе вы будете моделировать явнополюсный генератор, поэтому вам понадобится блок Synchronous Machine Salient Pole (Синхронная машина с явнополюсным ротором), находящийся в библиотеке Физическое моделирование -> Электричество -> Электрические машины -> Синхронные.

✏️Задание 4

Начните построение модели:

1. Создайте новую модель.
2. Добавьте в модель блок Synchronous Machine Salient Pole (Синхронная машина с явнополюсным ротором).
3. Добавьте в модель блок нагрузки Wye-Connected Load. Соедините его с блоком синхронной машины с помощью портов ~.
4. Заземлите нагрузку с помощью блока Electrical Reference.

Решение

✏️Задание 5

Ваша микросеть будет питаться от генератора мощностью 5 МВА с номинальным напряжением 4160 В. Активная нагрузка составляет 2 МВт. Настройте параметры синхронной машины и нагрузки:

1. В окне настроек блока Synchronous Machine Salient Pole задайте значения параметров, как показано на рисунке:

2. В окне настроек блока Synchronous Machine Salient Pole задайте начальные состояния, как показано на рисунке:

1. В окне настроек блока Wye-Connected Load задайте значения параметров, как показано на рисунке:

Порты fd+ и fd- блока синхронной машины представляют собой клеммы для обмотки возбуждения. Напряжение между этими портами соответствует напряжению возбуждения. Чтобы подготовить модель к замыканию управляющего контура, для подачи напряжения вам понадобится блок Synchronous Machine Field Circuit (Цепь возбуждения синхронной машины), находящийся в библиотеке Физическое моделирование -> Электричество -> Электрические машины -> Синхронные.

✏️Задание 6

Продолжите построение модели:

1. Добавьте в модель блок Synchronous Machine Field Circuit (Цепь возбуждения синхронной машины). Подключите порты fd+ и fd- этого блока к портам fd+ и fd- блока Synchronous Machine Salient Pole.

2. В окне настроек блока Synchronous Machine Salient Pole задайте следующие значения параметров:

• Единицы измерения портов – Per unit,
• Номинальная полная мощность – 5e6 А*V,
• Номинальная электрическая частота – 50 Гц,
• Ток в цепи возбуждения – 1000 А.
• Способ параметризации – Стандартные параметры.

3. Задайте напряжение возбуждения. Для этого добавьте в модель блок Constant (Константа) и подключите его к порту Efd_pu блока Synchronous Machine Field Circuit. В окне настроек задайте значение константы равным 3.52.

4. Добавьте в модель блок terminator и подключите его к порту Ifd_pu (ток возбуждения) блока Synchronous Machine Field Circuit.

Решение

Порты R и C блока синхронной машины используются для подключения блоков из домена «Вращательная механика». Вы можете задать движение двигателя, приложив крутящий момент или заданную частоту вращения к разъему R относительно порта C.

С помощью блока Machine Inertia можно включить инерцию и демпфирование. Этот блок находится в библиотеке Физическое моделирование -> Электричество -> Электрические машины -> Механические элементы.

✏️Задание 7

Продолжите построение модели:

1. Добавьте в модель следующие механические вращательные блоки:

• Angular Belocity Source (Источник угловой скорости),
• Machine Inertia (Инерция электрической машины),
• Mechanical Rotational Reference (Опорная точка вращательного движения).

2. В окне настроек блока Machine Inertia задайте следующие значения параметров:

• Rated apparent power – 5e6 А*V,
• Rated electrical fequency – 50 Hz,
• Number of pole pairs – 4,
• Initial electrical frequency – 50 Hz.

3. Соедините одинаково маркированные порты блока Angular Belocity Source и блока синхронной машины: порт R с портом R, порт C с портом C. Подключите блок Machine Inertia к линии, соединяющей порты R этих блоков. К любой точке получившейся цепи подключите блок Mechanical Rotational Reference.

4. Добавьте управляющий сигнал для источника угловой скорости. Для этого добавьте в модель блок Constant. Подключите его к порту S блока Angular Belocity Source. Задайте значение константы равным 2*pi*50/4.

Решение

Модель генератора с разомкнутой системой управления почти готова. Чтобы узнать, как работает модель, можно использовать блоки датчиков, которые вам встречались ранее в курсе, например, датчик мощности.

Однако блок Synchronous Machine Salient Pole также генерирует физический сигнал, содержащий множество измеряемых величин. Вы можете получить доступ к отдельным измеряемым величинам, используя блок Synchronous Machine Measurement (Измеритель синхронной машины), находящий в библиотеке Физическое моделирование -> Электричество -> Электрические машины -> Синхронные.

✏️Задание 8

Завершите построение модели:

1. Добавьте в модель блок Synchronous Machine Measurement (Измеритель синхронной машины) и подключите его входной порт к порту O блока синхронной машины. В окне настроек блока Synchronous Machine Measurement задайте значение параметра Output равным Real power (Активная мощность).
2. Добавьте в модель блок Terminator и подключите его к выходному порту блока Synchronous Machine Measurement. Залогируйте выходной сигнал.
3. Добавьте в модель блок Solver Configuration и подключите его к любой точке электрической части модели.
4. В окне настроек модели задайте время моделирования равным 0.3 с, а размер шага – 50e-6 с.
5. Запустите модель. Постройте график зависимости мощности синхронной машины от времени.

Решение

Модель:

График результатов моделирования:

Тест для получения сертификата

Пройти тест по разделу >>