Phase-Domain Synchronous Machine

Синхронная машина в фазных координатах с внутренними повреждениями.

phase domain synchronous machine

Описание

Блок Phase-Domain Synchronous Machine моделирует cинхронную машину в фазных координатах с внутренними повреждениями. Можно использовать эту машину для моделирования внутренних повреждений, таких как межвитковые замыкания, междуфазные замыкания, замыкания на землю как в обмотках статора, так и обмотке возбуждения. Количество одновременно выбираемых точек повреждения составляет до двух на каждую из обмоток машины.

Для реализации этой модели используется метод фазных координат [1]: значения индуктивностей машины зависят от положения ротора и уровня насыщения. Математическая модель в фазных координатах позволяет имитировать внутренние повреждения синхронных машин. Для моделирования внутренних повреждений синхронной машины необходимо вычислить само- и взаимоиндукцию обмоток машины, включая неисправные обмотки, как функции положения ротора и насыщения.

Моделирование повреждения обмотки машины предполагает доступ к месту приложения повреждения. Точка повреждения делит обмотку на две части – поврежденную и неповрежденную. В зависимости от характера повреждения (замыкание на корпус, межвитковое замыкание, межфазное замыкание и т.п.) и условий эксперимента, число точек повреждений может быть несколько. Следовательно, каждая повреждаемая обмотка должна представляться в модели несколькими частями – подобмотками, как показано на рисунке 1.

Каждая -я подобмотка представляется в машине эквивалентной синусоидально-распределенной обмоткой со своей магнитной осью, характеризуемой углом , и эквивалентным (действующим) числом витков , как показано на рисунке 2.

Порты

Выход

# o — порт с вектором текущих значений переменных машины
вектор

Details

Порт с вектором текущих значений переменных машины. Подключите его к блоку Synchronous Machine Measurement, чтобы вывести переменную в виде сигнала.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Ненаправленные

# ~ — трехфазный порт
электричество

Details

Трехфазный электрический порт.

Имя для программного использования

port

# n — нейтраль
электричество

Details

Электрический порт, соответствует нейтральной точке обмотки статора.

Имя для программного использования

n

# A1, A2 — внутренние узлы обмотки фазы А
электричество

Details

Внутренние узлы обмотки фазы .

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable fault in phase A winding. Количество входных портов A зависит от количества точек, заданных в параметре Percentage of phase A points of fault from the neutral. Если задана одна точка (например [50.0]), то будет использоваться только порт A1, если указано две точки (например [50.0, 75.0]), то будут использоваться два порта: A1 и A2.

Имя для программного использования

a1

# B1, B2 — внутренние узлы обмотки фазы B
электричество

Details

Внутренние узлы обмотки фазы .

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable fault in phase B winding. Количество входных портов B зависит от количества точек, заданных в параметре Percentage of phase B points of fault from the neutral. Если задана одна точка (например [50.0]), то будет использоваться только порт B1, если указано две точки (например [50.0, 75.0]), то будут использоваться два порта: B1 и B2.

Имя для программного использования

b1

# C1, C2 — внутренние узлы обмотки фазы С
электричество

Details

Внутренние узлы обмотки фазы .

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите флажок Enable fault in phase С winding. Количество входных портов C зависит от количества точек, заданных в параметре Percentage of phase C points of fault from the neutral. Если задана одна точка (например [50.0]), то будет использоваться только порт C1, если указано две точки (например [50.0, 75.0]), то будут использоваться два порта: C1 и C2.

Имя для программного использования

c1

# F1, F2 — внутренние узлы обмотки возбуждения
электричество

Details

Внутренние узлы обмотки возбуждения.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Field excitation type значение Electrical input port и установите флажок Enable fault in excitation winding. Количество входных портов F зависит от количества точек, заданных в параметре Percentage of excitation winding points of fault from the terminal. Если задана одна точка (например [50.0]), то будет использоваться только порт F1, если указано две точки (например [50.0, 75.0]), то будут использоваться два порта: F1 и F2.

Имя для программного использования

f1

# R — ротор машины
вращательная механика

Details

Порт механического вращения ротора.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Mechanical input type значение Mechanical input ports.

Имя для программного использования

rod_flange

# C — корпус машины
вращательная механика

Details

Порт механического вращения корпуса машины.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Mechanical input type значение Mechanical input ports.

Имя для программного использования

case_flange

# fd+ — положительный порт цепи возбуждения
электричество

Details

Положительный порт цепи возбуждения.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Field excitation type значение Electrical input ports.

Имя для программного использования

fd_p

# fd– — отрицательный порт цепи возбуждения
электричество

Details

Отрицательный порт цепи возбуждения.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Field excitation type значение Electrical input ports.

Имя для программного использования

fd_n

Вход

# Efd — напряжение возбуждения от системы управления
скаляр

Details

Входной порт для напряжения возбуждения от системы управления в относительных единицах.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Field excitation type значение Signal control port.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# w — скорость от системы управления
скаляр

Details

Входной порт для скорости от системы управления в рад/c.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Mechanical input type значение Signal input (speed)

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# Pm — механическая мощность от системы управления
скаляр

Details

Входной порт для механической мощности от системы управления в относительных единицах.

Зависимости

Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Mechanical input type значение Signal input (power)

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Main

# Rated apparent power — номинальная мощность машины
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN | A*V

Details

Номинальная мощность машины.

Значение по умолчанию	`555e6 A*V`
Имя для программного использования	`S_rated`

# Rated voltage — номинальное среднеквадратическое значение линейного напряжения
V | MV | kV | mV

Details

Номинальное среднеквадратическое значение линейного напряжения.

Значение по умолчанию	`24e3 V`
Имя для программного использования	`V_rated`

# Rated electrical frequency — номинальная частота
Hz | GHz | MHz | kHz

Details

Номинальная частота.

Значение по умолчанию	`50.0 Hz`
Имя для программного использования	`f_rated`

# Field excitation type — управление возбуждением
Signal control port | Electrical input ports

Details

Выбор управления возбуждением:

Signal control port — направленный сигнал, о.е.;
Electrical input ports — электрический сигнал, В.

Значение по умолчанию	`Signal control port`
Имя для программного использования	`field_excitation_input`

# Specify field circuit input required to produce rated terminal voltage at no load by — базовая переменная цепи возбуждения
Field circuit voltage | Field circuit current

Details

Выбор задаваемой базовой переменной цепи возбуждения, определяющей номинальное напряжение машины в режиме холостого хода:

Field circuit voltage — ток цепи возбуждения;
Field circuit current — напряжение цепи возбуждения.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field excitation type значение Electrical input ports.

Значение по умолчанию	`Field circuit current`
Имя для программного использования	`field_circuit_parameterization`

# Field circuit voltage — напряжение возбуждения
V | MV | kV | mV

Details

Значение напряжения возбуждения, необходимого для создания номинального напряжения при номинальной скорости в режиме холостого хода.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field excitation type значение Electrical input ports, а для параметра Specify field circuit input required to produce rated terminal voltage at no load by значение Field circuit voltage.

Значение по умолчанию	`100.0 V`
Имя для программного использования	`E_fd_base`

# Field circuit current — ток цепи возбуждения
A | MA | kA | mA | nA | pA | uA

Details

Значение тока цепи возбуждения, необходимого для создания номинального напряжения при номинальной скорости в режиме холостого хода.

Зависимости

Значение по умолчанию	`1300.0 A`
Имя для программного использования	`I_fd_base`

# Mechanical input type — тип управления механическим движением машины
Signal input (speed) | Signal input (power) | Mechanical input ports

Details

Выбор управления механическим движением машины:

Signal input (speed) – направленный сигнал, задающий скорость, о.е.;
Signal input (power) – направленный сигнал, задающий мощность, о.е.;
Mechanical input ports – механический сигнал от источника момента или скорости.

Значение по умолчанию	`Signal input (speed)`
Имя для программного использования	`mechanical_input`

# Rotor type — тип ротора
Salient pole | Round

Details

Явнополюсная или неявнополюсная машина:

Salient pole – явнополюсный тип ротора, одна демферная обмотка по оси ;
Round – неявнополюсный тип ротора, две демферных обмотки по оси .

Значение по умолчанию	`Round`
Имя для программного использования	`rotor_type`

Impedances

# Stator resistance Ra — активное сопротивление статора

Details

Активное сопротивление статора в относительных единицах.

Значение по умолчанию	`0.003`
Имя для программного использования	`R_a`

# Stator leakage reactance Xl — индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора

Details

Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора в относительных единицах.

Значение по умолчанию	`0.15`
Имя для программного использования	`X_l`

# d-axis synchronous reactance Xd — cинхронное индуктивное сопротивление по оси d

Details

Синхронное индуктивное сопротивление по оси в относительных единицах.

Значение по умолчанию	`1.81`
Имя для программного использования	`X_d`

# q-axis synchronous reactance Xq — синхронное индуктивное сопротивление по оси q

Details

Cинхронное индуктивное сопротивление по оси в относительных единицах.

Значение по умолчанию	`1.76`
Имя для программного использования	`X_q`

# d-axis transient reactance Xd' — переходное индуктивное сопротивление по оси d

Details

Переходное индуктивное сопротивление по оси в относительных единицах.

Значение по умолчанию	`0.3`
Имя для программного использования	`X_p_d`

# q-axis transient reactance Xq' — переходное индуктивное сопротивление по оси q

Details

Переходное индуктивное сопротивление по оси в относительных единицах.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Number of q-axis damper circuits значение 2.

Значение по умолчанию	`0.65`
Имя для программного использования	`X_p_q`

# d-axis subtransient reactance Xd" — сверхпереходное индуктивное сопротивление по оси d

Details

Cверхпереходное индуктивное сопротивление по оси в относительных единицах.

Значение по умолчанию	`0.23`
Имя для программного использования	`X_pp_d`

# d-axis subtransient reactance Xq" — сверхпереходное индуктивное сопротивление по оси q

Details

сверхпереходное индуктивное сопротивление по оси в относительных единицах.

Значение по умолчанию	`0.25`
Имя для программного использования	`X_pp_q`

Time Constants

# Specify d-axis time constant — выбор задания постоянных времени по оси d
Open circuit | Short circuit

Details

Выбор задания постоянных времени по оси :

Open circuit – при разомкнутой обмотке статора;
Short circuit – при короткозамкнутой обмотке статора.

Значение по умолчанию	`Open circuit`
Имя для программного использования	`option_d`

# d-axis transient open-circuit Td0' — переходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Переходная постоянная времени по оси при разомкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify d-axis time constant значение Open circuit.

Значение по умолчанию	`8.0 s`
Имя для программного использования	`T_p_d0`

# d-axis transient open-circuit Td0" — сверхпереходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Cверхпереходная постоянная времени по оси при разомкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify d-axis time constant значение Open circuit.

Значение по умолчанию	`0.03 s`
Имя для программного использования	`T_pp_d0`

# d-axis transient short-circuit Td' — переходная постоянная времени по оси d при короткозамкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Переходная постоянная времени по оси при короткозамкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify d-axis time constant значение Short circuit.

Значение по умолчанию	`1.326 s`
Имя для программного использования	`T_p_d`

# d-axis transient short-circuit Td" — сверхпереходная постоянная времени по оси d при короткозамкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Cверхпереходная постоянная времени по оси при короткозамкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify d-axis time constant значение Short circuit.

Значение по умолчанию	`0.023 s`
Имя для программного использования	`T_pp_d`

# Specify q-axis time constant — выбор задания постоянных времени по оси q
Open circuit | Short circuit

Details

Выбор задания постоянных времени по оси :

Open circuit – при разомкнутой обмотке статора;
Short circuit – при короткозамкнутой обмотке статора.

Значение по умолчанию	`Open circuit`
Имя для программного использования	`option_q`

# q-axis transient open-circuit Tq0' — переходная постоянная времени по оси q при разомкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Переходная постоянная времени по оси при разомкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify q-axis time constant значение Open circuit.

Значение по умолчанию	`1 s`
Имя для программного использования	`T_p_q0`

# q-axis subtransient open-circuit Tq0" — сверхпереходная постоянная времени по оси q при разомкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Cверхпереходная постоянная времени по оси при разомкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify q-axis time constant значение Open circuit.

Значение по умолчанию	`0.07 s`
Имя для программного использования	`T_pp_q0`

# q-axis transient short-circuit Tq' — переходная постоянная времени по оси q при короткозамкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Переходная постоянная времени по оси при короткозамкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify q-axis time constant значение Short circuit.

Значение по умолчанию	`0.3693 s`
Имя для программного использования	`T_p_q`

# q-axis subtransient short-circuit Tq" — сверхпереходная постоянная времени по оси q при короткозамкнутой обмотке статора
d | s | hr | ms | ns | us | min

Details

Cверхпереходная постоянная времени по оси при короткозамкнутой обмотке статора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specify q-axis time constant значение Short circuit.

Значение по умолчанию	`0.0269 s`
Имя для программного использования	`T_pp_q`

Initial Conditions

# Terminal voltage magnitude — начальное значение напряжения генератора
V | MV | kV | mV

Details

Начальное значение напряжения генератора.

Значение по умолчанию	`24e3 V`
Имя для программного использования	`V_mag_start`

# Terminal voltage angle — начальное значение угла напряжения генератора
deg | rad | rev | mrad

Details

Начальное значение угла напряжения генератора.

Значение по умолчанию	`0.0 deg`
Имя для программного использования	`V_ang_start`

# Active power generated — начальное значение генерируемой активной мощности
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN | A*V

Details

Начальное значение генерируемой активной мощности.

Значение по умолчанию	`500e6 A*V`
Имя для программного использования	`P_t_start`

# Reactive power generated — начальное значение генерируемой реактивной мощности
W | GW | MW | kW | mW | uW | HP_DIN | A*V

Details

Начальное значение генерируемой реактивной мощности.

Значение по умолчанию	`0.0 A*V`
Имя для программного использования	`Q_t_start`

Mechanical

# Inertia constant, H — инерционная постоянная
d | s | hr | ms | ns | us | min | W*s/(A*V)

Details

Инерционная постоянная.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Mechanical input type значение Signal input (power).

Значение по умолчанию	`0.2 Ws/(AV)`
Имя для программного использования	`H`

# Friction factor — коэффициент фрикционного демпфирования

Details

Коэффициент фрикционного демпфирования.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Mechanical input type значение Signal input (power).

Значение по умолчанию	`0.0`
Имя для программного использования	`friction_factor`

# Specify friction type — тип учета момента трения
Zero | Rated

Details

Выберите, как учитывать момент трения в уравнении движения машины:

Zero – относительно скорости;
Rated – относительно отклонения скорости.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Mechanical input type значение Signal input (power).

Значение по умолчанию	`Zero`
Имя для программного использования	`friction_type`

Faulted windings

# Enable fault in phase A winding — обмотка фазы A подвергается повреждению

Details

Установите этот флажок, если обмотка фазы подвергается повреждению.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`faulted_winding_A`

# Percentage of phase A points of fault from the neutral — положения точек повреждения обмотки фазы A

Details

Вектор положения точек повреждения обмотки фазы в процентах от нейтральной точки.

Количество входных портов A равно количеству элементов этого вектора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable fault in phase A winding.

Значение по умолчанию	`[50.0]`
Имя для программного использования	`A_winding_fault_points`

# Enable fault in phase B winding — обмотка фазы B подвергается повреждению

Details

Установите этот флажок, если обмотка фазы подвергается повреждению.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`faulted_winding_B`

# Percentage of phase B points of fault from the neutral — положения точек повреждения обмотки фазы B

Details

Вектор положения точек повреждения обмотки фазы в процентах от нейтральной точки.

Количество входных портов B равно количеству элементов этого вектора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable fault in phase B winding.

Значение по умолчанию	`[50.0]`
Имя для программного использования	`B_winding_fault_points`

# Enable fault in phase C winding — обмотка фазы C подвергается повреждению

Details

Установите этот флажок, если обмотка фазы подвергается повреждению.

Количество входных портов C равно количеству элементов этого вектора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите флажок Enable fault in phase C winding.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`faulted_winding_C`

# Percentage of phase C points of fault from the neutral — положения точек повреждения обмотки фазы C

Details

Вектор положения точек повреждения обмотки фазы в процентах от нейтральной точки.

Значение по умолчанию	`[50.0]`
Имя для программного использования	`C_winding_fault_points`

# Enable fault in excitation winding — обмотка возбуждения подвергается повреждению

Details

Установите этот флажок, если обмотка возбуждения подвергается повреждению.

Количество входных портов F равно количеству элементов этого вектора.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field excitation type значение Electrical input port.

Значение по умолчанию	`false (выключено)`
Имя для программного использования	`faulted_winding_F`

# Percentage of excitation winding points of fault from the terminal — положения точек повреждения обмотки возбуждения

Details

Вектор положения точек повреждения обмотки возбуждения в процентах от отрицательного вывода.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Field excitation type значение Electrical input port и установите флажок Enable fault in excitation winding.

Значение по умолчанию	`[50.0]`
Имя для программного использования	`F_winding_fault_points`

Saturation

# Specification of saturation curve — выбор задания кривой насыщения
Linear | Points | Factors

Details

Выбор задания кривой насыщения:

Linear – линейная функция;
Points – таблица точек;
Factors – линейно-квадратичная функция.

Значение по умолчанию	`Linear`
Имя для программного использования	`saturation_curve`

# Magnetizing current calculate by — оси, по которым вычисляется ток намагничивания для учета насыщения
D-axis | DQ-axes

Details

Оси, по которым вычисляется ток намагничивания для учета насыщения ( или ).

Значение по умолчанию	`DQ-axes`
Имя для программного использования	`magnetization_axes`

# Vector of coordinates of saturation curve points along excitation current (abscissa axis), pu — координаты точек кривой насыщения по оси абсцисс

Details

Вектор координат точек кривой насыщения по оси абсцисс (ток возбуждения в относительных единицах).

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specification of saturation curve значение Points.

Значение по умолчанию	`[0.0, 0.48, 0.76, 1.38, 1.79]`
Имя для программного использования	`ifd_data`

# Vector of coordinates of saturation curve points along the generator voltage at idle speed (ordinate axis), pu — координаты точек кривой насыщения по оси ординат

Details

Вектор координат точек кривой насыщения по оси ординат (напряжение генератора при номинальной скорости на холостом ходу в относительных единицах).

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specification of saturation curve значение Points.

Значение по умолчанию	`[0.0, 0.80, 1.08, 1.31, 1.40]`
Имя для программного использования	`Vag_data`

# Coefficient that specifies the shift of the curve to the right relative to the unsaturated curve at ordinate 1.0 SE10. — коэффициент, задающий смещение кривой вправо относительно ненасыщенной кривой при ординате 1.0

Details

Коэффициент, задающий смещение кривой вправо относительно ненасыщенной кривой при ординате 1.0.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specification of saturation curve значение Factors.

Значение по умолчанию	`0.0609`
Имя для программного использования	`SE10`

# Coefficient that specifies the shift of the curve to the right relative to the unsaturated curve at ordinate 1.2 SE12. — коэффициент, задающий смещение кривой вправо относительно ненасыщенной кривой при ординате 1.2

Details

Коэффициент, задающий смещение кривой вправо относительно ненасыщенной кривой при ординате 1.2.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Specification of saturation curve значение Factors.

Значение по умолчанию	`0.1292`
Имя для программного использования	`SE12`

Литература

[1] A. B. Dehkordi, P. Neti, A.M Gole, and T.L. Maguire, ”Development and Validation of a Comprehensive Synchronous Machine Model for a Real‐Time Environment,” IEEE Trans. Energy Conversion, Vol. 25, No. 1, March 2010.