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

Основные

# Номинальная полная мощность — номинальная мощность машины
Вт | ГВт | МВт | кВт | мВт | мкВт | HP_DIN | ВА

Details

Номинальная мощность машины.

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

# Номинальное напряжение — номинальное среднеквадратическое значение линейного напряжения
В | МВ | кВ | мВ

Details

Номинальное среднеквадратическое значение линейного напряжения.

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

# Номинальная электрическая частота — номинальная частота
Гц | ГГц | МГц | кГц

Details

Номинальная частота.

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

# Тип портов цепи возбуждения — управление возбуждением
Контрольный вход, о.е. | Электрические порты

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`

# Выбор параметра цепи возбуждения, необходимого для получения номинального напряжения на холостом ходу — базовая переменная цепи возбуждения
Напряжение цепи возбуждения | Ток цепи возбуждения

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`

# Напряжение цепи возбуждения — напряжение возбуждения
В | МВ | кВ | мВ

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`

# Ток цепи возбуждения — ток цепи возбуждения
А | МА | кА | мА | нА | пА | мкА

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`

# Тип механического порта — тип управления механическим движением машины
Сигнальный вход (скорость) | Сигнальный вход (мощность) | Механические входные порты

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`

# Тип ротора — тип ротора
Явнополюсный ротор | Неявнополюсный ротор

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`

Сопротивления

# Сопротивление статора Ra — активное сопротивление статора

Details

Активное сопротивление статора в относительных единицах.

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

# Реактивное сопротивление рассеяния статора 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`

# Синхронное реактивное сопротивление по оси d 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`

# Синхронное реактивное сопротивление по оси q 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`

# Переходное реактивное сопротивление по оси d 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`

# Переходное реактивное сопротивление по оси q 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`

# Сверхпереходное реактивное сопротивление по оси d 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`

# Сверхпереходное реактивное сопротивление по оси q 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`

Постоянные Времени

# Способ задания постоянной времени оси d — выбор задания постоянных времени по оси d
Разомкнутая обмотка | Замкнутая накоротко обмотка

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`

# Переходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора Td0' — переходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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`

# Сверхпереходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора Td0" — сверхпереходная постоянная времени по оси d при разомкнутой обмотке статора
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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`

# Переходная постоянная времени по оси d при замкнутой накоротко обмотке статора Td' — переходная постоянная времени по оси d при короткозамкнутой обмотке статора
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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`

# Сверхпереходная постоянная времени по оси d при замкнутой накоротко обмотке статора Td" — сверхпереходная постоянная времени по оси d при короткозамкнутой обмотке статора
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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`

# Способ задания постоянной времени оси q — выбор задания постоянных времени по оси q
Разомкнутая обмотка | Замкнутая накоротко обмотка

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`

# Переходная постоянная времени по оси q при разомкнутой обмотке статора Tq0' — переходная постоянная времени по оси q при разомкнутой обмотке статора
д | с | ч | ms | нс | мкс | мин

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`

# Сверхпереходная постоянная времени по оси q при разомкнутой обмотке статора Tq0" — сверхпереходная постоянная времени по оси q при разомкнутой обмотке статора
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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`

# Переходная постоянная времени по оси q при замкнутой накоротко обмотке статора Tq' — переходная постоянная времени по оси q при короткозамкнутой обмотке статора
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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`

# Сверхпереходная постоянная времени по оси q при замкнутой накоротко обмотке статора Tq'' — сверхпереходная постоянная времени по оси q при короткозамкнутой обмотке статора
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин

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`

Начальные Состояния

# Напряжение на выводах — начальное значение напряжения генератора
В | МВ | кВ | мВ

Details

Начальное значение напряжения генератора.

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

# Угол напряжения на выводах — начальное значение угла напряжения генератора
град | рад | об | mrad

Details

Начальное значение угла напряжения генератора.

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

# Активная мощность — начальное значение генерируемой активной мощности
Вт | ГВт | МВт | кВт | мВт | мкВт | HP_DIN | ВА

Details

Начальное значение генерируемой активной мощности.

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

# Реактивная мощность — начальное значение генерируемой реактивной мощности
Вт | ГВт | МВт | кВт | мВт | мкВт | HP_DIN | ВА

Details

Начальное значение генерируемой реактивной мощности.

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

Механические параметры

# Постоянная инерции, H — инерционная постоянная
д | с | ч | мс | нс | мкс | мин | Вт*с/(ВА)

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`

# Коэффициент фрикционного демпфирования — 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`

# Тип учета момента трения — тип учета момента трения
Относительно скорости | Относительно отклонения скорости

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`

Повреждённые обмотки

# Повреждение в обмотке фазы A — 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`

# Удаленность точек повреждения фазы А от нейтрали в процентах — 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`

# Повреждение в обмотке фазы B — 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`

# Удаленность точек повреждения фазы B от нейтрали в процентах — 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`

# Повреждение в обмотке фазы C — 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`

# Удаленность точек повреждения фазы C от нейтрали в процентах — 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`

# Повреждение в обмотке возбуждения — 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`

# Удаленность точек повреждения обмотки возбуждения от нейтрали в процентах — 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`

Насыщение

# Характеристика кривой насыщения — выбор задания кривой насыщения
Линейная функция | По точкам | Линейно-квадратичная функция

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`

# Оси для вычисления тока намагничивания — оси, по которым вычисляется ток намагничивания для учета насыщения
Ось D | Оси DQ

Details

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

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

# Вектор координат точек кривой насыщения по оси абсцисс (ток возбуждения в о.е.) — 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`

# Вектор координат точек кривой насыщения по оси ординат (напряжение генератора при номинальной скорости на холостом ходу в о.е.) — 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`

# Смещение кривой насыщения вправо в точке напряжения статора в 1 о.е. в режиме холостого хода — 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`

# Смещение кривой насыщения вправо в точке напряжения статора в 1.2.о.е. в режиме холостого хода — 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.