Имитационное моделирование нессиметричных режимов работы систем электроснабжения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Оренбургский государственный университет

Имитационное моделирование нессиметричных режимов работы систем электроснабжения

Бикмухаметов Т.Н.

В настоящее время в связи с быстрым и прогрессирующим развитием информационных технологий основным направлением моделирования различных режимов работы систем электроснабжения является моделирование с помощью ЭВМ.

При этом основным фактором эффективности решения поставленной инженерной задачи и достоверности полученных результатов было и будет используемое при исследовании программное обеспечение. Опыт показывает, что самым оптимизационным решением данной задачи является использование существующих программ и пакетов программирования, предназначенных для решение задач по имитационному моделированию в отраслевых областях электроэнергетики .Одним из ярких примеров средств имитационного моделирования систем электроснабжения как в целом, так и отдельных машин и аггрегатов и процессов протекающих в них, можно привести прикладную программу Simulink и библиотеку блоков SimPowerSystem из ядра пакета Matlab.

Предпочтение данной прикладной программе отдается потому, что в основу Matlab Simulink заложены современные методы визуального программирования, мощный математический аппарат, также пакет имеет множество библиотек, в которые уже вложены готовые модели активных и пассивных электротехнических элементов, источников электрической энергии, электрических двигателей, трансформаторов, воздушных и кабельных линий электропередач.

Интерфейс программы Matlab Simulink позволяет пользователю выводить полученные результаты в удобной форме, в виде графиков, диаграмм, таблиц и т.п. Также программа позволяет выгружать данные решений в редактор электронных таблиц Microsoft Excel.

Применяя способности Simulink и SimPower-System возможно не только создавать модели, но и исследовать работу различных электротехнических устройств. Библиотека элементов SimPowerSystem включает довольно обширный диапазон энергетического, замерного дополнительного оснащения. Также, если в обычной библиотеке отсутствует какой либо блок, имитирующий работу спецоборудования либо метода, в таком случае пользователь обладает возможностью сформировать собственный личный блок. С помощью исходной схемы, представленой на рисунке 1, возможно решать задачи по оцениванию нессиметрии в трехфазной сети в диалоговом режиме, оценивать потери в элементах системы электроснабжения, которые возникают дополнительно при возникновении различной величины несимметрии напряжений и токов.

Главными составляющими данной имитационной модели являются источник трехфазного синусоидального напряжения (Controlled Voltage Source ABC), который можно программировать по желанию пользователя, трехпроводная кабельная линия электропередач, в состав которой входят блоки Series RLC branh, нагрузка (потребители), изменяемая во времени (Controled Current Source АВС), вспомогательные подсистемы из блоков Matlab Simulink, которые обрабатывают и выводят требуемую для дальнейшего расчета информацию, полученную с помощью датчиков измерения электрических параметров (Three-Phase V-I Measurement, Scope, Sequence Analyzer). Дополнительно к стандартному набору блоков из библиотеки Matlab Simulink были созданы и интегрированы в модель блоки (Subsystem 1, Subystem 2). визуальный программирование электроснабжение

С помощью подсистем (Subsystem 1, Subystem 2) вычисляются величины показателей качества электроэнергии, величины потерь напряжений и мощностей, дополнительные потери электроэнергии (мощности) в системе и другие характеристики электрической сети в характерных точках исследуемой системы.

Блоки разработанных подситем Subsystem 1 и Subsystem 2 определяют в каждой фазе величины напряжения и токов , активную и реактивную мощности, коэффициент мощности нагрузки , симметричные составляющие напряжений, коэффициент несимметрии напряжений по обратной и нулевой последовательностям.

Рисунок 1 Схема для моделирования систем электроснабжения для изучения продолжительных несимметричных режимов

Показатель несимметрии напряжения в данной имитационной модели выслияется с помощью блока Subsystem KU, встроенного в подсистему Subsystem 1 и Subsystem 2, в соответствии с требованиями, предъявляемыми ГОСТ.

Длительные несимметричные режимы работы моделируются с помощью компонентов Controlled Voltage Source ABC и Controlled Current Source ABC. Используется алгоритм, в основе которого лежат блоки управляемых источников переменного напряжения и управляемых источников переменного тока. Для моделирования режима задаем реальные графики нагрузок, полученные из типовых графиков нагрузок для различных отраслей электроэнегетической отрасли.

Блок Controlled Voltage Source ABC моделирует выработку синусоидального напряжения переменной амплитуды. Величина амплитуды выходного напряжения источника и значение угла сдвига его фаз задаются с помощью блока Signal Builder, который позволяет с помощью графических редакторов задавать нужную форму сигнала, поступающего на вывод данного блока.

Работу электрической нагрузки (потребителя) имитирует блок Controled Current Source ABC. Он создает имитацию потребления синусоидального переменного тока

Необходимые для решения задачи величины токов, их начальные фазы, задаются аналогично напряжению при помощи блока Signal Builder.

Рисунок 2 - Структурная схема блока, формирующего сигнал фазных токов подсистем Controled Current Source ABC.

Представленная модель, разработанная и реализованная в среде прикладного пакета Matlab Simulink , является наглядным примером и хорошим помощником при моделировании и проведении исследования длительного и устойчивого несимметричного режима работы систем электроснабжения. Результатами моделирования можно быстро и с необходимой точностью определять уровни несимметрии в заданных точках системы, потери мощности, дополнительно возникающие в различных элементах систем электроснабжения при нессиметрии токов и напряжений, и принимать решение о рациональном (оптимальном) распределении нагрузок либо о применении симметрирующих устройств.

Список литературы

1. Савина, Н.В. Методы расчета и анализа потерь электроэнергии в электрических сетях: учебное пособие / Н.В. Савина. - Благовещенск: Амурский гос. ун-т, 2014. - 150 с.

2. Клочкова, Н.Н. Расчет электропитающих сетей: учеб.пособ./ Н.Н.Клочкова, А.В. Обухова. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2013. - 146 с.

3. Апряткин, В.Н. Структура потерь электроэнергии и мероприятия по их снижению. Метрология электрических измерений в электроэнергетике./ В.Н. Апряткин, В.Э.Воротницкий, Ю.А. Арентов, М.А. Калинкина // Доклады научно-технических семинаров и конференций 1998-2001. / под общей редакцией д.т.н., проф. Загорского Я.Т. - М., 2001 - С. 47 - 54.

4. ГОСТ 30804.4.30-2013. Электрическая энергия. Совместимость технических средств электромагнитная. Методы измерений показателей качества электрической энергии. - Введ. 2014-01-01. - М. : Стандартинформ, 2013. - 52 с.

5. Дед, А. В. Оценка дополнительных потерь мощности в электрических сетях 0,38 кВ на основе экспериментальных данных / А. В. Дед [и др.] // Успехи современного естествознания. - 2014. - № 11-3. - С. 64-67.

Размещено на Allbest.ru