Matlab является универсальным средством решения задач, возникающих в разных областях человеческой деятельности, в данной статье рассмотрены аспекты моделирования электрических сетей. В пакете Matlab содержится инструмент, предназначенный для интерактивного моделирования нелинейных динамических систем, состоящих из стандартных блоков – Simulink.
Для проектирования электрических схем как правило используется библиотека SimPowerSystems (SPS), в современных версиях Matlab данная библиотека входит в состав пакета Simscape. В состав библиотеки входят модели пассивных и активных электротехнических элементов, источников энергии, электродвигателей, трансформаторов, линий электропередачи и т.д. Комбинируя возможности пакета Simulink и библиотеки SimPowerSystems, можно не только имитировать работу устройств во временно́й области, но и проводить различные виды анализа таких устройств. Кроме того, в модели с использованием блоков SimPowerSystems можно использовать блоки других библиотек Simulink, а также функции самого Matlab, что дает практически неограниченные возможности для моделирования электротехнических систем. В том случае, если в библиотеке SimPowerSystems нет нужного блока, имеется возможность создавать свой собственный блок как с помощью уже имеющихся в библиотеке блоков [1].
Создание имитационной модели очень удобно для расчета режима электрической сети. В модели можно использовать нелинейную электрическую нагрузку, модель позволит значительно качественнее и быстрее проводить анализ параметров сети в различных режимах.
На начальном этапе создания модели электрической сети возникают вопросы:
1. С помощью каких блоков моделировать те или иные элементы электрической сети?
2. Как определять параметры этих элементов?
Данные вопросы являются важными, поскольку от того, насколько правильно применять готовые блоки и определять их параметры, будет зависеть адекватность модели.
На рисунке 1 представлена электрическая система питания ИЖС «Разумное 71». Объектом моделирования является линия W00.11.
Рис. 1. Линия W00.11
Исходные параметры: напряжение питающей линии 10 кВ, протяженность линии 10 км, мощность трансформатора 400 кВА, трансформатор 10/0,4 кВ, напряжение нагрузки 0,4 кВ.
На рисунке 2 представлена модель линии W00.11 в ПО Simulink.
Рис. 2. Модель линии W00.11.
В данной модели присутствуют следующие элементы:
Three-Phase Source1 – это источник трехфазного переменного тока;
Three-Phase Series RLC Load – трехфазная последовательная нагрузка;
Scope2 – осциллограф;
Three-Phase Breaker – моделирует устройство включения выключения переменного тока. Может управляться как внешним сигналом, так и встроенным таймером;
Three-Phase V-I Measurement – измеряет токи и напряжения в цепях;
powergui – графический интерфейс пользователя. Этот блок расположен отдельно в библиотеке SimPowerSystems, и его можно «перетащить» в окно Simulink-модели, как обычный блок. Этот блок не просто удобен, он необходим для работы SPS –модели, т.к. он используется для хранения эквивалентной Simulink-модели в пространстве состояний.
Three-Phase PI Section Line – модель трехфазной линии электропередач с сосредоточенными параметрами.
Three-Phase Transformer Inductance Matrix Type (Two Windings) – двух обмоточный трехфазный трансформатор.
При помощи блоков измерения с модели можно снимать различные показатели, осциллограммы, графики, отслеживая режим работы сети.
На рисунке 3 представлена осциллограмма тока в сети, по полученным данным можно сделать вывод, что в сети имеется несбалансированная нагрузка.
Рис.3. Данные получаемые осциллографом
Таким образом подбирая правильные блоки из библиотеки можно добиться точного моделирования режима работы энергосистемы.
Список литературы
- Черных И.В. Моделирование электротехнических устройств в Matlab, SimPowerSystems и Simulink М.: ДМК Пресс; СПб.: Питер, 2008. 288 с.
- Ануфриев И.Е. Matlab 7 / И.Е.Ануфриев, А.Б.Смирнов, Е.Н.Смирнова. СПб.: БХВПетербург, 2005. 1104 с.
