8. Раздел 4 - Моделирование (1193842)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1. ИМИТАЦИОННОЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВА ДИНАМИЧЕСКОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДЛЯ ВЛ СЦБ 10 КВ

4.1 Обзор требований к программному обеспечению и выбор среды моделирования

Экспериментальная проверка и анализ режимов работы устройств обеспечения качества электроэнергии представляет собой достаточно трудоёмкую и дорогостоящую задачу, которая возникает на этапе проектирования сложных схем. Так, построение физической модели проектируемого устройства является экономически неэффективным, поэтому для проверки правильности работы устройства используется её формальное описание (математическая модель). Перспективным направлением развития этапа проверки устройств компенсации реактивной мощности является применение имитационного моделирования для анализа работы проектируемой системы [37].

Суть метода имитационного моделирования состоит в создании компьютерной модели проверяемого устройства и последующем его анализе. Поскольку процесс имитационного моделирования не должен приводить к значительному росту времени проектирования, а также к удорожанию самого проекта, процесс создания имитационной модели требуется автоматизировать.

Электроэнергетические системы с компенсацией реактивной мощности являются сложными для моделирования объектами. Это обусловлено следующими факторами:

– очень большим количеством элементов, составляющих систему, что является причиной возникновения некоторых сложностей при построении модели, а также значительным временем, которое необходимо отвести именно на моделирование;

– сложностью анализа систем управления компенсатором реактивной мощности, заключающейся в необходимости регулирования сигналами на входах системы и контролировании сигналов на выходе.

В настоящее время важнейший вопрос – это выбор среды для имитационного моделирования. Вследствие существующих особенностей систем управления компенсаторами реактивной мощности для их моделирования может подойти либо мощный коммерческий программный продукт, либо программное обеспечение с открытым исходным кодом, которое в последнее время набирает все большую популярность. Рассмотрим возможности некоторых программных средств, которые можно использовать для имитационного моделирования электроэнергетических систем с компенсацией реактивной мощности.

Для моделирования электрических цепей наиболее часто используются прикладные пакеты, основанные на системе SPICE. Симулятор электрических схем SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) с открытым исходным кодом разработан в начале 70-х годов 20 века в Electronics Research Laboratory, в Беркли, США. Рассмотрим некоторые прикладные пакеты, которые построены на основе симулятора SPICE.

В результате слияния в 1999 году корпораций MicroSim и OrCAD, появилась компания Cadence Design Systems (США), и был выпущен пакет OrCAD PSpice версии 9.0. Программа для моделирования электрических цепей PSpice A/D, которая входит в состав пакета OrCAD PSpice, на сегодняшний момент является очень популярной [38]. PSpice A/D – это пакет для аналого-цифрового моделирования, который позволяет имитировать электрическую цепь, включая любую комбинацию аналоговых и цифровых структур. На данный момент корпорация Cadence Design Systems (США) запустила в мир пакет OrCAD PSpice версии 16.6.

Программа моделирования технических схем NI Multisim была создана компанией Electronics Workbench Group (Interactive Image Technologies). На данный момент Electronics Workbench Group – это дочерняя компания National Instruments Corporation. Из этого следует, что главные разработки и исследования специалистов Electronics Workbench Group были применены при образовании NI Multisim.

NI Multisim представляет собой средство для сквозного проектирования и моделирования электрических схем. Программа позволяет осуществлять моделирование аналоговых, цифровых и цифро-аналоговых электрических цепей большой степени сложности. Программа использует стандартный интерфейс Windows, позволяет моделировать не только схемы, составленные непосредственно в программе, но также схемы, для которых задание на моделирование подготовлено в текстовом формате SPICE.

Программа схемотехнического моделирования MicroCap, разработанная компанией Spectrum Software (США), несмотря на скромные требования, предъявляемые к аппаратным ресурсам, дает возможность моделирования аналоговых, цифровых и аналого-цифровых схем средней степени сложности. На данный момент последней стабильной версией программы

является версия MicroCap 10 [37].

Среди программ для имитационного моделирования электрических схем с открытым исходным кодом интерес представляют две: QUCS и Ngspice. Программа QUCS (Quite Universal Circuit Simulator) представляет собой универсальный симулятор электрических цепей, позволяющий рассчитывать параметры электрических цепей переменного и постоянного токов, а также анализировать гармонические составляющие токов и напряжений. QUCS поддерживает большинство основных компонентов схем, используемых в SPICE, но непосредственно применять ее в качестве задания на моделирование нельзя, поскольку в описании некоторых компонентов имеются существенные различия. Разработчики программы заявляют, что в перспективе эти различия должны быть устранены для того, чтобы QUCS была полностью совместима со стандартными файлами списков соединений SPICE netlist.

Ngspice, поддерживающий нелинейные и линейные виды анализа, основывается на трех свободных программных продуктах: Spice3f5, XSPICE и Cider. Программа Spice3f5 является последней реализацией семейства имитаторов Spice3, разрабатываемых в США [38]. Этот имитатор позволяет использовать в качестве задания на моделирование стандартный файл netlist и контролировать анализ с помощью командного интерфейса (CLI). XSPICE позволяет добавить в Ngspice возможности событийного моделирования, что дает возможность имитировать смешанные сигналы. Cider предназначен для возможности получения более точного результата посредством численного моделирования критических элементов схемы. Кроме того, в Ngspice появилась возможность, помимо стандартного интерфейса командной строки, использовать графический интерфейс через язык TCL. Ngspice является программным обеспечением с открытыми исходными кодами и распространяется по лицензии BSD.

Еще одна программа MATLAB, созданная компанией MathWorks (США), предлагает пакет расширения Simulink, представляющий собой мощную интерактивную среду для моделирования и анализа широкого класса динамических систем, представленных функциональной блок-схемой [24]. Для построения блок-схемы моделируемого устройства Simulink имеет ряд библиотек блочных компонентов (браузер библиотек). Перечисли основные из них:

– Simulink (основная библиотека, содержащая источники сигналов и воздействий, линейные компоненты, дискретные компоненты, математические компоненты и операции, соединительные компонентыи т. д.);

– Simulink Extras (дополнительная библиотека, содержащая дискретные и линейные блоки, триггерные блоки, регистраторы и др.);

– пакет DSP Blockset (библиотека, содержащая компоненты для моделирования цифровых устройств);

– пакет SimPower Systems (библиотека, содержащая компоненты для моделирования энергетических устройств);

– пакет Stateflow (пакет событийного моделирования).

В отличие от рассмотренных выше пакетов в MATLAB используется высокоуровневый интерпретируемый язык MATLAB, который включает основанные на матрицах структуры данных широкий спектр функций, интегрированную среду разработки, объектно-ориентированные возможности и интерфейсы к программам, написанным на других языках программирования.

В таблице 4.1 приведено сравнение характеристик основных современных средств имитационного моделирования, применяемых в настоящее время.

Таблица 4.1 – Сравнение характеристик средств имитационного моделирования электроэнергетических систем

Название Характеристика	OrCAD Spice	NI Multisim	MicroCap	MATLAB Simulink	QUCS	Ngspice
Фирма-разработчик	Cadence Design Systems (США)	National Instruments (США)	Spectrum Software (США)	MathWorks (США)	Информация отсутствует
Год выпуска последней версии	2012	2012	2011	2012	2011	2013
Специализированный язык	SPICE	SPICE	SPICE	MATLAB	SPICE	SPICE 3
Лицензия	Proprietary	Proprietary	Proprietary	Proprietary	General Public License	Berkeley Software Distribution
Графический ввод схем	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть
Расчет режимов DC, AC, Transient	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть	Есть
Неограниченный размер схем	Есть	Есть	Нет	Есть	Есть	Есть

Основной задачей компьютерного моделирования является подтверждение результатов теоретического анализа электромагнитных процессов, происходящих в системе при подключении компенсирующего устройства. Поэтому в качестве оптимальной среды для моделирования компенсирующего устройства из всех нами рассмотренных был выбран программный комплекс MATLAB Simulink.

Преимуществом программного комплекса MATLAB по сравнению с другими специализированными пакетами для моделирования электрических схем является большой выбор алгоритмов, как с переменным, так и с фиксированным шагом расчета. Это позволяет сократить время расчёта при сохранении высокой точности, за счёт подбора более подходящего алгоритма расчета. Также он имеет блочно-модульный принцип моделирования, и при соединении между собой блоков и модулей, математические уравнения, которые ими реализуются, при помощи электротехнических законов стыкуются без дополнительных вспомогательных воздействий.

Программный комплекс MATLAB является наглядным и адаптивным, он учитывает изменения информации, поэтому имитационную модель достаточно легко в будущем можно подстраивать под реальные объекты. При разработке имитационной модели электрической сети ВЛ СЦБ 10 кВ воспользуемся прототипом, описание которого изложено в [39].

4.2 Построение имитационной модели системы электроснабжения с устройством динамической фильтрации и ВЛ СЦБ 10 кВ

Для моделирования трехфазной сети в программном комплексе MATLAB Simulink используем блоки AC Voltage Source и Series RL Branch из базы данных SimPowerSystem. При помощи данных блоков задаем параметры питающей сети напряжением 10 кВ и частотой 50 Гц. Для каждого блока AC Voltage Source настраиваем фазу с разницей в 120⁰. Диалоговое окно для задания параметров источника переменного напряжения представлено на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Моделирование источника переменного напряжения AC Voltage Source

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР