Моделювання електричної частини шестифазного асинхронного генератора в середовищі Matlab Simulink

Abstract

Відомо, що асинхронні генератори з конденсаторним збудженням знаходять широке застосування, зокрема на електростанціях відновлювальної енергетики. За постійної частоти обертання, наприклад на гідроелектростанціях, можна використовувати класичну модель асинхронної машини з конденсаторним самозбудженням. Обмотки статора цієї машини включаються паралельно з батареєю конденсаторів.

Математичне моделювання на обчислювальній машині зводиться до числового розв’язання системи диференціальних рівнянь, що описують досліджуваний об’єкт/. Як результат отримують залежності координат об’єкта, які цікавлять дослідника, у перехідних і усталених режимах його роботи, в функції часу або інших координат об’єкта. Формується повний математичний опис об’єкта: нелінійна залежність взаємної індуктивності від струму намагнічування, система лінійних рівнянь для визначення струмів через потокозчеплення та індуктивності.

Використання сучасних програмних продуктів візуального блокового імітаційного моделювання для науково-технічних розрахунків в електротехніці і електроенергетиці, таких як MATLAB і його пакети розширення Simulink і SimPowerSystems, істотно підвищує ефективність досліджень за наявності відповідних стандартних блоків. Існуючий стандартний блок Asynchronous Machine з бібліотеки Machines пакета розширення SimPowerSystems не дозволяє повною мірою досліджувати процес конденсаторного самозбудження. Це пов’язано з тим, що з підключенням до стандартного блока Asynchronous Machine конденсаторів збудження і активізації опції Simulate saturation машину не вдається перевести в режим конденсаторного самозбудження. Також виводи обмоток в цьому блоці недоступні. Слід зазначити, що з відключеною опцією Simulate saturation самозбудження настає, але за відсутності нелінійності амплітуда коливань прямує до нескінченності, що є неприйнятним.

Запропоновано математичну модель шестифазної асинхронної машини в режимі генератора. Виконано моделювання в середовищі Matlab Simulink та отримано значення напруги генератора за розрахункової потужності джерела реактивного струму. Перехід в генераторний режим відбувається у відповідності до розрахункового значення реактивної потужності конденсаторної батареї.

It is known that asynchronous generators with capacitor excitation are widely used, especially in renewable energy power plants. With a constant frequency of rotation, for example, at hydroelectric power stations, you can use the classic model of an asynchronous machine with capacitor self-excitation. Stator windings of this machine are connected in parallel with the battery of the capacitors.

Mathematical modeling on a computer is reduced to a numerical solution of the system of differential equations describing the investigated object, resulting in the dependence of the coordinates of the object that are of interest to the researcher in the transitional and steady modes of its operation, in the function of time or other coordinates. As a result, a complete mathematical description of the object is formed: the nonlinear dependence of the mutual inductance on the current of magnetization, a system of linear equations for the determination of currents through flow coupling and inductance.

The use of modern software visual block simulation for scientific and technical calculations in electrical engineering and power engineering, such as MATLAB and its expansion packets Simulink and SimPowerSystems, significantly increases the efficiency of research in the presence of appropriate standard blocks. The existing standard Asynchronous Machine unit from the Machines library of the SimPowerSystems expansion pack does not allow full investigation of the process of capacitor self-excitation. This is due to the fact that when connecting to the Asynchronous Machine's standard unit of excitation and activating the Simulate saturation option, the machine cannot be converted to capacitor self-excitation mode. Also, the outputs of the windings in this block are not available. It should be noted that when the Simulate saturation option is turned off, self-excitation occurs, but in the absence of nonlinearity, the amplitude of oscillations goes to infinity, which is unacceptable.

In this paper a mathematical model of a six-phase asynchronous machine in the generator mode is proposed. The simulation was performed in Matlab Simulink environment and the value of the generator voltage at the calculated power of the reactive source was obtained. The transition to the generator mode is in accordance with the calculated value of the reactive power of the capacitor battery.

Известно, что асинхронные генераторы с конденсаторным возбуждением находят широкое применение, в том числе на электростанциях возобновляемой энергетики. При постоянной частоте вращения, например на гидроэлектростанциях, можно использовать классическую модель асинхронной машины с конденсаторным самовозбуждением. Обмотки статора этой машины включаются параллельно с батареей конденсаторов.

Математическое моделирование на вычислительной машине сводится к численному решению системы дифференциальных уравнений, описывающих исследуемый объект. В результате получают зависимости координат объекта, которые интересуют исследователя, в переходных и установившихся режимах его работы, в функции времени или других координат объекта. Формируется полное математическое описание объекта: нелинейная зависимость взаимной индуктивности от тока намагничивания, система линейных уравнений для определения токов через потокосцепления и индуктивности.

Использование современных программных продуктов визуального блочного имитационного моделирования для научно-технических расчетов в электротехнике и электроэнергетике, таких как MATLAB и его пакеты расширения Simulink и SimPowerSystems, существенно повышает эффективность исследований при наличии соответствующих стандартных блоков. Существующий стандартный блок Asynchronous Machine из библиотеки Machines пакета расширения SimPowerSystems не позволяет в полной мере исследовать процесс конденсаторного самовозбуждения. Это связано с тем, что при подключении к стандартному блоку Asynchronous Machine конденсаторов возбуждения и активизации опции Simulate saturation машину не удается перевести в режим конденсаторного самовозбуждения. Также выводы обмоток в этом блоке недоступны. Следует отметить, что в случае отключенной опции Simulate saturation самовозбуждение наступает, но при отсутствии нелинейности амплитуда колебаний стремится к бесконечности, что является неприемлемым.

Предложена математическая модель шестифазной асинхронной машины в режиме генератора. Выполнено моделирование в среде Matlab Simulink и получено значение напряжения генератора при расчетной мощности источника реактивного тока. Переход в генераторный режим происходит в соответствии с расчетным значением реактивной мощности конденсаторной батареи.