g - Instytut Energetyki Oddział Gdańsk

Transkrypt

Modelowanie układów
energoelektronicznych w
środowisku MATLAB-SIMULINK
Tomasz Bajdecki
© IEn Gdańsk 2011
Instytut Energetyki Oddział Gdańsk
Zakład OGC
Gdańsk 11.04.2011 r.
Program prezentacji
© IEN Gdańsk 2011
• Mały wstęp teoretyczny
• Zasada działania simulinka
• Cechy charakterystyczne układów
energoelektronicznych
• Kilka słów o simulinku
• Przykłady symulacji w simulinku kilku układów
• Aktualnie prowadzone prace
• Wyniki eksperymentalne
www.ien.gda.pl
e-mail: [email protected]
2
Cel symulacji
1:
Chcemy się czegoś dowiedzieć na temat istniejącego
systemu lub układu, jak układ będzie się zachowywał
w róŜnych stanach pracy
ANALIZA
© IEN Gdańsk 2011
2:
Konstruujemy jakiś układ i chcemy sprawdzić jak układ
będzie działał i czy spełni załoŜenia projektowe
SYNTEZA
www.ien.gda.pl
3
Metoda opisu układów na potrzeby
symulacji
Na potrzeby symulacji nieformalny opis układu musi
zostać sprowadzony do układu równań
róŜniczkowych pierwszego rzędu
ODE:
x’=f(x,u,t)
y=g(x,u,t)
© IEN Gdańsk 2011
DAE:
x’=f1(x,u,t)
x=f2(x,u,t)
y=g(x,u,t)
www.ien.gda.pl
4
Rozwiązywanie równań
Dla układów równań róŜniczkowych zwyczajnych
pierwszego rzędu istnieją efektywne metody
ich rozwiązywania
Np. metoda Eulera:
x t +∆t ≅ x t + ∆t ⋅ f (x t , t)
© IEN Gdańsk 2011
Układy równań róŜniczkowo – algebraicznych stanowią
problem. Odpowiednie metody istnieją dla
szczególnych przypadków.
www.ien.gda.pl
5
© IEN Gdańsk 2011
Metoda RK4
3
www.ien.gda.pl
6
Sztywność układu równań ODE
Tmax
Stifness =
Tmin
gdzie:
Tmax – największa stała czasowa w układzie
Tmin – najmniejsza stała czasowa w układzie
© IEN Gdańsk 2011
JeŜeli sztywność jest rzędu 106 to układ
jest bardzo sztywny
JeŜeli sztywność jest rzędu 10 to układ
jest mało sztywny
www.ien.gda.pl
7
Jak działa simulink
Od strony techniki symulacji, Simulink działa na
bazie opisu modeli równaniami stanu,
ciągłymi lub dyskretnymi
Graficzne bloczki modelujące elementy dynamiczne,
na poziomie kodu wykonywalnego zawierają takie
właśnie opisy
© IEN Gdańsk 2011
Simulink przed rozpoczęciem symulacji tworzy na
podstawie opisu graficznego ( rysunku )
zawierającego dostępne bloczki równania stanu,
których w trakcie symulacji nie modyfikuje
www.ien.gda.pl
8
Układ energoelektroniczny
Źródło energii
© IEN Gdańsk 2011
pomiary
Przekształtnik
energoelektroniczny
Odbiornik
Układ sterowania
www.ien.gda.pl
9
Stałe czasowe występujące w
układzie energoelektronicznym
Odbiornik - zazwyczaj jakaś maszyna elektryczna
Stałe czasowe rzędu sekund do minut
© IEN Gdańsk 2011
Układ energoelektroniczny – tyrystory lub tranzystory
szybki czas załączania i wyłączania
Stałe czasowe maksymalnie rzędu mikrosekund
Współczynnik sztywności:
MoŜe wynosić 1000000 lub
nawet więcej
!
www.ien.gda.pl
10
© IEN Gdańsk 2011
Simulink
www.ien.gda.pl
11
© IEN Gdańsk 2011
Simulink
www.ien.gda.pl
12
© IEN Gdańsk 2011
Simulink
www.ien.gda.pl
13
© IEN Gdańsk 2011
Podstawowe bloki simulinka
www.ien.gda.pl
14
© IEN Gdańsk 2011
Bloki układów energoelektronicznych
www.ien.gda.pl
15
© IEN Gdańsk 2011
Przykład-prostownik tyrystorowy
www.ien.gda.pl
16
© IEN Gdańsk 2011
Układ wyzwalania
www.ien.gda.pl
17
© IEN Gdańsk 2011
Blok prostownika tyrystorowego
www.ien.gda.pl
18
© IEN Gdańsk 2011
Układ odtwarzania częstotliwości i
fazy (1 fazowy)
www.ien.gda.pl
19
© IEN Gdańsk 2011
Model w simulinku
www.ien.gda.pl
20
© IEN Gdańsk 2011
Wyniki symulacji
www.ien.gda.pl
21
© IEN Gdańsk 2011
Układ trójfazowego sterownika
prostownika tyrystorowego w
oparciu o SRF-PLL
www.ien.gda.pl
22
© IEN Gdańsk 2011
Układ wyzwalania tyrystorów w
oparciu o połoŜenie wektora us
www.ien.gda.pl
23
© IEN Gdańsk 2011
Wyniki symulacji prostownika 6T
www.ien.gda.pl
24
© IEN Gdańsk 2011
Wyniki symulacji prostownika 6T
www.ien.gda.pl
25
© IEN Gdańsk 2011
Mały problem...
www.ien.gda.pl
26
Podsumowanie kłopotów
© IEN Gdańsk 2011
Układy energoelektroniczne opisane są układami
równań róŜniczkowych sztywnych
Modele elementów lub obiektów dostępnych w
simulinku nie zawsze są odpowiednie
Simulink nie oferuje sposobu na poradzenie sobie z
problemem sztywności układu
Nie jest moŜliwa symulacja układu w którym
występuje tzw. pętla algebraiczna – równania są
wtedy typu DAE
www.ien.gda.pl
27
© IEN Gdańsk 2011
JeŜeli nie simulink to ...
www.ien.gda.pl
28
Jak to robią inni
© IEN Gdańsk 2011
AGH – PSPICE
PW – SABER
PG – PSIM, T – CAD
AM – PSIM, T – CAD
www.ien.gda.pl
29
Aktualne prace
© IEN Gdańsk 2011
Regulator prądu wzbudzenia z cyfrowym układem
wyzwalania tyrystorów. Układ trójfazowy (6T) oraz
jednofazowy (4T)
Sterownik lokalny z cyfrowym układem wyzwalania
tyrystorów. Układ trójfazowy (6T)
Algorytm precyzyjnego pomiaru częstotliwości i
odtwarzania połoŜenia wału generatora
synchronicznego
Układ rozruchu bezczujnikowego generatora
synchronicznego
www.ien.gda.pl
30
© IEN Gdańsk 2011
Układ bezczujnikowego rozruchu
generatora synchronicznego
www.ien.gda.pl
31
© IEN Gdańsk 2011
Układ sterujący
www.ien.gda.pl
32
Wyniki badań pętli synchronizacji
fazy
f = 50 Hz
U=2,5% Un
© IEN Gdańsk 2011
f = 10,5 Hz
U=30 V
THD=500 i 434
www.ien.gda.pl
33
Odtwarzanie połoŜenia napięcia
stojana maszyny synchronicznej
© IEN Gdańsk 2011
f = 1 Hz
f = 0,5 Hz
www.ien.gda.pl
34
© IEN Gdańsk 2011
f początkowa = 0,5 Hz
f początkowa = 1 Hz
www.ien.gda.pl
35
f = 2,5 Hz
© IEN Gdańsk 2011
f = 4 Hz
www.ien.gda.pl
36
Opracowanie:
Tomasz Bajdecki
© IEN Gdańsk 2011
tel. 58 349 81 49;
www.ien.gda.pl
37

g - Instytut Energetyki Oddział Gdańsk

Transkrypt

Podobne dokumenty

Informacja o wyborze najkorzystniejszej oferty

INSTYTUT ENERGETYKI Oddział Gdańsk Zasilacz ZAS – 20 85

Optimum 1-2006 B

Załącznik nr 1 Formularz ofertowy OFERTA CENOWA na ZAKUP

Elementy Instalacji Uziemiającej

Rejestr wydanych Dopuszczeń do stosowania na liniach