CC BY
65
УДК 621.372
Н.И. Мережин
ПОЛУНАТУРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОСИСТЕМ
В работе рассматривается метод полунатурного моделирования энергосистем с использованием реальных объектов в качестве собственных моделей. Использование реальных объектов увеличивает достоверность моделирования.
Модель; моделирование; объект.
N.I. Merezhin POWER SYSTEM SCALED-DOWN MODELLING
Method of power system scaled-down modeling with real objects as one’s models is considered in this article. Usage of real objects increase reliability of modeling.
Model; modeling; object.
Для повышения достоверности моделирования сложных систем, в том числе
, -
.
, .
моделей и идентификация их параметров является нетривиальной задачей. Так, , -торных двигателей необходимо использовать модели с формированием шумопо-.
Тем не менее, математические (численные) модели являются наиболее универ,
,
целью оптимизации проекта. Эти достоинства численных методов моделирования нашли широкое применение для моделирования систем на этапе проектирования.
Однако когда проектирование системы подходит к завершающей стадии, и появляются (закупаются или изготавливаются) компоненты системы, можно провести более детальное моделирование системы с использованием реальных объектов. При этом остальная часть системы может быть представлена численной моделью. Такой подход может быть назван как полунатурное или аналого-цифровое моделирование. В зарубежной литературе такой подход называется HIL (Hardware In the Loop) моделирование [1, 2].
При полунатурном моделировании сложная система разбивается на две части А и Б, одна из которых моделируется численным способом, а другая представляет-
( . 1). -гой части в виде схемы замещения. Совокупность схем замещения образуют схему .
Для реализации полунатурного моделирования необходимо организовать обмен информацией между численной моделью, реализуемой на компьютере, и ре, . -ски реализуется с помощью интерфейса и адаптера, а алгоритмически с помощью программных средств [3] (рис. 2).
Интерфейсный блок преобразует информацию из цифровой формы в аналоговую и обратно. Адаптер преобразует аналоговые электрические сигналы в необходимые физические переменные (токи, напряжения, моменты, частоту вращения и т.п.) и обратно при использовании реальных объектов различной физической .
Раздел VII. Моделирование сложных систем
Моделируемая система
Численное моделирование
Часть А
Натурное моделирование
Часть Б
Рис. 1. Разбиение исходной системы на части
Рис. 2. Обобщенная структурная схема стенда для полунатурного моделирования
Моделируемая система
Схема сшивания
Рис. 3. Обобщенная схема сшивания
Схемы сшивания несут информацию о значениях полюсных переменных на каждом шаге моделирования. Анализ устойчивости и сходимости вычислительных процедур при полунатурном моделировании показал, что передавать только значения полюсных переменных недостаточно. Необходимо также знать градиент изменения полюсных переменных. Для электронных элементов, когда полюсными переменными являются токи и напряжения, таким градиентом является динамиче-. -
тивление. Любой двухполюсник может быть представлен в виде обобщенной эквивалентной схемы замещения [4]. Схемы сшивания, содержащие в своем составе сопротивления, получили название обобщенных схем сшивания (рис. 4). В общем случае сопротивления схем сшивания должны быть переменными для улучшения сходимости. Поэтому адаптер, кроме согласования физических переменных выполняет функции реализации схем сшивания, несущих информацию о динамиче-.
Структура обобщенной схемы сшивания является симметричной. Однако параметры определяются и реализуются разным способом. Динамическое сопротивление в численной части представляет собой математический эквивалент реального объекта и определяется измерением. Динамическое сопротивление в реальной части реализуется с помощью адаптера с изменяемым выходным эквивалентным сопротивлением. В работе [5] показано, что при правильном выборе параметров схем сшивания можно получить устойчивое и сходящееся решение.
С помощью предлагаемого метода полунатурного моделирования, разработанного стенда (рис. 2) и схемы сшивания (рис. 3) было проведено моделирование тестовых задач с использованием различных электромеханических компонентов.
На рис. 4 - 6 приведены результаты моделирования тестовых задач энергосистем. Моделирование проводилось в программной среде УТБ, имеющей открытую библиотеку моделей, что позволило подключить с помощью интерфейсных устройств ввода/вывода реальные объекты.
Рис. 4. Моделирование системы с двигателем постоянного тока с независимым
возбуждением
Рис. 5. Моделирование системы с генератором постоянного тока
На рис. 4 приведены результаты моделирования системы с использованием двигателя постоянного тока с независимым возбуждением. На рис. 5 результаты моделирования системы с использованием генератора постоянного тока с им-пульсно изменяющейся нагрузкой. На рис. 6 приведены результаты моделиро-
вания системы с использованием асинхронного трехфазного двигателя переменного тока с импульсно изменяющейся нагрузкой.
Рис. 6. Моделирование системы с асинхронным трехфазным двигателем
Как видно из приведенных экспериментов, реальные объекты имеют сложные передаточные характеристики. Особенно у коллекторных двигателей и генераторов, обусловленных коммутацией обмоток коллектора. Все это усложняет разработку адекватных математических моделей.
В то же время использование реальных объектов в качестве собственных моделей позволяет обеспечить высокую достоверность моделирования.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Merejin N., Solodovnik E., Dougal R.A., Dmitriev-Zdorov V., Popov V. Hardware in the loop Simulation of Energy Systems in the VTB Environment // Proceedings of the 5 th PES2001 Conference, Tampa, FL, 2001.
2. Vladimir B. Dmitriev-Zdorov, Nikolai I. Mereziin, Vadim P. Popov Stability of Real-Time Modular Simulation of Analog Systems. Proceedings of the COMPEL 2000 - the 7th Workshop on Computers in Power Electronics, Blacksburg. - Virginia, 2000. - P. 263-267.
3. Мережин Н.И. Стенд для аналого-цифрового моделирования с использованием адаптивных схем сшивания // Матер. междун. научн. конф. «Методы и алгоритмы принятия эффективных решений». 4.2. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009. - С. 47-51.
4. Попов В.П. Основы теории цепей: Учеб. для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1998. - 575 с.
5. . ., . ., . . -
ния по частям // Вестник Южного научного центра РАН. Т. 1. Вып. 3. - 2005. - С. 11-21.
Мережин Николай Иванович
Технологический институт федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южный федеральный университет» в г. Таганроге.
E-mail: [email protected].
347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44.
Тел.: 88634371632.
Кафедра теоретических основ радиотехники; доцент.
Merizhin Nikolay Ivanovich
Taganrog Institute of Technology - Federal State-Owned Educational Establishment of Higher Vocational Education “Southern Federal University”.
E-mail: [email protected].
44, Nekrasovskiy, Taganrog, 347928, Russia.
Phone: 88634371632.
The Department of Fundamentals of Radio Engineering; associate professor.
