A Phase-Domain Synchronous Machine Model With Constant Equivalent Conductance Matrix for EMTP-Type Solution

ABSTRACT

Interfacing machine models in either nodal analysisbased (EMTP-like) or state variable-based transient  simulation programs play an important role in numerical accuracy and computational performance of the  overall simulation. As an advantageous alternative to the traditional qd models, a number of advanced phase- domain (PD) and voltage-behind-reactance machine models have been recently introduced. However, the  rotor-positiondependent conductance matrix in the machine–network interface complicates the use of such models in EMTP. This paper focuses on achieving constant and efficient interfacing circuit for the PD synchronous machine model. It is shown that the machine conductance matrix can be formulated into a  constant submatrix plus a time-variant submatrix. Eliminating numerical saliency from the second term  results in a constant conductance matrix of the proposed PD model, which is a very desirable property for  the EMTP solution since the refactorization of the network conductance matrix at every time step is avoided. Case studies demonstrate that the proposed PD model represents a significant improvement over other established models used in EMTP while preserving the accuracy of the original/classical PD model.

INTRODUCTION

MACHINE models for studying the power systems tran- sients are generally based on the qd-axes model  formulation. Such models have received extensive attention in the literature and are widely available in many nodal analysis-based electromagnetic transient programs (i.e., EMTP-type ) and state variable-based (e.g.,  Simulink ) simulation packages as built-in library components that are extensively used by many practicing engineers and researchers in industry and academia. Since such general purpose machine models are widely used, improving their numerical efficiency and accuracy can have significant impact and improve many  simulation packages.  To improve the interface between the machine model and the external power system network, which is typically represented in physical abc phase coordinates, the so-called phase-domain (PD)  and voltage-behind-reactance (VBR)  mod els have been introduced. For numerically efficient interfacing of induction and synchronous machine models in state-variable transient simulation programs, a unified  constant parameter RL-branch equivalent circuit has been recently proposed in. Improving the numerical efficiency and accuracy of the syn chronous machine models for the EMTP-type programs has been attractive for a long time. Numerous machine models have been proposed and implemented in various software packages including MicroTran , ATP/EMTP , PSCAD/EMTDC  and EMTP-RV , where the qd models  are typically used. The main advantage of these methods is that they result in a constant machine  conductance submatrix.

چکیده

مدل های مدل سازی رابط در هر دو روش شبیه سازی گذرا مبتنی بر متغیر وابسته (EMTP) یا حالت های متغیر مبتنی بر دقت عددی و عملکرد محاسباتی شبیه سازی کلی نقش مهمی دارند. به عنوان یک جایگزین سودمند برای مدل های سنتی QD، تعدادی از مدل های پیشرفته فاز (PD) و مدل های ماشین های ولتاژ پشت رانتانتی اخیرا معرفی شده است. با این حال، ماتریس هدایت روتور-موقعیت-وابسته در رابط شبکه دستگاه، استفاده از چنین مدل هایی را در EMTP پیچیده می کند. این مقاله بر روی ایجاد مدار مداوم ثابت و کارآمد برای مدل ماشین همگام سازی PD تمرکز دارد. نشان داده شده است که ماتریس هدایت ماشین را می توان به یک زیر ماتریس ثابت اضافه کرد و به عنوان یک زیر مقیاس زمان در نظر گرفت. از بین بردن ثبات عددی از اصطلاح دوم منجر به یک ماتریس هدایت پایدار از مدل PD پیشنهاد شده است که یک ویژگی بسیار مطلوب برای راه حل EMTP است زیرا از زمان رفع کردن ماتریس هدایت شبکه در هر مرحله از مرحله اجتناب می شود. مطالعات موردی نشان می دهد که مدل پیشنهادی PD نشان دهنده بهبود قابل توجهی نسبت به مدل های دیگر که در EMTP استفاده می شود، با حفظ دقت مدل PD / اصل کلاسیک است.

مقدمه

مدل های ماشین برای مطالعه ترانزیستورهای سیستم های قدرت به طور کلی بر اساس فرمول مدل های محور QD استوار است. چنین مدل هایی در ادبیات گسترده مورد توجه قرار گرفته و به طور گسترده در بسیاری از برنامه های گذرا الکترومغناطیسی مبتنی بر آنالیز گره (به عنوان مثال EMTP) و بسته های شبیه سازی مبتنی بر متغیر مبتنی بر (مانند سیمولینک) به عنوان ساخته شده در اجزای کتابخانه که گسترده توسط بسیاری از مهندسان و محققان حرفه ای در صنعت و دانشگاه مورد استفاده قرار می گیرد. از آنجایی که این مدل های عمومی به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرند، بهبود کارایی و دقت عددی آنها می تواند تاثیر قابل توجهی داشته باشد و بسیاری از بسته های شبیه سازی را بهبود بخشیده است. برای بهبود رابط بین مدل ماشین و شبکه خارجی سیستم قدرت، که معمولا در مختصات فیزیکی ABC فیزیکی نشان داده شده، مدل های فاز (PD) و رله ولتاژ پشت (VBR) معرفی شده است. برای مداخله عددی کارآمد مدل القایی و ماشین های همزمان در برنامه های شبیه سازی گذرا حالت متغیر، یک پارامتر ثابت ثابت RL-شاخه معکوس در اخیرا پیشنهاد شده است. بهبود کارایی عددی و دقت مدل های ماشین سون برای نوع EMTP برنامه ها برای مدت طولانی جذاب بوده اند. مدل های مختلف ماشین آلات در بسته های نرم افزاری مختلفی از قبیل MicroTran، ATP / EMTP، PSCAD / EMTDC و EMTP-RV پیشنهاد شده و اجرا شده اند که در آن مدل های QD به طور معمول استفاده می شود. مزیت اصلی این روش ها این است که آنها زیرمجموعه هدایت ماشین را ثابت می کنند.

Year: 2013

Publisher : IEEE

By :  Liwei Wang, and Juri Jatskevich

File Information: English Language/ 12 Page / size: 1.04 KB

Download

سال : 1392

ناشر : IEEE

کاری از : Liwei Wang و Juri Jatskevich

اطلاعات فایل : زبان انگلیسی / 12 صفحه / حجم : KB 1.04

لینک دانلود