Моделирование ключевых элементов электрической системы с помощью вычислительного комплекса «Ритм», страница 2

         При численном определении моментов изменения структуры неизбежны погрешности. В связи с этим в имитационной модели введен интервал одновременности событий.  Если на шаге расчета условия коммутации выполняются в моменты времени, отстоящие от наименьшего из них не  более,  чем на величину этого интервала, то они считаются одновременными. Этот же интервал используется при решении вопроса об одновременности импульсов управления.  Изменение структуры  производится в наименьший момент времени.

5.4. Модель ключевых элементов

Для  ключевых элементов используется модель «идеальный ключ».  Эта модель характеризуется тем, что в проводящем состоянии падение напряжения на ключе равно нулю, а в непроводящем состоянии – ток равен нулю.

          Использование модели "идеальный ключ" снимает проблемы численного интегрирования, но приводит к расчетным схемам  с  переменной структурой,  в которых  возможны некорректные ситуации; мгновенные изменения токов индуктивностей и  напряжений  конденсаторов, а также вторичные коммутации под воздействием бесконечных по величине токов и напряжений.

          Ключевые элементы вследствие возможного различия физической  сущности  реального оборудования  могут иметь различные значения проводимостей в разомкнутом и сопротивлений в замкнутом состояниях. Для учета этого различия в модели " идеальный  ключ"  принято описание ключа параметрами  А  и  В . Параметр А задает относительное  значение проводимости ключа в разомкнутом состоянии, параметр В - относительное значение сопротивления  ключа  в проводящем  состоянии. Если расчетная схема содержит ключи одной физической сущности, то относительные значения параметров как А, так и В для всех ключей должны совпадать и могут  быть  приняты, например, равными 1.0, при условии, что при переходе от реального устройства к его схеме замещения не было  эквивалентирования  последовательных  цепочек или  параллельных ключей.  В противном    случае  необходимо учесть выполненное эквивалентирование при задании параметров А и В.
         Наличие в расчетной схеме ключей различной физической  сущности также отражается заданием соответствующих значений параметров  А  и  В .

5.5. Вторичные коммутации

Изменение состояния ключей в идеализированнных расчетных схемах может    сопровождаться  возникновением  бесконечных  по величине токов и напряжений. Если расчетная схема содержит ключевые элементы с односторонней  проводимостью, то они, размыкаясь, могут препятствовать протеканию бесконечных токов или замыкаясь, устранять перенапряжения.

    Коммутации  ключей под воздействием бесконечных токов и напряжений, осуществляемые мгновенно без изменения энергетического состояния  имитационной  модели,  названы  вторичными коммутациями.

    Программные средства, выявляющие и исполняющие вторичные  коммутации образуют анализатор вторичных коммутаций.

         Анализатор вторичных коммутаций переходит в активное состояние после изменения состояния ключей, список которых формируется анализатором состояния ключей.

         Ключевые  элементы  расчетной схемы, которые могут участвовать во вторичных коммутациях, выявляются анализатором в результате контроля баланса напряжений в базисных циклах с замкнутыми ключами и баланса токов в базисных коциклах с разомкнутыми ключами.

         В список  возможных размыкаемых ключей заносятся те  ключи, которые  принадлежат  базисным  циклам с дисбалансом напряжений.

Дисбаланс  напряжений фиксируется в том  случае, если модуль алгебраической суммы  напряжений ветвей, образующих базисный цикл, превышает задаваемую величину, т.е. с допустимым  дисбалансом не выполняется второй закон Кирхгофа для рассматриваемого цикла.

         В  список  возможных  замыкаемых ключей заносятся те ключи, которые принадлежат базисным коциклам с дисбалансом токов. 

Дисбаланс токов фиксируется в том случае,  если модуль алгебраической суммы токов  ветвей,  входящих  в базисный коцикл, превышает задаваемую величину, т.е. с допустимым дисбалансом не выполняется первый закон Кирхгофа для рассматриваемого сечения.

         В большинстве случаев величины допустимых дисбалансов следует задавать в 5-10 раз больше принятых критериев коммутации.

         Следует иметь в виду, что во вторичных коммутациях не могут участвовать ключи, имеющие недостижимые критерии коммутации, т.е. напряжение включения  10000000000.0  В и ток отключения плюс или  минус 10000000000.0  А.

         Окончательный состав ключей, участвующих во вторичных коммутациях, определяется после решения задачи распределения бесконечных воздействий по ключам расчетной схемы имитационной модели с учетом очередности выполнения критериев коммутации. Очередность выполнения критериев коммутации устанавливается по мере убывания  значения дополнительной характеристики, рассчитываемой для каждого ключа, участвующего во вторичных коммутациях.

         Значение дополнительной характеристики для замкнутого ключа  рассчитывается как отношение разности значения протекающего тока  в момент t(-0) и значения тока отключения  к разности  значений протекающего тока в моменты t(-0)  и t(+0).

         Значение дополнительной характеристики для разомкнутого ключа рассчитывается как отношение разности значения напряжения ключа в момент t(-0)  и  значения  напряжения замыкания  к   разности значений напряжений в моменты t(-0) и t(+0).

         Поскольку в общем случае возможен каскад вторичных коммутаций,  то  анализатор  обеспечивает циклический контроль балансов напряжений и токов в расчетной схеме новой структуры, получаемой в результате изменения состояния всех ключей очередных подготовленных списков до перехода расчетной схемы в устойчивое состояние.

         Система генерации и сопровождения имитационной модели допускает блокирование анализатора вторичных коммутаций при ее настройке.

5.6. Определение начальных условий при коммутациях

         Коммутации идеальных ключей  расчетной  схемы  имитационной модели  могут  приводить к мгновенному перераспределению зарядов конденсаторов и потокосцеплений индуктивностей. В этом случае необходимо рассчитать новые значения напряжений  конденсаторов и  токов индуктивностей. Программные средства, обеспечивающие такой    расчет названы анализатором начальных условий.

         Анализатор начальных условий переходит в активное состояние после анализатора вторичных коммутаций.

         Реактивные  ветви  расчетной схемы, для которых могут иметь место мгновенные изменения начальных условий, выявляются  анализатором в результате контроля баланса напряжений в базисных циклах  с конденсаторами и источниками э.д.с. и баланса токов в базисных коциклах с индуктивностями и источниками тока.

         В список корректируемых переменных включаются идентификаторы тех ветвей С-типа, которые принадлежат базисным циклам с  дисбалансом  напряжений.  Дисбаланс напряжений фиксируется в том случае, если модуль алгебраической суммы напряжений ветвей, образующих базисный цикл, превышает задаваемую величину, т.е. с допустимым дисбалансом не выполняется второй закон Кирхгофа  для рассматриваемого цикла.

          В список  идентификаторов  ветвей,  для  которых  возможно мгновенное изменение токов, включаются идентификаторы тех ветвей L-типа,  которые принадлежат базисным коциклам с дисбалансом токов. Дисбаланс токов фиксируется в том случае, если алгебраическая сумма токов ветвей, образующих  базисный  коцикл,  превышает    задаваемую величину, т.е. с допустимым дисбалансом не выполняется первый закон Кирхгофа для рассматриваемого сечения.

         Определение  новых  значений начальных условий для реактивных ветвей расчетной схемы имитационной  модели  производится  в результате  формирования и решения систем алгебраических уравнений, получаемых исходя из принципов постоянства суммарного заря-

    да и постоянства суммарного  потокосцепления  в  соответствующих  подсхемах.

         Система генерации и сопровождения имитационной модели допускает блокирование анализатора начальных условий при ее настройке.