Hauptmerkmale

  • Anwendungsspezifischen Modelle, einschließlich gewöhnliche Wechsel- und Gleichstrom-Elektroantriebe, flexible Wechselstrom-Übertragungssysteme (FACTS) und erneuerbare Energiesysteme.
  • Diskretisierungs- und Phasor-Simulationsmodi zur schnelleren Ausführung des Modells
  • Ideale Schaltalgorithmen zur beschleunigten Simulation von Leistungselektronikelementen
  • Analysemethoden zum Zugriff auf Zustandsraumdarstellungen von Schaltkreisen und zur Berechnung des Lastflusses für Maschinen
  • Basismodelle zur Entwicklung von wichtigen elektrischen Technologien
  • MATLAB®-basierte Simscape™-Sprache zur Erstellung benutzerdefinierter Komponentenmodelle
  • Unterstützung der C-Code-Generierung (mit Simulink Coder™)

Stromerzeugung

Simscape Power Systems™ bietet Modelle von Standardkomponenten und branchenspezifische Modelle für Stromerzeugungssysteme. Diese Modelle unterstützen Sie bei der Bemessung der Komponenten und der Untersuchung der Leistung und Stabilität von elektrischen Netzwerken.


Generatoren

Simscape Power Systems bietet synchrone und asynchrone Maschinen, die Sie verwenden können, um Generatoren in Ihrem System zu modellieren. Sie können nichtlineare Effekte, z. B. eine Sättigung, aktivieren. Über Standard- und vereinfachte Modelle können Sie die Ebene der Genauigkeit modellieren, die zu Ihrer Aufgabe passt. Über die Modelle werden mehrere Parametrisierungsmethoden geboten, über die Sie Ihre verfügbaren Werte eintragen können, und mithilfe der Blöcke können Sie pro-Einheit-basierte Werte berechnen.

Durch GasTOPS wir die Modellentwicklungszeit um 65 % reduziert, das Reglerverhalten während Systemausfällen überprüft und das Modell für die Desktop-Simulation, HIL-Tests und einen Trainingssimulator erneut verwendet.

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Erneuerbare Energie

Simscape Power Systems bietet Komponentenmodelle inerneuerbaren Energiesystemen an, z. B. Windturbinen und Solar-Arrays. In Beispielmodellen wird gezeigt, wie diese Komponenten verwendet werden müssen, um Systemantworten auf Fehler im System vorherzusagen, die Auswirkung von Kompensatoren auf die elektrische Netzstabilität zu bewerten und den System-Output bei sich ändernden Bedingungen zu messen. Sie können das Verhalten in Mikronetzen, die auch Elektrofahrzeuge enthalten, erkunden.

Die Teams reduzierten die Entwicklungszeit um ein Jahr, behoben teure Iterationen für Hardware-Prototypen und beschleunigten die Entwicklung von neuen Produkten über Wiederverwendung um das Dreifache.

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Spannungs- und Frequenzregelung

Spannungsregler und Frequenz-Controller sind in Simscape Power Systems enthalten. Anregungssystemmodelle richten sich nach dem Standard von IEEE® 421.5 und erleichtern Ihnen die Anwendung von empfohlenen Verfahrensweisen bei Untersuchungen zur Stabilität von Stromsystemen. Zusätzliche Komponenten bieten abstrakte Modelle der Antriebsmaschinen, die Sie an die Generatoren anschließen, sodass Sie ganz leicht ein realistisches Verhalten der Dynamik dieser Komponenten hinzufügen können.


Stromübertragung

Mit Simscape Power Systems können Sie komplette elektrische Netzwerke und Netze modellieren, sodass Sie mithilfe einer Simulation die Netzstabilität erkunden und verbessern können.


FACTS

Modelle von leistungselektronikbasierten FACTS-Systemen unterstützen Sie bei der Verwendung einer Simulation, um die Stromübertragungsfähigkeiten Ihrer Netzwerke zu verbessern. Sie können Geräte zu Ihren Netzmodellen hinzufügen, z. B. einen statischen Blindleistungskompensator (SVC, static VAR compensator) und einen vereinheitlichten Leistungsflussregler (UPFC, unified power flow controller), um den Leistungsfluss zu regeln, die transiente Stabilität zu verbessern und Stromüberlastungen in einem Übertragungssystem abzubauen.

Ingenieure bei Sandia reduzierten die Modellentwicklungszeit um 80 %, verringerten die Kosten des endgültigen Systems um 200.000 US-Dollar und validierten ihr Modell gegenüber den Felddaten.
Der vereinheitlichte Leistungsflussregler (UPFC) wird verwendet, um eine Stromüberlastung an einem 500/230-kV-Netz abzubauen.

Übertragungsleitungen

Simscape Power Systems bietet Modelle für einfache und mehrphasige Übertragungsleitungen und Kabel. Sie können ein PI-Abschnittsmodell verwenden, um die Interaktionen zwischen Leistungs- und Regelungssystemen zu untersuchen, oder ein Modell von verteilten Parametern für Tests, zu denen hochfrequente transiente Vorgänge gehören. Ein Grafiktool wird bereitgestellt, um Schlüsselparameter zu berechnen, die auf einer Leitungsgeometrie und Leitereigenschaften basieren.

Initialisieren eines 735-kV-Übertragungsnetzes mit sieben Kraftwerken, hydraulischen Turbinen, Geschwindigkeitsregulierung, Anregungssystemen und Stabilisatoren von Stromsystemen.
Benutzeroberfläche für die Berechnung der RLC-Parameter für eine Übertragungsleitung.

Transformationen

Simscape Power Systems enthält Modelle für einfache und mehrphasige Transformatoren, z. B. delta-delta, wye-delta1, und zigzag-delta1-wye. Über Parametrisierungsoptionen können Sie ein nichtlineares Verhalten angeben, z. B. die Sättigung, unterschiedliche Kerndimensionen und Hysteresen. In Beispielen wird Ihnen gezeigt, wie Sie benutzerdefinierte Modelle entweder grafisch oder über Gleichungen in der Simscape™-Sprache erstellen.

Einige der Transformatorenmodelle von Simscape Power Systems. Grundlagenkomponenten für Wicklungen werden in benutzerdefinierten Transformatorenmodellen verwendet.

Stromverbrauch

Simscape Power Systems ermöglicht Ihnen die Modellierung der Lasten in Ihrem System auf der gewünschten Ebene der Genauigkeit. Zusätzlich zu den generischen Komponenten wird eine Bibliothek von elektrischen Treibern bereitgestellt. Es werden die Schlüsselkomponenten (Maschinen, Leistungsumrichter und Controller) in einem einzigen Block kombiniert, mit einer Benutzeroberfläche, mit der Sie Schlüsselparameter ändern, wechselnde Effekte hinzufügen oder vernachlässigen können.


Leistungsumrichter

Simscape Power Systems umfasst Leistungsumrichtermodelle. Außerdem enthält es Gleichrichter, Wechselrichter und Wandler mit üblichen Topologien, z. B. Auf und Abwärts. Diese Wandler verwenden stückweise lineare Modelle der Leistungselektronik-Geräte für eine effiziente Simulation und diese Gerätemodelle sind inbegriffen, sodass Sie benutzerdefinierte Leistungsumrichtertopologien modellieren können. Zu den Leistungselektronik-Geräten können auch die Wärmeerzeugung über das Gerät gehören und dieWärmeübertragung zwischen dem Gerät und der Umgebung.

Die Ingenieure von Alstom reduzierten die Entwicklungszeit um 50 %, erzeugten einen fehlerfreien, sicherheitskritischen Code und überprüften das Verhalten unter einer Reihe von Bedingungen, einschließlich Fehlern.
Eine Spannungsquelle von 60 Hz sendet eine Last von 50 Hz und 50 kW durch einen AC-DC-AC-Wandler mit einem Gleichrichter und einem Wechselrichter, die von einem PI-Spannungsregler gesteuert werden.
Erstellen Sie ein Temperaturprofil, das auf Schalt- und Leitverlusten in einem bipolaren Transistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT, insulated-gate bipolar transistor) beruht.
Einige der Transformatorenmodelle von Simscape Power Systems mit üblichen Topologien.

Motoren

Simscape Power Systems bietet Modelle von synchronen und asynchronen Dreiphasenmaschinen. Sie können außerdem nichtlineare Effekte, z. B. eine Sättigung, aktivieren. Über Standard- und vereinfachte Modelle können Sie die Ebene der Genauigkeit modellieren, die zu Ihrer Aufgabe passt. Über die Modelle werden mehrere Parametrisierungsmethoden geboten, über die Sie Ihre verfügbaren Werte eintragen können, und mithilfe der Blöcke können Sie pro-Einheit-basierte Werte berechnen.

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Antriebscontroller

Modelle von Elementen in Antriebscontrollern werden in Simscape Power Systems bereitgestellt, dazu gehören Stromregler, Drehzahlregler und Modulatoren. Sie können diese Blöcke zur Implementierung von Regelstrategien wie z. B. feldorientierte Steuerung, Vektorregelung und direkte Drehmomentregelung verwenden. Dieses Modell ermöglicht die Eingliederung oder Vernachlässigung der Auswirkung von Antriebskreisschaltungen auf Ihrem System.


Simulation und Analyse

Mit Simscape Power Systems können Sie die Simulationsmethode verwenden, die am besten zur auszuführenden Aufgabe passt. Viele Hauptanalysen von Stromsystemen sind automatisiert, damit Sie schnell und präzise die Leistung Ihres Entwurfs bewerten können.


Simulationsmethoden:

Simscape Power Systems ermöglicht Ihnen die Simulation Ihres Modells mit kontinuierlichen, diskretisierten oder Phasor-Methoden. Kontinuierliche Methoden führen sehr genaue Simulationen von Stromsystemmodellen durch und variieren die Schrittgröße, um die Dynamik Ihres Systems zu erfassen. Mit diskreten Methoden können Sie die Präzision Ihrer Simulation durch die Wahl der Zeitschrittgröße steuern. Phasor-Simulation ersetzt die Differenzialgleichungen, die das Netz darstellen, mit einer Gruppe von algebraischen Gleichungen in einer festen Frequenz und ermöglicht so transiente Stabilitätsstudien von Systemen mit mehreren Maschinen. Sie können die Methode wählen, die Ihren Anforderungen am besten entspricht.

Optionen für kontinuierlichen, diskreten oder Phasor-Simulationsmodus (links) zur Analyse transienter Einflüsse oder einfacher Amplituden von Messspannungen (rechts).

Idealer Schaltalgorithmus

Der ideale Schaltalgorithmus in Simscape Power Systems führt zur schnellen und genauen Simulation von Systemen, die Leistungselektronikelemente enthalten. Für diesen Algorithmus sind keine numerisch unflexiblen Hochimpedanzpuffer zur Modellierung von Leistungselektronik-Geräten notwendig. Diese Methode bietet Ihnen größere Flexibilität bei der Auswahl eines Solvers und bringt kürzere Simulationszeiten mit sich.

Aktivieren Sie den idealen Schaltalgorithmus (links) in Simscape Power Systems, um Simulationen durch die Eliminierung von Puffern und größere Simulationsschritte (rechts) zu beschleunigen.

Lastfluss-Analyse

Simscape Power Systems bietet ein Tool zur Lastfluss-Analyse, dass Ihnen dabei hilft, Ihr Modell zu initialisieren und stationäre Bedingungen zu bestimmen. Es berechnet anfängliche Stromstärken, interne Flüsse und Rotorpositionen für synchrone und asynchrone Maschinen aufgrund der stationären Bedingungen für Ihren Schaltkreis. Die Werte werden in einem Bericht angezeigt und automatisch in Ihr Modell eingetragen.


Analyse der Stromqualität

Simscape Power Systems ermöglicht es Ihnen, die Stromqualität Ihres Entwurfs zu analysieren. Sie können den relativen Gesamtklirrfaktor auswerten, die Verzerrung mit Standardgrenzwerten vergleichen und Parameter für das Filtern der Verzerrung bestimmen. MATLAB® Funktionen und grafische Werkzeuge ermöglichen die Analyse Ihres Systems unter unterschiedlichen Bedingungen und fassen die Ergebnisse in Berichten und Plots zusammen

Erhalten Sie harmonische Amplituden, berechnen Sie die gesamte harmonische Verzerrung.
Das Simscape Power Systems FFT-Analyse-Tool. Das Frequenzspektrum einer Spannungsform wird angezeigt und die Stromqualität wird durch die Berechnung der gesamten harmonischen Verzerrung gemessen.

Simscape-Plattform

Simscape™ ist die Plattform für alle Simscape-Add-On-Produkte. Zusätzlich zu den Grundlagenbibliotheken wird ein Großteil der Basistechnologie für die Modellerstellung und Simulation physikalischer Systeme in allen Umgebungen geboten.


Modellieren mit physikalischen Verbindungen

Komponenten von Simscape stellen physikalische Elemente dar, z. B. Pumpen, Motoren und Operationsverstärker. Leitungen in Ihrem Modell, die diese Komponenten verbinden, entsprechen physikalischen Verbindungen im reellen System, über die Strom übertragen wird. Dieser Ansatz ermöglicht es Ihnen, die physikalische Struktur eines Systems anstatt der zugrundeliegenden mathematischen Prinzipien zu beschreiben. Elektrische, mechanische, hydraulische und weitere physikalische Verbindungen sind in Ihrem Mehrdomänen-Schema durch Leitungen dargestellt, deren Farbe die physikalische Domäne anzeigt. Sie können direkt erkennen, welche Systeme sich in Ihrem Modell befinden und wie sie miteinander verbunden sind.

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Simscape-Plattformfunktionen

Simscape Power Systems basiert auf Simscape, das den Großteil der Haupttechnologie und Funktionen liefert, die für Modellerstellung und Simulation von Stromsystemen notwendig sind Mit Simscape können Sie:


Simscape-Produktfamilie

Die Simscape-Produktfamilie besteht aus sechs Produkten, die viele Anwendungen abdecken. Sie können jede Gruppe von Simscape-Add-On-Produkten mit der Simscape-Plattform kombinieren, um physikalische Mehrdomänensysteme zu modellieren. Zu den Add-On-Produkten gehören zusätzliche erweiterte Blöcke und Analysemethoden.

Die Simscape-Produktfamilie, im Simulink Library Browser (links) angezeigt. Sie bietet Hunderte von Komponenten (Beispiele oben rechts) und erweiterte Analyse-Tools, einschließlich einer 3D-Animation von Simscape Multibody (unten rechts).


Konvertierung in C-Code

Außerdem können Sie Simscape Power Systems-Modelle mithilfe von Simulink Coder in C-Code konvertieren. Durch die Konvertierung von Simscape Power Systems-Modellen in C-Code können diese für Aufgaben wie z. B. HIL-Testen und Optimierung verwendet werden, bei denen Batch-Simulationen durchgeführt werden. Konvertierung in C-Code ermöglicht außerdem das Freigebengeschützter Modelle.


Testen ohne Hardware-Prototypen

Simscape Power Systems-Modelle ermöglichen Ihnen das Testen eingebetteter Steueralgorithmen und Controller-Hardware ohne die Verwendung von Hardware-Prototypen. Zusätzlich zu Software-in-the-Loop (SIL) und Prozessor-in-the-Loop (PIL)-Tests können Sie durch Konvertieren Ihrer Simscape Power Systems-Modelle in C-Code Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests durchführen. Dadurch können Sie eingebettete Steuerungen ausprobieren (ohne dabei irgendwelche Geräte oder Mitarbeiter zu gefährden) und somit die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass Ihr System sich wie angegeben verhält, wenn der Controller an das tatsächliche System angeschlossen wird.

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Ausführen der Batch-Simulationen

Viele technische Aufgaben, wie Optimierungen und Parametersweeps machen das Ausführen mehrere Simulationssätze notwendig. Die Konvertierung Ihres Simscape Power Systems-Modells in C-Code ermöglicht die effiziente Ausführung dieser Aufgaben. Sie können einzelne Simulationen beschleunigen und Batches von Simulationen parallelüber mehrere Prozessoren oder verteilt über ein Rechen-Cluster ausführen.

Teams haben Millionen Dollar an Materialkosten eingespart, das Verhalten unter Hunderten Betriebsbedingungen und Fehlern überprüft und den Einfluss des Windparks auf die Netzstabilität ausgewertet.

Freigeben von Modellen

Durch Simscape können Sie Ihre erworbene Software effizient nutzen, wenn Sie Modelle freigeben, die Simscape Power Systems verwenden. Außerdem bietet es Methoden zum Freigeben von Modellen bei gleichzeitigem Schutz Ihres geistigen Eigentums.


Zugriff auf Funktionen in Simscape-Add-On-Produkten

Bei Verwendung von Simscape Editing Mode können Simscape-Benutzer viele Aufgaben auf Modellen ausführen, die Simscape-Add-On-Produkte verwenden, auch wenn Sie diese nicht erworben haben. Diese Aufgaben umfassen Anzeige, Simulation und Ändern von Parameterwerten im Modell. Ihr Team kann folglich hochentwickelte Komponenten und Funktionen aus der gesamten Simscape-Produktfamilie nutzen, ohne dass jeder Ingenieur eine Lizenz für jedes Simscape-Add-On-Produkt erwerben muss.

Arbeiten mit Simscape-Modellen
Aufgabe Modellentwickler
(Käufe Simscape und Simscape-Add-on-Produkte)
Modellbenutzer
(Käufe Simscape)
Simulieren
Protokolldaten und Plotergebnisse
Numerische Parameter ändern
Code mit Simulink Coder generieren
Simscape Multibody-Animationen anzeigen
Zugriff auf PowerGUI Funktionen und Einstellungen
Blockparametrierungsoptionen ändern  
Physikalischen Verbindungen herstellen oder trennen  

Freigeben von geschützten Modellen

Sie können bei gleichzeitigem Schutz Ihres geistigen Eigentums Simscape Power Systems-Modelle für andere Benutzer freigeben. Sie können benutzerdefinierte Komponenten schützen, die mit der Simscape-Sprache sowie Subsystemen, die Simscape Power Systems-Komponenten enthalten, definiert wurden. Das Freigeben dieser Modelle ermöglicht es anderen Benutzern, Simulationen auszuführen, Parameter zu variieren und diese in C-Code zu konvertieren, verhindert jedoch, dass diese die ursprüngliche Implementierung sehen.


Spezialisierte Technologie

Simscape Power Systems umfasst sowohl Simscape-Komponenten als auch spezialisierte Technologiebibliotheken. Sie können Systeme mit einer der beiden Optionen erstellen und simulieren. Ein einziges Simscape Power Systems-Modell kann Komponenten aus beiden Bibliotheken enthalten.

Simscape-Komponentenbibliotheken verwenden den vollen Umfang der Simscape-Technologie und die Komponentenmodelle sind in Simscape-Sprache geschrieben. Sie können diese Modelle direkt mit den Simscape Grundlagenbibliothekskomponenten und mit Komponenten der Simscape-Produktfamilie verbinden.

Spezialisierte Technologiebibliotheken bieten Komponenten und Technologien, die speziell für Stromsysteme entwickelt wurden. Spezialisierte Technologiemodelle enthalten eine große Anzahl an Modellen, die ihren eigenen elektrischen Bereich verwenden. Letztlich verbinden Sie diese Blöcke mit anderen Simscape-Elementen über Simulink®-Signale.

Weitere Informationen zu den Unterschieden zwischen den beiden Technologien siehe Simscape Power Systems Dokumentation und Versionshinweise.