Power Measurement (Three-Phase)

计算三相实际功率和无功功率

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库:
Simscape / Electrical / Control / Measurements

描述

Power Measurement (Three-Phase) 模块测量三相网络中元件的实际功率和无功功率。该模块输出您在选定对称序列中指定的每个频率分量的功率数量。

使用此模块可测量正弦和非正弦周期性信号的功率。对于单相功率测量，请考虑使用 Power Measurement 模块。

对于连续时间运行，将采样时间参数设置为 0，对于离散时间运行，则显式设置为特定值。

使用谐波次数参数指定由要包含在功率输出中的所有频率分量组成的向量：

要输出 DC 分量，请指定 0。
要输出对应于基频的分量，请指定 1。
要输出对应于更高阶谐波的分量，请指定 n > 1。

方程

对于每个指定的谐波 k，模块根据相量方程计算指定序列的实际功率 P_k 和无功功率 Q_k：

$P_{k} + j Q_{k} = \frac{3}{2} (V_{k} e^{j θ_{V_{k}}}) (\bar{I_{k} e^{j θ_{I_{k}}}}),$

其中：

$V_{k} e^{j θ_{V_{k}}}$ 是表示选定序列的 k 分量电压的相量。
$\bar{I_{k} e^{j θ_{I_{k}}}}$ 是 $I_{k} e^{j θ_{I_{k}}}$ 的复共轭，后者是表示选定序列的 k 分量电流的相量。

使用序列参数选择功率计算中使用的对称序列：

正：

$V_{k} e^{j θ_{V_{k}}} = V_{k +} e^{j θ_{V_{k +}}}, I_{k} e^{j θ_{I_{k}}} = I_{k +} e^{j θ_{I_{k +}}}$
负：

$V_{k} e^{j θ_{V_{k}}} = V_{k -} e^{j θ_{V_{k -}}}, I_{k} e^{j θ_{I_{k}}} = I_{k -} e^{j θ_{I_{k -}}}$
零：

$V_{k} e^{j θ_{V_{k}}} = V_{k 0} e^{j θ_{V_{k 0}}}, I_{k} e^{j θ_{I_{k}}} = I_{k 0} e^{j θ_{I_{k 0}}}$

模块使用对称分量变换 S 根据一组 abc 电压相量计算一组对称的 +-0 电压相量：

$[\begin{matrix} V_{k +} e^{j θ_{V_{k +}}} \\ V_{k -} e^{j θ_{V_{k -}}} \\ V_{k 0} e^{j θ_{V_{k 0}}} \end{matrix}] = S [\begin{matrix} V_{k a} e^{j θ_{V_{k a}}} \\ V_{k b} e^{j θ_{V_{k b}}} \\ V_{k c} e^{j θ_{V_{k c}}} \end{matrix}] .$

有关此变换的详细信息，请参阅 Symmetrical Components Transform。

模块从三相输入电压 V(t) 获得下面这组 abc 电压相量：

$[\begin{matrix} V_{k a} e^{j θ_{V_{k a}}} \\ V_{k b} e^{j θ_{V_{k b}}} \\ V_{k c} e^{j θ_{V_{k c}}} \end{matrix}] = \frac{2}{T} \int_{t - T}^{t} V (t) \sin (2 π k F t) d t + j \frac{2}{T} \int_{t - T}^{t} V (t) \cos (2 π k F t) d t,$

其中 T 是输入信号的周期，或是其基频 F 的倒数，这两者是等效的。

模块以与计算一组对称的电压相同的方式计算一组对称的电流相量。

如果输入信号具有有限谐波数 n，则可以根据其分量计算指定序列的总实际功率 P 和总无功功率 Q：

$P = \sum_{k = 0}^{n} P_{k}$

$Q = \sum_{k = 1}^{n} Q_{k} .$

对 Q 求和不包括 DC 分量 (k = 0)，因为该分量仅对实际功率有贡献。

示例

负载侧转换器控制

此示例展示了如何控制负载侧转换器中的 RMS 电压。负载由三相串联 RL 元件提供。Control 子系统采用基于 PI 的级联控制结构，包含两个控制环：一个外层电压控制环和一个内层电流控制环。仿真使用阶跃参考信号。Scopes 子系统包含示波器，可用于查看仿真结果。

打开模型

维也纳整流器控制

此示例展示了如何控制维也纳整流器。Vienna rectifier 子系统由三相桥臂组成。每个桥臂包含一个功率开关和六个功率二极管。Control 子系统采用空间矢量调制为维也纳整流器实现闭环控制策略。总仿真时间为 0.1 秒。在时间 0.1 秒时，维也纳整流器开始运行。在时间 0.4 秒和 0.6 秒时，DC 侧负载上升。

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端口

输入

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V — 输入电压
向量

元件两端的三相电压（用于测量功率），单位为 V。

数据类型: single | double

I — 输入电流
向量

通过元件的三相电流（用于测量功率），单位为 A。

数据类型: single | double

输出

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P — 实际功率
标量或向量 | 向量

选定频率分量的实际功率，单位为 W。如果谐波次数参数值是标量，则此输出也是标量。

数据类型: single | double

Q — 无功功率
标量或向量 | 向量

选定频率分量的无功功率，单位为 var。如果谐波次数参数值是标量，则此输出也是标量。

数据类型: single | double

参数

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基础频率(Hz) — 基频
`60` (默认) | 正数

对应于分量 k=1 的基频。

谐波次数 — 频率分量
`[0 1 2 3]` (默认) | 标量或向量

要包含在输出中的频率分量。指定对应于所需分量的标量值或由所有所需分量组成的向量。

值 k = 0 对应于 DC 分量。
值 k = 1 对应于基频。
值 k > 1 对应于更高水平的谐波。

如果指定一个向量，则功率输出的阶数对应于该向量的阶数。

序列 — 对称序列
正 (默认) | 负 | 零

功率输出的对称序列。

采样时间 — 模块采样时间
`0` (默认) | 正数

连续两次模块执行之间的时间。在执行期间，模块产生输出，并在需要时更新其内部状态。有关详细信息，请参阅什么是采样时间？和指定采样时间。

对于连续运行，将此属性设置为 0。对于离散运行，将采样时间显式指定为一个正数。此模块不支持继承的采样时间。

如果此模块位于封装子系统或允许连续运行和离散运行的其他可变子系统中，请提升采样时间参数。提升采样时间参数可确保在模块的连续实现和离散实现之间正确切换。有关详细信息，请参阅Promote Block Parameters on a Mask。

扩展功能

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C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

版本历史记录

在 R2017b 中推出

另请参阅

模块

Power Measurement | Sinusoidal Measurement (PLL) | Three-Phase Sinusoidal Measurement (PLL) | RMS Measurement

Power Measurement (Three-Phase)

描述

方程

示例

负载侧转换器控制

维也纳整流器控制

端口

输入

V — 输入电压 向量

I — 输入电流 向量

输出

P — 实际功率 标量或向量 | 向量

Q — 无功功率 标量或向量 | 向量

参数

基础频率(Hz) — 基频 60 (默认) | 正数

谐波次数 — 频率分量 [0 1 2 3] (默认) | 标量或向量

序列 — 对称序列 正 (默认) | 负 | 零

采样时间 — 模块采样时间 0 (默认) | 正数

扩展功能

C/C++ 代码生成 使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。

版本历史记录

另请参阅

模块

V — 输入电压
向量

I — 输入电流
向量

P — 实际功率
标量或向量 | 向量

Q — 无功功率
标量或向量 | 向量

基础频率(Hz) — 基频
`60` (默认) | 正数

谐波次数 — 频率分量
`[0 1 2 3]` (默认) | 标量或向量

序列 — 对称序列
正 (默认) | 负 | 零

采样时间 — 模块采样时间
`0` (默认) | 正数

C/C++ 代码生成
使用 Simulink® Coder™ 生成 C 代码和 C++ 代码。