УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЕ
DEVICE FOR MODELING SOLAR POWER PLANT IN POWER SYSTEM

Изобретение относится к обработке данных, а именно к моделирующим устройствам и может быть использовано при моделировании в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов функционирования солнечной электростанции и ее конструктивных элементов с управляемыми параметрами, в том числе в составе специализированных многопроцессорных программно-технических систем гибридного типа, предназначенных для всережимного моделирования в реальном времени крупной энергетической системы.
Известно устройство для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе [D. Popa, M. Nicolae, P. Nicolae and M. Popescu, "Design and simulation of a 10 MW photovoltaic power plant using MATLAB and Simulink," 2016 IEEE International Power Electronics and Motion Control Conference (PEMC), 2016, pp.378-383, doi: 10.1109/EPEPEMC.2016.7752027], которое выбрано в качестве прототипа. Это устройство содержит блок моделирования повышающего трансформатора, первый трехфазный вход/выход которого является трехфазным входом/выходом устройства. Второй трехфазный вход/выход блока моделирования повышающего трансформатора соединен с первым трехфазным входом/выходом блока моделирования сглаживающего реактора, второй трехфазный вход/выход которого соединен с трехполюсным входом/выходом блока моделирования трехфазного инвертора. Двухполюсный вход/выход блока моделирования трехфазного инвертора соединен с первым двухполюсным входом/выходом первого блока моделирования цепи постоянного тока, второй двухполюсный вход/выход которого соединен с первым двухполюсным входом/выходом блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока, второй двухполюсный вход/выход которого соединен с первым двухполюсным входом/выходом второго блока моделирования цепи постоянного тока. Второй двухполюсный вход/выход второго блока моделирования цепи постоянного тока соединен с двухполюсным входом/выходом блока моделирования фотоэлектрического элемента. Блоки моделирования фотоэлектрического элемента, повышающего преобразователя постоянного тока, цепи постоянного тока, трехфазного инвертора, сглаживающего реактора подключены к блоку моделирования системы автоматического управления.
Это устройство позволяет моделировать режимы работы солнечной электростанции. Однако при моделировании с помощью этого устройства используют двухуровневую схему трехфазного инвертора, упрощенные модели повышающего трансформаторов, сглаживающего реактора, цепи постоянного тока, что исключает возможность моделирования различных схем и топологий солнечной электростанции и учета влияния внешних факторов на параметры моделируемых конструктивных элементов. Для моделирования процессов использован дискретный фиксированный шаг расчета, равный 1 мкс, а для воспроизведения работы системы управления выбран шаг дискретизации в 100 мкс.
Обозначенные допущения и упрощения исключают возможность моделирования различных нормальных и анормальных режимов и процессов функционирования солнечной электростанции и ее конструктивных элементов, а также возможность использования устройства в средствах моделирования крупной энергетической системы, в том числе для оценки взаимного влияния функционирования солнечной электростанции и энергетической системы.
Техническим результатом предложенного изобретения является создание устройства для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе, позволяющего обеспечить полное и достоверное воспроизведение в реальном времени непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов функционирования солнечной электростанции и ее конструктивных элементов.
Устройство для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе, также как в прототипе, содержитблок моделирования повышающего трансформатора, один вход/выход которого является входом/выходом устройства, а второй вход/выход подключен к блоку моделирования сглаживающего реактора, к которому последовательно подключены блок моделирования трехфазного инвертора, первый блок моделирования цепи постоянного тока, блок моделирования повышающего преобразователя постоянного тока, второй блок моделирования цепи постоянного тока и блок моделирования фотоэлектрического элемента.
Согласно изобретению устройство дополнительно содержит первый блок цифроуправляемой продольной коммутации, первый трехфазный вход/выход которого подключен к второму трехфазному входу/выходу блока моделирования повышающего трансформатора и к первому трехфазному входу/выходу блока моделирования сглаживающего реактора, которые соединены между собой. Второй трехфазный вход/выход первого блока цифроуправляемой продольной коммутации подключен к третьему трехфазному входу/выходу блока моделирования повышающего трансформатора и к трехфазному входу/выходу блока моделирования фильтра, которые соединены между собой. При этом центральный процессор соединен с компьютером/сервером, процессором коммутации и процессором аналого-цифрового преобразования, который соединен с блоком многоканального аналого-цифрового преобразования, к которому подключены блок моделирования повышающего трансформатора, блок моделирования сглаживающего реактора, блок моделирования фильтра, первый и второй блоки моделирования цепи постоянного тока и блок моделирования фотоэлектрического элемента. Цифровые выходы центрального процессора подключены к цифровым входам блока моделирования повышающего трансформатора, блока моделирования сглаживающего реактора, блока моделирования фильтра, первого и второго блоков моделирования цепи постоянного тока, блока моделирования фотоэлектрического элемента. Цифровые выходы процессора коммутации подключены к цифровым входам блока моделирования повышающего трансформатора, блока моделирования сглаживающего реактора, первого блока цифроуправляемой продольной коммутации, блока моделирования трехфазного инвертора, первого блока моделирования цепи постоянного тока, блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока, второго блока моделирования цепи постоянного тока.
Блок моделирования повышающего преобразователя постоянного тока содержит два блока цифроуправляемых аналоговых ключей, цифровые входы которых подключены к процессору коммутации. Первый блок цифроуправляемых аналоговых ключей первым входом/выходом соединен с положительным полюсом второго блока цифроуправляемой продольной коммутации первого блока моделирования цепи постоянного тока. Второй блок цифроуправляемых аналоговых ключей первым входом/выходом подключен к соединенным между собой отрицательными полюсами второго блока цифроуправляемой продольной коммутации первого блока моделирования цепи постоянного тока и третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации второго блока моделирования цепи постоянного тока. Вторые входы/выходы первого и второго блоков цифроуправляемых аналоговых ключей соединены между собой и с положительным полюсом третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации второго блока моделирования цепи постоянного тока.
Второй блок моделирования цепи постоянного тока содержит первый блок моделирования положительного полюса и первый блок моделирования отрицательного полюса, цифровые входы которых подключены к центральному процессору. Цифровые входы третьего и четвертого блоков цифроуправляемой продольной коммутации, первого и второго блоков цифроуправляемой поперечной коммутации подключены к процессору коммутации, а аналоговые выходы первого блока моделирования положительного полюса соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования и с входами первого и второго преобразователей напряжение-ток. Аналоговые выходы первого блока моделирования отрицательного полюса соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования и с входами третьего и четвертого преобразователей напряжение-ток. Выход первого преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой первым блоком моделирования положительного полюса, положительным полюсом первого двухполюсного входа/выхода третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации и положительным полюсом двухполюсного входа/выхода первого блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Выход третьего преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой первым блоком моделирования отрицательного полюса, отрицательным полюсом первого двухполюсного входа/выхода третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации и отрицательным полюсом двухполюсного входа/выхода первого блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Положительный полюс второго двухполюсного входа/выхода третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации соединен с вторым входом/выходом первого блока цифроуправляемых аналоговых ключей и вторым входом/выходом второго блока цифроуправляемых аналоговых ключей. Отрицательный полюс второго двухполюсного входа/выхода третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации соединен с первым входом/выходом второго блока цифроуправляемых аналоговых ключей и отрицательным полюсом первого двухполюсного входа/выхода второго блока цифроуправляемой продольной коммутации. Выход второго преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой первым блоком моделирования положительного полюса, положительным полюсом первого двухполюсного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации и положительным полюсом двухполюсного входа/выхода второго блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Выход четвертого преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой первым блоком моделирования отрицательного полюса, отрицательным полюсом первого двухполюсного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации и отрицательным полюсом двухполюсного входа/выхода второго блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Положительный полюс второго двухполюсного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации связан с соединенными между собой блоком формирования положительного полюса фототока и выходом пятого преобразователя напряжение-ток блока моделирования фотоэлектрического элемента. Отрицательный полюс второго двухполюсного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации связан с соединенными между собой блоком формирования отрицательного полюса фототока и выходом шестого преобразователя напряжение-ток блока моделирования фотоэлектрического элемента. Цифровые входы блока формирования положительного полюса фототока и блока формирования отрицательного полюса фототока подключены к центральному процессору. Аналоговые выходы блока формирования положительного полюса фототока соединены с входом пятого преобразователя напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые выходы блока формирования отрицательного полюса фототока соединены с входом шестого преобразователя напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования.
В качестве блока моделирования повышающего трансформатора использован блок моделирования повышающего трансформатора, который содержит блоки моделирования фазы А, фазы В и фазы С повышающего трансформатора, цифровые входы которых подключены к центральному процессору. При этом цифровые входы блока формирования напряжений, пятого, шестого и седьмого блоков цифроуправляемой продольной коммутации и третьего, четвертого, пятого блоков цифроуправляемой поперечной коммутации подключены к процессору коммутации. Аналоговые выходы блока моделирования фазы А повышающего трансформатора соединены с входами седьмого, восьмого, девятого преобразователей напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые выходы блока моделирования фазы В повышающего трансформатора соединены с входами десятого, одиннадцатого, двенадцатого преобразователей напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые выходы блока моделирования фазы С повышающего трансформатора соединены с входами тринадцатого, четырнадцатого, пятнадцатого преобразователей напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые входы блоков моделирования фазы А, фазы В и фазы С повышающего трансформатора соединены с выходами блока формирования напряжений, эти же выходы которого соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Выходы седьмого, десятого и тринадцатого преобразователей напряжение-ток соединены с первым трехфазным входом/выходом пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации, с трехфазным входом/выходом третьего блока цифроуправляемой поперечной коммутации и с блоком формирования напряжений. Второй трехфазный вход/выход пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации является первым трехфазным входом/выходом блока моделирования повышающего трансформатора. Выходы восьмого, одиннадцатого и четырнадцатого преобразователей напряжение-ток, соединены с первым трехфазным входом/выходом шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации, с трехфазным входом/выходом четвертого блока цифроуправляемой поперечной коммутации и с блоком формирования напряжений. Второй трехфазный вход/выход шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации является вторым трехфазным входом/выходом блока моделирования повышающего трансформатора и соединен с первым трехфазным входом/выходом блока моделирования сглаживающего реактора и с первым трехфазным входом/выходом первого блока цифроуправляемой продольной коммутации. Выходы девятого, двенадцатого и пятнадцатого преобразователей напряжение-ток соединены с первым трехфазным входом/выходом седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации, с трехфазным входом/выходом пятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации и с блоком формирования напряжений. Второй трехфазный вход/выход седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации, который является третьим трехфазным входом/выходом блока моделирования повышающего трансформатора, соединен с трехфазным входом/выходом блока моделирования фильтра и с вторым трехфазным входом/выходом первого блока цифроуправляемой продольной коммутации.
В качестве блока моделирования сглаживающего реактора использован блок моделирования сглаживающего реактора, который содержит блоки моделирования фазы А, фазы В и фазы С сглаживающего реактора, цифровые входы которых подключены к центральному процессору. Цифровые входы шестого и седьмого блоков цифроуправляемой поперечной коммутации и подключены к процессору коммутации. Аналоговые выходы блока моделирования фазы А сглаживающего реактора соединены с входами шестнадцатого и семнадцатого преобразователей напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые выходы блока моделирования фазы В сглаживающего реактора соединены с входами восемнадцатого и девятнадцатого преобразователей напряжение-ток, с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые выходы блока моделирования фазы С сглаживающего реактора соединены с входами двадцатого и двадцать первого преобразователей напряжение-ток, с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Выход шестнадцатого преобразователя напряжение-ток соединен с фазой А трехфазного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой поперечной коммутации, с фазой А второго трехфазного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации, с фазой А первого трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации и с блоком моделирования фазы A сглаживающего реактора. Выход восемнадцатого преобразователя напряжение-ток соединен с фазой В трехфазного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой поперечной коммутации, с фазой В второго трехфазного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации, с фазой В первого трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации и с блоком моделирования фазы В сглаживающего реактора. Выход двадцатого преобразователя напряжение-ток соединен с фазой С трехфазного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой поперечной коммутации, с фазой С второго трехфазного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации, с фазой С первого трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации и с блоком моделирования фазы С сглаживающего реактора. Выход семнадцатого преобразователя напряжение-ток соединен с фазой А трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации, с фазой А трехфазного входа/выхода блока моделирования трехфазного инвертора и с блоком моделирования фазы А сглаживающего реактора. Выход девятнадцатого преобразователя напряжение-ток соединен с фазой В трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации, с фазой В трехфазного входа/выхода блока моделирования трехфазного инвертора и с блоком моделирования фазы В сглаживающего реактора. Выход двадцать первого преобразователя напряжение-ток соединен с фазой С трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации, с фазой С трехфазного входа/выхода блока моделирования трехфазного инвертора и с блоком моделирования фазы С сглаживающего реактора.
В качестве блока моделирования фильтра использован блок моделирования фильтра, который содержит блоки моделирования фазы A, фазы В, фазы С фильтра, двадцать второй, двадцать третий и двадцать четвертый преобразователи напряжение-ток. Цифровые входы блоков моделирования фазы A (44), фазы В (45) и фазы С (46) подключены к центральному процессору. Аналоговые выходы блока моделирования фазы A фильтра соединены с входом двадцать второго преобразователя напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые выходы блока моделирования фазы B фильтра соединены с входом двадцать третьего преобразователя напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Аналоговые выходы блока моделирования фазы С фильтра соединены с входом двадцать четвертого преобразователя напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования. Выход двадцать второго преобразователя напряжение-ток соединен с блоком моделирования фазы A фильтра, с фазой А второго трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации блока моделирования повышающего трансформатора и с фазой А второго трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации. Выход двадцать третьего преобразователя напряжение-ток соединен с блоком моделирования фазы В фильтра, с фазой В второго трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации блока моделирования повышающего трансформатора и с фазой В второго трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации. Выход двадцать четвертого преобразователя напряжение-ток соединен с блоком моделирования фазы С фильтра, с фазой С второго трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации блока моделирования повышающего трансформатора и с фазой С второго трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации.
В качестве блока моделирования трехфазного инвертора использован блок моделирования трехфазного инвертора, который содержит блоки моделирования фазы A, фазы В, фазы С трехфазного инвертора, каждый из которых содержит шесть блоков цифроуправляемых аналоговых ключей. Цифровые входы блоков цифроуправляемых аналоговых ключей блоков моделирования фазы A, фазы В и фазы С трехфазного инвертора подключены к процессору коммутации. Третий и четвертый блоки цифроуправляемых аналоговых ключей первыми входами/выходами соединены между собой и с блоком моделирования фазы A трехфазного инвертора, с фазой А трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации и с выходом семнадцатого преобразователя напряжение-ток блока моделирования сглаживающего реактора. Блок моделирования фазы В трехфазного инвертора соединен с блоком моделирования фазы В сглаживающего реактора, с фазой В трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации и с выходом девятнадцатого преобразователя напряжение-ток блока моделирования сглаживающего реактора. Блок моделирования фазы С трехфазного инвертора соединен с блоком моделирования фазы С сглаживающего реактора, с фазой С трехфазного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации и с выходом двадцать первого преобразователя напряжение-ток блока моделирования сглаживающего реактора. Второй вход/выход третьего блока цифроуправляемых аналоговых ключей подключен к соединенным между собой первыми входами/выходами пятого и шестого блоков цифроуправляемых аналоговых ключей. Второй вход/выход четвертого блока цифроуправляемых аналоговых ключей подключен к соединенным между собой первым входам/выходам седьмого и восьмого блоков цифроуправляемых аналоговых ключей. Второй вход/выход пятого блока цифроуправляемых аналоговых ключей, положительные полюсы трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В и фазы С трехфазного инвертора и положительный полюс трехполюсного входа/выхода первого блока моделирования цепи постоянного тока соединены между собой. Вторые входы/выходы шестого и восьмого блоков цифроуправляемых аналоговых ключей, нейтрали трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В и фазы С трехфазного инвертора и нейтраль трехполюсного входа/выхода первого блока моделирования цепи постоянного тока соединены между собой. Второй вход/выход седьмого блока цифроуправляемых аналоговых ключей, отрицательные полюсы трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В и фазы С трехфазного инвертора и отрицательный полюс трехполюсного входа/выхода первого блока моделирования цепи постоянного тока соединены между собой.
Первый блок моделирования цепи постоянного тока содержит второй блок моделирования положительного полюса, второй блок моделирования отрицательного полюса, блок формирования напряжения нейтрали, цифровые входы которых подключены к центральному процессору. Цифровые входы восьмого и второго блоков цифроуправляемой продольной коммутации, восьмого и девятого блоков цифроуправляемой поперечной коммутации и подключены к процессору коммутации. Аналоговые выходы второго блока моделирования положительного полюса соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования и с входами двадцать пятого и двадцать шестого преобразователей напряжение-ток. Аналоговые выходы второго блока моделирования отрицательного полюса соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования и с входами двадцать седьмого и двадцать восьмого преобразователей напряжение-ток. Аналоговые выходы блока формирования напряжения нейтрали соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования и с входом двадцать девятого преобразователя напряжение-ток. Выход двадцать пятого преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования положительного полюса, положительным полюсом первого трехполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации и положительным полюсом трехполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Выход двадцать седьмого преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования отрицательного полюса, отрицательным полюсом первого трехполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации и отрицательным полюсом трехполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Выход двадцать девятого преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой блоком формирования напряжения нейтрали, нейтралью первого трехполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации и нейтралью трехполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Второй трехполюсный вход/выход восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации, являющийся трехполюсным входом/выходом первого блока моделирования цепи постоянного тока, положительным полюсом соединен с вторым входом/выходом пятого блока цифроуправляемых аналоговых ключей и с положительными полюсами трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В и фазы С трехфазного инвертора, отрицательным полюсом соединен с вторым входом/выходом седьмого блока цифроуправляемых аналоговых ключей и с отрицательными полюсами трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В и фазы С трехфазного инвертора, а нейтралью подключен к соединенным между собой вторым входам/выходам шестого и восьмого блоков цифроуправляемых аналоговых ключей и к нейтралям трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В и фазы С трехфазного инвертора. Выход двадцать шестого преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования положительного полюса, положительным полюсом второго двухполюсного входа/выхода второго блока цифроуправляемой продольной коммутации и положительным полюсом двухполюсного входа/выхода девятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Выход двадцать восьмого преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования отрицательного полюса, отрицательным полюсом второго двухполюсного входа/выхода второго блока цифроуправляемой продольной коммутации и отрицательным полюсом двухполюсного входа/выхода девятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации. Второй двухполюсный вход/выход второго блока цифроуправляемой продольной коммутации является двухполюсным входом/выходом первого блока моделирования цепи постоянного тока и соединен с первым двухполюсным входом/выходом блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока и с вторым блоком моделирования цепи постоянного тока.
Предложенное устройство по сравнению с прототипом обеспечивает непрерывное неявное интегрирование систем дифференциальных уравнений полных математических моделей конструктивных элементов устройства для достоверного воспроизведение непрерывного спектра нормальных и анормальных процессов функционирования солнечной электростанции и ее конструктивных элементов; автоматизированное и автоматическое управление, в том числе функциональное, параметрами блоков моделирования повышающего трансформатора, фильтра, сглаживающего реактора, трехфазного инвертора, повышающего преобразователя постоянного тока, цепей постоянного тока первого и второго блоков моделирования цепи постоянного тока, а также блока моделирования фотоэлектрического элемента, и устройства в целом. Все информационно-управляющие функции устройства обеспечены использованием аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразований. Преобразование с помощью преобразователей напряжение-ток непрерывных математических переменных фазных токов моделируемых конструктивных элементов устройства в соответствующие им модельные физические токи обеспечиваетадекватное воспроизведение спектра всевозможных трехфазных продольных и поперечных коммутаций, включая пофазные, а также естественное взаимодействие конструктивных элементов и устройства в целом в аналогичных программно-технических системах моделирования в реальном времени крупной энергетической системы.
На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе.
На фиг. 2 изображена структурная схема блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ).
На фиг. 3 показана структурная схема блока моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР).
На фиг. 4 представлена структурная схема блока моделирования фильтра 7 (БМФ).
На фиг. 5 изображена структурная схема блока моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ).
На фиг. 6 показана структурная схема первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1).
На фиг. 7 представлена структурная схема блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ).
На фиг. 8 изображена структурная схема второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2).
На фиг. 9 показана структурная схема блока моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ).
На фиг. 10 представлена схема замещения фазы моделируемого сглаживающего реактора.
На фиг. 11 изображена схема замещения фазы моделируемого фильтра.
На фиг. 12 показана схема замещения полюса цепи постоянного тока, моделируемого в первом блоке моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1).
На фиг. 13 представлена схема замещения цепи постоянного тока, моделируемой во втором блоке моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2).
Устройство для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе (фиг. 1) содержит центральный процессор 1 (ЦП), процессор коммутации 2 (ПК), процессор аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП), блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП), блок моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), блок моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), блок моделирования фильтра 7 (БМФ), первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), блок моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ), первый блок моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), блок моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ), второй блок моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2), блок моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ). Цифровые входы/выходы центрального процессора 1 (ЦП), процессора коммутации 2 (ПК) и процессора аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП) соединены между собой. Цифровые входы/выходы процессора аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП) и блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) соединены между собой. Цифровые входы/выходы центрального процессора 1 (ЦП) подключены к компьютеру/серверу. Цифровые выходы центрального процессора 1 (ЦП) подключены к цифровым входам блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), блока моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), блока моделирования фильтра 7 (БМФ), первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2), блока моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ). Цифровые выходы процессора коммутации 2 (ПК) подключены к цифровым входам блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), блока моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), блока моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ), первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ), второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2). Первый трехфазный вход/выход блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ) является первым трехфазным входом/выходом устройства. Второй трехфазный вход/выход блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ) соединен с первым трехфазным входом/выходом блока моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР) и с первым трехфазным входом/выходом первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1). Второй трехфазный вход/выход первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) соединен с третьим трехфазным входом/выходом блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ) и с трехфазным входом/выходом блока моделирования фильтра 7 (БМФ). Второй трехфазный вход/выход блока моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР) соединен с трехфазным входом/выходом блока моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ), трехполюсный вход/выход которого соединен с трехполюсным входом/выходом первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1). Двухполюсный вход/выход первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1) соединен с первым двухполюсным входом/выходом блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ). Второй двухполюсный вход/выход блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ) соединен с первым двухполюсным входом/выходом второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2). Второй двухполюсный вход/выход блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2) соединен с двухполюсным входом/выходом второго блока моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ). Аналоговые входы блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) соединены с блоком моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), блоком моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), блоком моделирования фильтра 7 (БМФ), первым блоком моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), вторым блоком моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2) и блоком моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ).
Блок моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ) (фиг. 2) содержит блоки моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора, цифровые входы которых подключены к центральному процессору 1 (ЦП). Цифровые входы блока формирования напряжений 17 (БФН), второго 18 (БЦПрК2), третьего 19 (БЦПрК3) и четвертого 20 (БЦПрК4) блоков цифроуправляемой продольной коммутации, первого 21 (БЦПоК1), второго 22 (БЦПоК2) и третьего 23 (БЦПоК3) блоков цифроуправляемой поперечной коммутации подключены к процессору коммутации 2 (ПК). Аналоговые выходы блока моделирования фазы А повышающего трансформатора 14 (БМфАПТ) соединены с входами первого 24 (ПНТ1), второго 25 (ПНТ2), третьего 26 (ПНТ3) преобразователей напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые выходы блока моделирования фазы В 15 (БМфВПТ) повышающего трансформатора соединены с входами четвертого 27 (ПНТ4), пятого 28 (ПНТ5), шестого 29 (ПНТ6) преобразователей напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые выходы блока моделирования фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора соединены с входами седьмого 30 (ПНТ7), восьмого 31 (ПНТ8), девятого 32 (ПНТ9) преобразователей напряжение-ток и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые входы блоков моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора соединены с выходами блока формирования напряжений 17 (БФН), эти же выходы которого соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Выходы первого 24 (ПНТ1), четвертого 27 (ПНТ4) и седьмого 30 (ПНТ7) преобразователей напряжение-ток, соединены с первым трехфазным входом/выходом второго блока цифроуправляемой продольной коммутации 18 (БЦПрК2), с трехфазным входом/выходом первого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 21 (БЦПоК1) и с блоком формирования напряжений 17 (БФН). Второй трехфазный вход/выход второго блока цифроуправляемой продольной коммутации 18 (БЦПрК2) является первым трехфазным входом/выходом блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ). Выходы второго 25 (ПНТ2), пятого 28 (ПНТ5) и восьмого 31 (ПНТ8) преобразователей напряжение-ток, соединены с первым трехфазным входом/выходом третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3), с трехфазным входом/выходом второго блока цифроуправляемой поперечной коммутации 22 (БЦПоК2) и с блоком формирования напряжений 17 (БФН). Второй трехфазный вход/выход третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3), который является вторым трехфазным входом/выходом блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), соединен с первым трехфазным входом/выходом блока моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР) и с первым трехфазным входом/выходом первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1). Выходы третьего 26 (ПНТ3), шестого 29 (ПНТ6) и девятого 32 (ПНТ9) преобразователей напряжение-ток соединены с первым трехфазным входом/выходом четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4), с трехфазным входом/выходом третьего блока цифроуправляемой поперечной коммутации 23 (БЦПоК3) и с блоком формирования напряжений 17 (БФН). Второй трехфазный вход/выход четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4), который является третьим трехфазным входом/выходом блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), соединен с трехфазным входом/выходом блока моделирования фильтра 7 (БМФ) и со вторым трехфазным входом/выходом первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1).
Блок моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР) (фиг. 3) содержит блоки моделирования фазы А 33 (БМфАСР), фазы В 34 (БМфВСР) и фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, цифровые входы которых подключены к центральному процессору 1 (ЦП). Цифровые входы четвертого 36 (БЦПоК4) и пятого 37 (БЦПоК5) блоков цифроуправляемой поперечной коммутации и подключены к процессору коммутации 2 (ПК). Аналоговые выходы блока моделирования фазы А 33 (БМфАСР) сглаживающего реактора соединены с входами десятого 38 (ПНТ10) и одиннадцатого 39 (ПНТ11) преобразователей напряжение-ток, с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые выходы блока моделирования фазы В 34 (БМфВСР) сглаживающего реактора соединены с входами двенадцатого 40 (ПНТ12) и тринадцатого 41 (ПНТ13) преобразователей напряжение-ток, с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые выходы блока моделирования фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора соединены с входами четырнадцатого 42 (ПНТ14) и пятнадцатого 43 (ПНТ15) преобразователей напряжение-ток, с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Выход десятого преобразователя напряжение-ток 38 (ПНТ10) соединен с фазой А трехфазного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК4), с фазой А второго трехфазного входа/выхода третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3), с фазой А первого трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) и с блоком моделирования фазы A 33 (БМфAСР) сглаживающего реактора. Выход двенадцатого преобразователя напряжение-ток 40 (ПНТ12) соединен с фазой В трехфазного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК4), с фазой В второго трехфазного входа/выхода третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3), с фазой В первого трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) и с блоком моделирования фазы В 34 (БМфВСР) сглаживающего реактора Выход четырнадцатого преобразователя напряжение-ток 42 (ПНТ14) соединен с фазой С трехфазного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК4), с фазой С второго трехфазного входа/выхода третьего блока цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3), с фазой С первого трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) и с блоком моделирования фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора. Выход одиннадцатого преобразователя напряжение-ток 39 (ПНТ11) соединен с фазой А трехфазного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5), с фазой А трехфазного входа/выхода блока моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ) и с блоком моделирования фазы А 33 (БМфАСР) сглаживающего реактора. Выход тринадцатого преобразователя напряжение-ток 41 (ПНТ13) соединен с фазой В трехфазного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5), с фазой В трехфазного входа/выхода блока моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ) и с блоком моделирования фазы В 34 (БМфВСР) сглаживающего реактора. Выход пятнадцатого преобразователя напряжение-ток 43 (ПНТ15) соединен с фазой С трехфазного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5), с фазой С трехфазного входа/выхода блока моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ) и с блоком моделирования фазы С сглаживающего реактора 35 (БМфССР).
Блок моделирования фильтра 7 (БМФ) (фиг. 4) содержит блоки моделирования фазы A 44 (БМфAФ), фазы В 45 (БМфВФ) и фазы С 46 (БМфCФ) фильтра, шестнадцатый 47 (ПНТ16), семнадцатый 48 (ПНТ17), восемнадцатый 49 (ПНТ18) преобразователи напряжение-ток. Цифровые входы блоков моделирования фазы A 44 (БМфAФ), фазы В 45 (БМфВФ) и фазы С 46 (БМфCФ) фильтра подключены к центральному процессору 1 (ЦП). Аналоговые выходы блока моделирования фазы A 44 (БМфAФ) фильтра соединены с входом шестнадцатого преобразователя напряжение-ток 47 (ПНТ16) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые выходы блока моделирования фазы B 45 (БМфВФ) фильтра соединены с входом семнадцатого преобразователя напряжение-ток 48 (ПНТ17) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые выходы блока моделирования фазы С 46 (БМфСФ) фильтра соединены с входом восемнадцатого преобразователя напряжение-ток 49 (ПНТ18) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Выход шестнадцатого преобразователя напряжение-ток 47 (ПНТ16) соединен с блоком моделирования фазы A 44 (БМфAФ) фильтра, с фазой А второго трехфазного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4), и с фазой А второго трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1). Выход семнадцатого преобразователя напряжение-ток 48 (ПНТ17) соединен с блоком моделирования фазы В 45 (БМфВФ) фильтра, с фазой В второго трехфазного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4), и с фазой В второго трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1). Выход восемнадцатого преобразователя напряжение-ток 49 (ПНТ18) соединен с блоком моделирования фазы С 46 (БМфСФ) фильтра, с фазой С второго трехфазного входа/выхода четвертого блока цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4), и с фазой С второго трехфазного входа/выхода первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1).
Блок моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ) (фиг. 5) содержит блоки моделирования фазы A 50 (БМфАТИ), фазы В 51 (БМфВТИ), фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора, каждый из которых содержит шесть блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 53 (БЦАК1), 54 (БЦАК2), 55 (БЦАК3), 56 (БЦАК4), 57 (БЦАК5), 58 (БЦАК6). Цифровые входы всех блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 53 (БЦАК1), 54 (БЦАК2), 55 (БЦАК3), 56 (БЦАК4), 57 (БЦАК5), 58 (БЦАК6) блоков моделирования фазы A 50 (БМфАТИ), фазы В 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора подключены к процессору коммутации 2 (ПК). Первый 53 (БЦАК1) и второй 54 (БЦАК2) блоки цифроуправляемых аналоговых ключей первыми входами/выходами соединены между собой и с блоком моделирования фазы A 33 (БМфAСР) сглаживающего реактора, фазой А трехфазного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5) и выходом одиннадцатого преобразователя напряжение-ток 39 (ПНТ11). Блок моделирования фазы В 51 (БМфВТИ) трехфазного инвертора соединен с блоком моделирования фазы В 34 (БМфВСР) сглаживающего реактора, с фазой В трехфазного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5) и выходом тринадцатого преобразователя напряжение-ток 41 (ПНТ13). Блок моделирования фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора соединен с блоком моделирования фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, с фазой С трехфазного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5) и с выходом пятнадцатого преобразователя напряжение-ток 43 (ПНТ15). Второй вход/выход первого блока цифроуправляемых аналоговых ключей 53 (БЦАК1) подключен к соединенным между собой первыми входами/выходами третьего 55 (БЦАК3) и четвертого 56 (БЦАК4) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей. Второй вход/выход второго блока цифроуправляемых аналоговых ключей 54 (БЦАК2) подключен к соединенным между собой первыми входами/выходами пятого 57 (БЦАК5) и шестого 58 (БЦАК6) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей. Второй вход/выход третьего блока цифроуправляемых аналоговых ключей 55 (БЦАК3), положительные полюсы трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора и первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1) соединены между собой. Вторые входы/выходы четвертого 56 (БЦАК4) и шестого 58 (БЦАК6) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей, нейтрали трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора и первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1) соединены между собой. Второй вход/выход пятого блока цифроуправляемых аналоговых ключей 57 (БЦАК5), отрицательные полюсы трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора и первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1) соединены между собой.
Первый блок моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1) (фиг. 6) содержит первый блок моделирования положительного полюса 59 (БМПП1), первый блок моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1), блок формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН), цифровые входы которых подключены к центральному процессору 1 (ЦП). Цифровые входы пятого 62 (БЦПрК5), шестого 63 (БЦПрК6) блоков цифроуправляемой продольной коммутации, шестого 64 (БЦПоК6) и седьмого 65 (БЦПоК7) блоков цифроуправляемой поперечной коммутации подключены к процессору коммутации 2 (ПК). Аналоговые выходы первого блока моделирования положительного полюса 59 (БМПП1) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входами девятнадцатого 66 (ПНТ19) и двадцатого 67 (ПНТ20) преобразователей напряжение-ток. Аналоговые выходы первого блока моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входами двадцать первого 68 (ПНТ21) и двадцать второго 69 (ПНТ22) преобразователей напряжение-ток. Аналоговые выходы блока формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входом двадцать третьего 70 (ПНТ23) преобразователя напряжение-ток. Выход девятнадцатого преобразователя напряжение-ток 66 (ПНТ19) связан с соединенными между собой первым блоком моделирования положительного полюса 59 (БМПП1), положительным полюсом первого трехполюсного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) и положительным полюсом трехполюсного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК6). Выход двадцать первого преобразователя напряжение-ток 68 (ПНТ21) связан с соединенными между собой первым блоком моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1), отрицательным полюсом первого трехполюсного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) и отрицательным полюсом трехполюсного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК6). Выход двадцать третьего преобразователя напряжение-ток 70 (ПНТ23) связан с соединенными между собой блоком формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН), нейтралью первого трехполюсного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) и нейтралью трехполюсного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК6). Второй трехполюсный вход/выход пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) является трехполюсным входом/выходом первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1). Положительный полюс второго трехполюсного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) соединен с вторым входом/выходом третьего блока цифроуправляемых аналоговых ключей 55 (БЦАК3) и положительными полюсами трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора. Отрицательный полюс второго трехполюсного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) соединен с вторым входом/выходом пятого блока цифроуправляемых аналоговых ключей 57 (БЦАК5) и отрицательными полюсами трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора. Нейтраль второго трехполюсного входа/выхода пятого блока цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) подключена к соединенным между собой вторым входам/выходам четвертого 56 (БЦАК4) и шестого 58 (БЦАК6) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей, нейтралями трехполюсных входов/выходов блоков моделирования фазы В 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора. Выход двадцатого преобразователя напряжение-ток 67 (ПНТ20) связан с соединенными между собой первым блоком моделирования положительного полюса 59 (БМПП1), положительным полюсом первого двухполюсного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6) и положительным полюсом двухполюсного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 65 (БЦПоК7). Выход двадцать второго преобразователя напряжение-ток 69 (ПНТ22) связан с соединенными между собой первым блоком моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1), отрицательным полюсом первого двухполюсного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6) и отрицательным полюсом двухполюсного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 65 (БЦПоК7). Второй двухполюсный вход/выход шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6), который является двухполюсным входом/выходом первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), соединен с первым двухполюсным входом/выходом блока моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ).
Блок моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ) содержит седьмой 71 (БЦАК7) и восьмой 72 (БЦАК8) блоки цифроуправляемых аналоговых ключей (фиг. 7), цифровые входы которых подключены к процессору коммутации 2 (ПК). Седьмой блок цифроуправляемых аналоговых ключей 71 (БЦАК7) первым входом/выходом соединен с положительным полюсом блока цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6) первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1). Восьмой блок цифроуправляемых аналоговых ключей 72 (БЦАК8) первым входом/выходом подключен к соединенным между собой отрицательными полюсами блока цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6) и второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2). Вторые входы/выходы седьмого 71 (БЦАК7) и восьмого 72 (БЦАК8) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей соединены между собой и с положительным полюсом второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2).
Второй блок моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2) (фиг. 8) содержит второй блок моделирования положительного полюса 73 (БМПП2), второй блок моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2), цифровые входы которых подключены к центральному процессору 1 (ЦП). Цифровые входы седьмого 75 (БЦПрК7) и восьмого 76 (БЦПрК8) блоков цифроуправляемой продольной коммутации и восьмого 77 (БЦПоК8) и девятого 78 (БЦПоК9) блоков цифроуправляемой поперечной коммутации и подключены к процессору коммутации 2 (ПК). Аналоговые выходы второго блока моделирования положительного полюса 73 (БМПП2) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входами двадцать четвертого 79 (ПНТ24) и двадцать пятого 80 (ПНТ25) преобразователей напряжение-ток. Аналоговые выходы второго блока моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2) соединены с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) и с входами двадцать шестого 81 (ПНТ25) и двадцать седьмого 82 (ПНТ27) преобразователей напряжение-ток. Выход двадцать четвертого 79 (ПНТ24) преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования положительного полюса 73 (БМПП2), положительным полюсом первого двухполюсного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 75 (БЦПрК7) и положительным полюсом двухполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 77 (БЦПоК8). Выход двадцать шестого 81 (ПНТ26) преобразователя напряжение-ток связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2), отрицательным полюсом первого двухполюсного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 75 (БЦПрК7) и отрицательным полюсом двухполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 77 (БЦПоК8). Второй двухполюсный вход/выход седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 75 (БЦПрК7) является первым двухполюсным входом/выходом второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2). Положительный полюс второго двухполюсного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 75 (БЦПрК7) соединен с вторым входом/выходом седьмого блока цифроуправляемых аналоговых ключей 71 (БЦАК7) и вторым входом/выходом восьмого блока цифроуправляемых аналоговых ключей 72 (БЦАК8). Отрицательный полюс второго трехполюсного входа/выхода седьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 75 (БЦПрК7) соединен с первым входом/выходом восьмого блока цифроуправляемых аналоговых ключей 72 (БЦАК8) и отрицательным полюсом второго двухполюсного входа/выхода шестого блока цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6). Выход двадцать пятого преобразователя напряжение-ток 80 (ПНТ25) связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования положительного полюса 73 (БМПП2), положительным полюсом первого двухполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 76 (БЦПрК8) и положительным полюсом двухполюсного входа/выхода девятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 78 (БЦПоК9). Выход двадцать седьмого преобразователя напряжение-ток 82 (ПНТ27) связан с соединенными между собой вторым блоком моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2), отрицательным полюсом первого двухполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 76 (БЦПрК8) и отрицательным полюсом двухполюсного входа/выхода девятого блока цифроуправляемой поперечной коммутации 78 (БЦПоК9). Второй двухполюсный вход/выход второго восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 76 (БЦПрК8) является вторым двухполюсным входом/выходом второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2) и соединен с двухполюсным входом/выходом блока моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ).
Блок моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ) содержит (фиг. 9) блок формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ), блок формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ), двадцать восьмой 85 (ПНТ28), двадцать девятый 86 (ПНТ29) преобразователи напряжение-ток. Цифровые входы блока формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ) и блока формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ) подключены к центральному процессору 1 (ЦП). Аналоговые выходы блока формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ) соединены с входом двадцать восьмого преобразователя напряжение-ток 85 (ПНТ28) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Аналоговые выходы блока формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ) соединены с входом двадцать девятого преобразователя напряжение-ток 86 (ПНТ29) и с входами блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП). Выход двадцать восьмого преобразователя напряжение-ток 85 (ПНТ28) соединен с блоком формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ) и с положительным полюсом второго двухполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 76 (БЦПрК8) второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2). Выход двадцать девятого преобразователя напряжение-ток 86 (ПНТ29) соединен с блоком формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ) и с отрицательным полюсом второго двухполюсного входа/выхода восьмого блока цифроуправляемой продольной коммутации 76 (БЦПрК8) второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2).
Центральный процессор 1 (ЦП), процессор коммутации 2 (ПК) и процессор аналого-цифрового преобразования 3 (ПАЦП) реализованы с помощью серийных интегральных микросхем. Блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) реализован с помощью серийных интегральных аналого-цифровых преобразователей.
Блоки цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), 18 (БЦПрК2), 19 (БЦПрК3), 20 (БЦПрК4), 62 (БЦПрК5), 63 (БЦПрК6), 75 (БЦПрК7), 76 (БЦПрК8), блоки цифроуправляемой поперечной коммутации 21 (БЦПоК1), 22 (БЦПоК2), 23 (БЦПоК3), 36 (БЦПоК4), 37 (БЦПоК5), 64 (БЦПоК6), 65 (БЦПоК7), 77 (БЦПоК8), 78 (БЦПоК9), блоки цифроуправляемых аналоговых ключей 53 (БЦАК1), 54 (БЦАК2), 55 (БЦАК3), 56 (БЦАК4), 57 (БЦАК5), 58 (БЦАК6), 71 (БЦАК7), 72 (БЦАК8), реализованы с помощью серийных интегральных микросхем цифроуправляемых униполярных аналоговых ключей.
Блок формирования напряжении 17 (БФН) реализован с помощью серийных интегральных микросхем цифроуправляемых униполярных аналоговых ключей и операционных усилителей.
Все преобразователи напряжение-ток 24 (ПНТ1), 25 (ПНТ2), 26 (ПНТ3), 27 (ПНТ4), 28 (ПНТ5), 29 (ПНТ6), 30 (ПНТ7), 31 (ПНТ8), 32 (ПНТ9), 38 (ПНТ10), 39 (ПНТ11), 40 (ПНТ12), 41 (ПНТ13), 42 (ПНТ14), 43 (ПНТ15), 47 (ПНТ16), 48 (ПНТ17), 49 (ПНТ18), 66 (ПНТ19), 67 (ПНТ20), 68 (ПНТ21), 69 (ПНТ22), 70 (ПНТ23), 79 (ПНТ24), 80 (ПНТ25), 81 (ПНТ26), 82 (ПНТ27), 85 (ПНТ28), 86 (ПНТ29) реализованы с помощью осуществляющих эту функцию серийных интегральных микросхем.
Блоки моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора, блоки моделирования фазы А 33 (БМфАСР), фазы В 34 (БМфВСР) и фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, блоки моделирования фазы А 44 (БМфAФ), фазы В 45 (БМфВФ) и фазы С 46 (БМфCФ) фильтра, первый блок моделирования положительного полюса 59 (БМПП1), первый блок моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1), блок формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН), второй блок моделирования положительного полюса 73 (БМПП2), второй блок моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2), блок формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ), блок формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ) реализованы с помощью серийных интегральных микроэлектронных цифро-аналоговых преобразователей и операционных усилителей.
Устройство для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе работает следующим образом.
При включении напряжения питания из базы данных центрального процессора 1 (ЦП) или из базы данных персонального компьютера/сервера цифровые коды, соответствующие параметрам решаемых в блоке моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), в блоке моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), в блоке моделирования фильтра 7 (БМФ), в первом блоке моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), во втором блоке моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2), в блоке моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ) систем дифференциальных уравнений полных математических моделей указанных моделируемых конструктивных элементов устройства передаются и записываются в регистры памяти цифро-аналоговых преобразователей блоков моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора, блоков моделирования фазы А 33 (БМфАСР), фазы В 34 (БМфВСР) и фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, блоков моделирования фазы А 44 (БМфAФ), фазы В 45 (БМфВФ) и фазы С 46 (БМфCФ) фильтра, первого блока моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), второго блока моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2), блока моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ).
Одновременно из базы данных процессора коммутации 2 (ПК) соответствующие цифровые коды подаются на цифровой вход цифроуправляемых аналоговых ключей первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), а также в блок моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), в блок моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), в первый блок моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), во второй блок моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2) на цифровые входы цифроуправляемых аналоговых ключей блоков цифроуправляемой продольной коммутации 18 (БЦПрК2), 19 (БЦПрК3), 20 (БЦПрК4), 62 (БЦПрК5), 63 (БЦПрК6), 75 (БЦПрК7), 76 (БЦПрК8), и блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 21 (БЦПоК1), 22 (БЦПоК2), 23 (БЦПоК3), 36 (БЦПоК4), 37 (БЦПоК5), 64 (БЦПоК6), 65 (БЦПоК7), 77 (БЦПоК8), 78 (БЦПоК9), определяя их исходное состояние.
Аналогичным образом цифровые коды, формируемые в процессоре коммутации 2 (ПК) согласно алгоритму управления, подаются в блок моделирования трехфазного инвертора 9 (БМТИ) на цифровые входы цифроуправляемых аналоговых ключей всех блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 53 (БЦАК1), 54 (БЦАК2), 55 (БЦАК3), 56 (БЦАК4), 57 (БЦАК5), 58 (БЦАК6) блока моделирования фазы A 50 (БМфАТИ) трехфазного инвертора и одинаковых ему блоков моделирования фазы B 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора, а также в блок моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ) на цифровые входы цифроуправляемых аналоговых ключей блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 71 (БЦАК7) и 72 (БЦАК8). Это обеспечивает осуществление всевозможных продольных и поперечных трехфазных коммутаций, включая пофазные, входов/выходов моделируемых конструктивных элементов и устройства для моделирования соленной электростанции в энергетическое системе в целом на модельном физическом уровне.
В зависимости от включенного или отключенного состояния цифроуправляемых аналоговых ключей первого блока цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) обеспечивают подключение блока моделирования фильтра 7 (БМФ) к вторичной или третичной обмотке блока моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ) в зависимости от вида моделируемого повышающего трансформатора связи (двухобмоточного или трехобмоточного).
В зависимости от включенного или отключенного состояния цифроуправляемых аналоговых ключей блоков цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), 18 (БЦПрК2), 19 (БЦПрК3), 20 (БЦПрК4), 62 (БЦПрК5), 63 (БЦПрК6), 75 (БЦПрК7), 76 (БЦПрК8) и блоков цифроуправляемой поперечной коммутации 21 (БЦПоК1), 22 (БЦПоК2), 23 (БЦПоК3), 36 (БЦПоК4), 37 (БЦПоК5), 64 (БЦПоК6), 65 (БЦПоК7), 77 (БЦПоК8), 78 (БЦПоК9) обеспечивают воспроизведение различных аварийных режимов.
Таким образом, обеспечивают соединение моделируемых конструктивных элементов устройства для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе между собой и исходное положение обозначенных всех блоков и устройства в целом.
Из базы данных процессора коммутации 2 (ПК) соответствующие цифровые коды подаются на цифровые входы цифроуправляемых аналоговых ключей блока формирования напряжений 17 (БФН).
Тем самым на выходах блока формирования напряжений 17 (БФН) согласно уравнениям формирования линейных и фазных напряжений возникают соответствующие математические переменные напряжений, которые через блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) поступают в центральный процессор 1 (ЦП) и по компьютерной сети в персональный компьютер/сервер.
Блок моделирования повышающего трансформатора 5 (БМПТ), в том числе блоки моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора, блок моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), в том числе блоки моделирования фазы А 33 (БМфАСР), фазы В 34 (БМфВСР) и фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, блок моделирования фильтра 7 (БМФ), в том числе блоки моделирования фазы А 44 (БМфAФ), фазы В 45 (БМфВФ) и фазы С 46 (БМфCФ) фильтра, первый блок моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), в том числе первый блок моделирования положительного полюса 59 (БМПП1), первый блок моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1), блок формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН), второй блок моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2), в том числе второй блок моделирования положительного полюса 73 (БМПП2), второй блок моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2), блок моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ), в том числе блок формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ), блок формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ) представляют собой параллельные цифро-аналоговые структуры неявного с гарантированной инструментальной ошибкой непрерывного интегрирования в реальном времени систем дифференциальных уравнений математических моделей этих конструктивных элементов устройства.
На выходе блоков моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора, блоков моделирования фазы А 33 (БМфАСР), фазы В 34 (БМфВСР) и фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, блоков моделирования фазы А 44 (БМфAФ), фазы В 45 (БМфВФ) и фазы С 46 (БМфCФ) фильтра в результате решения систем дифференциальных уравнений трехфазных математических моделей конструктивных элементов устройства формируются математические переменные фазных токов, которые представлены непрерывными изменениями напряжений.
С помощью первого 24 (ПНТ1), второго 25 (ПНТ2), третьего 26 (ПНТ3), четвертого 27 (ПНТ4), пятого 28 (ПНТ5), шестого 29 (ПНТ6), седьмого 30 (ПНТ7), восьмого 31 (ПНТ8), девятого 32 (ПНТ9), десятого 38 (ПНТ10), одиннадцатого 39 (ПНТ11), двенадцатого 40 (ПНТ12), тринадцатого 41 (ПНТ13), четырнадцатого 42 (ПНТ14), пятнадцатого 43 (ПНТ15), шестнадцатого 47 (ПНТ16), семнадцатого 48 (ПНТ17) и восемнадцатого 49 (ПНТ18) преобразователей напряжение-ток эти математические переменные фазных токов преобразуются в соответствующие им модельные физические токи.
На выходе первого блока моделирования положительного полюса 59 (БМПП1), первого блока моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1), блока формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН), второго блока моделирования положительного полюса 73 (БМПП2), второго блока моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2), блока формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ), блока формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ) в результате решения систем дифференциальных уравнений математических моделей конструктивных элементов устройства формируются математические переменные токов полюсов и нейтрали, которые представлены непрерывными изменениями напряжений.
С помощью девятнадцатого 66 (ПНТ19), двадцатого 67 (ПНТ20), двадцать первого 68 (ПНТ21), двадцать второго 69 (ПНТ22), двадцать третьего 70 (ПНТ23), двадцать четвертого 79 (ПНТ24), двадцать пятого 80 (ПНТ25), двадцать шестого 81 (ПНТ26), двадцать седьмого 82 (ПНТ27), двадцать восьмого 85 (ПНТ28), двадцать девятого 86 (ПНТ29) преобразователей напряжение-ток эти математические переменные токов полюсов и нейтрали преобразуются в соответствующие им модельные физические токи.
На выходахпервого 24 (ПНТ1), второго 25 (ПНТ2), третьего 26 (ПНТ3), четвертого 27 (ПНТ4), пятого 28 (ПНТ5), шестого 29 (ПНТ6), седьмого 30 (ПНТ7), восьмого 31 (ПНТ8), девятого 32 (ПНТ9), десятого 38 (ПНТ10), одиннадцатого 39 (ПНТ11), двенадцатого 40 (ПНТ12), тринадцатого 41 (ПНТ13), четырнадцатого 42 (ПНТ14), пятнадцатого 43 (ПНТ15), шестнадцатого 47 (ПНТ16), семнадцатого 48 (ПНТ17), восемнадцатого 49 (ПНТ18), девятнадцатого 66 (ПНТ19), двадцатого 67 (ПНТ20), двадцать первого 68 (ПНТ21), двадцать второго 69 (ПНТ22), двадцать третьего 70 (ПНТ23), двадцать четвертого 79 (ПНТ24), двадцать пятого 80 (ПНТ25), двадцать шестого 81 (ПНТ26), двадцать седьмого 82 (ПНТ27), двадцать восьмого 85 (ПНТ28), двадцать девятого 86 (ПНТ29) преобразователей напряжение-ток формируются определяемые этими токами соответствующие переменные в виде узловых напряжений, которые по каналам обратной связи подаются в соответствующие блоки:
- от первого 24 (ПНТ1), второго 25 (ПНТ2), третьего 26 (ПНТ3), четвертого 27 (ПНТ4), пятого 28 (ПНТ5), шестого 29 (ПНТ6), седьмого 30 (ПНТ7), восьмого 31 (ПНТ8), девятого 32 (ПНТ9) преобразователей напряжение-ток к блоку формирования напряжений 17 (БФН) (фиг. 2);
- от десятого 38 (ПНТ10), одиннадцатого 39 (ПНТ11) преобразователей напряжение-ток к блоку моделирования фазы А 33 (БМфАСР) сглаживающего реактора (фиг. 3);
- от двенадцатого 40 (ПНТ12), тринадцатого 41 (ПНТ13) преобразователей напряжение-ток к блоку моделирования фазы В 34 (БМфВСР) сглаживающего реактора;
- от двенадцатого четырнадцатого 42 (ПНТ14), пятнадцатого 43 (ПНТ15) преобразователя напряжение-ток к блоку моделирования фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора;
- от шестнадцатого преобразователя напряжение-ток 47 (ПНТ16) к блоку моделирования фазы А 44 (БМфАФ) фильтра (фиг. 4);
- от семнадцатого преобразователя напряжение-ток 48 (ПНТ17) к блоку моделирования фазы В 45 (БМфВФ) фильтра;
- от восемнадцатого преобразователя напряжение-ток 49 (ПНТ18) к блоку моделирования фазы С 46 (БМфСФ) фильтра;
- от девятнадцатого 66 (ПНТ19), двадцатого 67 (ПНТ20) преобразователей напряжение-ток к первому блоку моделирования положительного полюса 59 (БМПП1) (фиг. 6);
- от двадцать первого 68 (ПНТ21), двадцать второго 69 (ПНТ22) преобразователей напряжение-ток к первому блоку моделирования отрицательного полюса 60 (БМОП1);
- от двадцать третьего 70 (ПНТ23) преобразователя напряжение-ток к блоку формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН);
- от двадцать четвертого 79 (ПНТ24), двадцать пятого 80 (ПНТ25) преобразователей напряжение-ток к второму блоку моделирования положительного полюса 73 (БМПП2) (фиг. 8);
- от двадцать шестого 81 (ПНТ26), двадцать седьмого 82 (ПНТ27) преобразователей напряжение-ток к второму блоку моделирования отрицательного полюса 74 (БМОП2);
- от двадцать восьмого 85 (ПНТ28) к блоку формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ) (фиг. 9);
- от двадцать девятого 86 (ПНТ29) к блоку формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ).
Сформированные на выходах первого 24 (ПНТ1), четвертого 27 (ПНТ4), седьмого 30 (ПНТ7) преобразователей напряжение-ток переменные в виде узловых напряжений подаются в первый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 21 (БЦПоК1) и во второй блок цифроуправляемой продольной коммутации 18 (БЦПрК2), один из трехфазных входов/выходов которого является первым трехфазным входом/выходом устройства (фиг. 2). Сформированная на выходе второго 25 (ПНТ2) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается во второй блок цифроуправляемой поперечной коммутации 22 (БЦПоК2) и через третий блок цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3) в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), на вход блока моделирования фазы А 33 (БМфАСР) сглаживающего реактора, в четвертый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК4) и к выходу десятого 38 (ПНТ10) преобразователя напряжение-ток. С выхода пятого 28 (ПНТ5) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается во второй блок цифроуправляемой поперечной коммутации 22 (БЦПоК2) и через третий блок цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3) в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), на вход блока моделирования фазы В 34 (БМфВСР) сглаживающего реактора, в четвертый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК4) и к выходу двенадцатого 40 (ПНТ12) преобразователя напряжение-ток. Сформированная на выходе восьмого 31 (ПНТ8) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается во второй блок цифроуправляемой поперечной коммутации 22 (БЦПоК2) и через третий блок цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3) в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), на вход блока моделирования фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, в четвертый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК4) и к выходу четырнадцатого 42 (ПНТ14) преобразователя напряжение-ток. С выхода третьего 26 (ПНТ3) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в третий блок цифроуправляемой поперечной коммутации 23 (БЦПоК3) и через четвертый блок цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4) в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), на вход блока моделирования фазы А 44 (БМфAФ) фильтра и к выходу шестнадцатого 47 (ПНТ16) преобразователя напряжение-ток. Сформированная на выходе шестого 29 (ПНТ6) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в третий блок цифроуправляемой поперечной коммутации 23 (БЦПоК3), в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) и через четвертый блок цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4) на вход блока моделирования фазы В 45 (БМфВФ) фильтра и к выходу семнадцатого 48 (ПНТ17) преобразователя напряжение-ток. С выхода девятого 32 (ПНТ9) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в третий блок цифроуправляемой поперечной коммутации 23 (БЦПоК3), в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) и через четвертый блок цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4) на вход блока моделирования фазы С 45 (БМфСФ) фильтра и к выходу восемнадцатого 49 (ПНТ17) преобразователя напряжение-ток. Сформированные на выходах десятого 38 (ПНТ10), двенадцатого 40 (ПНТ12), четырнадцатого 42 (ПНТ14) преобразователей напряжение-ток переменные в виде узловых напряжений подаются в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1), в третий блок цифроуправляемой продольной коммутации 19 (БЦПрК3) и в четвертый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 36 (БЦПоК4) (фиг. 3). С выхода одиннадцатого 39 (ПНТ11) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в пятый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5) и на первые входы/выходы первого 53 (БЦАК1) и второго 54 (БЦАК2) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей. Сформированная на выходе тринадцатого 41 (ПНТ13) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в пятый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5) и в блок моделирования фаз B 51 (БМфВТИ) трехфазного инвертора. С выхода пятнадцатого 43 (ПНТ15) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в пятый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 37 (БЦПоК5) и в блок моделирования фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора. Сформированные на выходах шестнадцатого 47 (ПНТ16), семнадцатого 48 (ПНТ17), восемнадцатого 49 (ПНТ18) преобразователей напряжение-ток переменные в виде узловых напряжений подаются в первый блок цифроуправляемой продольной коммутации 8 (БЦПрК1) и в четвертый блок цифроуправляемой продольной коммутации 20 (БЦПрК4) (фиг. 4). С выхода девятнадцатого 66 (ПНТ19) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в шестой блок цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК6) и через пятый блок цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) на второй вход/выход третьего 55 (БЦАК3) блока цифроуправляемых аналоговых ключей и в блоки моделирования фазы B 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора (фиг. 6). Сформированная на выходе двадцать первого 68 (ПНТ21) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в шестой блок цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК6) и через пятый блок цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) на второй вход/выход пятого 57 (БЦАК3) блока цифроуправляемых аналоговых ключей и в блоки моделирования фазы B 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора. С выхода двадцать третьего 70 (ПНТ23) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в шестой блок цифроуправляемой поперечной коммутации 64 (БЦПоК6) и через пятый блок цифроуправляемой продольной коммутации 62 (БЦПрК5) на вторые входы/выходы четвертого 56 (БЦАК4) и шестого 58 (БЦАК6) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей и в блоки моделирования фазы B 51 (БМфВТИ) и фазы С 52 (БМфСТИ) трехфазного инвертора. Сформированная на выходе двадцатого 67 (ПНТ20) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в седьмой блок цифроуправляемой поперечной коммутации 65 (БЦПоК7) и через шестой блок цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6) на первый вход/выход седьмого 71 (БЦАК7) блока цифроуправляемых аналоговых ключей. С выхода двадцать второго 69 (ПНТ22) преобразователя напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в седьмой блок цифроуправляемой поперечной коммутации 65 (БЦПоК7) и через шестой блок цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6) на первый вход/выход восьмого 72 (БЦАК8) блока цифроуправляемых аналоговых ключей и в седьмой блок цифроуправляемой продольной коммутации 75 (БЦПрК7). Сформированная на выходах двадцать четвертого 79 (ПНТ24) и двадцать шестого 81 (ПНТ26) преобразователей напряжение-ток переменная в виде узлового напряжения подается в восьмой блок цифроуправляемой поперечной коммутации 77 (БЦПоК8) и через седьмой блок цифроуправляемой продольной коммутации 75 (БЦПрК7) на вторые входы/выходы седьмого 71 (БЦАК7) и восьмого 72 (БЦАК8) блоков цифроуправляемых аналоговых ключей, на первый вход/выход восьмого 72 (БЦАК8) блока цифроуправляемых аналоговых ключей и в шестой блок цифроуправляемой продольной коммутации 63 (БЦПрК6) (фиг. 8). С выхода двадцать пятого 80 (ПНТ25) и двадцать седьмого 88 (ПНТ30) преобразователей напряжение-ток переменные в виде узловых напряжений подаются в девятый блок цифроуправляемой поперечной коммутации 78 (БЦПоК9) и через восьмой блок цифроуправляемой продольной коммутации 76 (БЦПрК8) к выходам двадцать восьмого 85 (ПНТ28) и двадцать девятого 86 (ПНТ29) преобразователей напряжение-ток, на вход блока формирования положительного полюса фототока 83 (БФППФ) и на вход блока формирования отрицательного полюса фототока 84 (БФОПФ). Сформированные на выходах двадцать восьмого 85 (ПНТ28) и двадцать девятого 86 (ПНТ29) преобразователей напряжение-ток переменные в виде узловых напряжений подаются в восьмой блок цифроуправляемой продольной коммутации 76 (БЦПрК8) (фиг. 9).
Все сформированные математические переменные фазных токов и математические переменные токов полюсов, а также полученные в результате решения систем дифференциальных уравнений математических моделей конструктивных элементов устройства на выходе блоков моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора - математические переменные основного магнитного потока и ток намагничивания фаз повышающего трансформатора; на выходе блоков моделирования фазы А 33 (БМфАСР), фазы В 34 (БМфВСР) и фазы С 35 (БМфССР) сглаживающего реактора, блоков моделирования фазы А 44 (БМфAФ), фазы В 45 (БМфВФ) и фазы С 46 (БМфCФ) фильтра - математические переменные фазных напряжений; на выходе первых блоков моделирования положительного и отрицательного полюсов 59 (БМПП1) и 60 (БМОП1) - математические переменные напряжений полюсов; на выходе блока формирования напряжения нейтрали 61 (БФНН) - математическая переменная напряжения нейтрали; на выходе вторых блоков моделирования положительного и отрицательного полюсов 73 (БМПП2) и 74 (БМОП2) - математические переменные напряжений полюсов; на выходе блоков формирования положительного и отрицательного полюсов фототока 83 (БФППФ) и 84 (БФОПФ) - математические переменные напряжений полюсов поступают в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Сформированные на выходе блока формирования напряжений 17 (БФН) математические переменные фазных напряжений поступают в блок многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП).
Все полученные данные из блока многоканального аналого-цифрового преобразования 4 (БМАЦП) поступают в процессор коммутации 2 (ПК) и через центральный процессор 1 (ЦП) поступают в персональный компьютер/сервер.
Блок моделирования трехфазного инвертора 10 (БМТИ) реализует модельную физическую структуру принятой в российской энергетике схемы трехуровневого статического преобразователя напряжения посредством цифроуправляемых аналоговых ключей со схемами замещения воспроизводимых силовых полупроводниковых ключей всех блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 53 (БЦАК1), 54 (БЦАК2), 55 (БЦАК3), 56 (БЦАК4), 57 (БЦАК5), 58 (БЦАК6), осуществляющих преобразование трехфазного напряжения в трехуровневое напряжение постоянного тока путем реализуемого в процессоре коммутации 2 (ПК) широтно-импульсного управления цифроуправляемыми аналоговыми ключами этих блоков.
Блок моделирования повышающего преобразователя постоянного тока 11 (БМППТ) реализует модельную физическую структуру общепринятой в мировой энергетике схемы повышающего преобразователя постоянного тока посредством цифроуправляемых аналоговых ключей со схемами замещения воспроизводимых силовых полупроводниковых ключей всех блоков цифроуправляемых аналоговых ключей 71 (БЦАК7) и 72 (БЦАК8), осуществляющих повышение уровня двухполюсного напряжения постоянного тока путем реализуемого в процессоре коммутации 2 (ПК) широтно-импульсного управления цифроуправляемыми аналоговыми ключами этих блоков.
В блоках моделирования фазы А 14 (БМфАПТ), фазы В 15 (БМфВПТ) и фазы С 16 (БМфСПТ) повышающего трансформатора реализуются математические модели этих фаз, определяемые системой дифференциальных уравнений вида:
где  - фаза повышающего трансформатора;
- номер обмотки повышающего трансформатора;
- напряжение j-й фазы i-й обмотки повышающего трансформатора, которое формируется в блоке формирования напряжений 17 (БФН) в виде линейных или фазных напряжений в зависимости от схемы соединения обмотки;
- ток j-й фазы i-й обмотки повышающего трансформатора;
- число витков j-й фазы i-й обмотки повышающего трансформатора;
- значение основного магнитного потока j-й фазы повышающего трансформатора;
- индуктивность рассеивания j-й фазы i-й обмотки повышающего трансформатора;
- активное сопротивление j-й фазы i-й обмотки повышающего трансформатора;
- намагничивающая сила j-й фазы повышающего трансформатора электромагнитной системы трансформатора, определяемая уравнением баланса намагничивающих сил;
- ток намагничивания j-й фазы повышающего трансформатора.
Аналогичным образом в блоке моделирования сглаживающего реактора 6 (БМСР), в блоке моделирования фильтра 7 (БМФ), в первом блоке моделирования цепи постоянного тока 10 (БМЦПТ1), во втором блоке моделирования цепи постоянного тока 12 (БМЦПТ2), в блоке моделирования фотоэлектрического элемента 13 (БМФЭ) осуществляется реализация математических моделей этих конструктивных элементов, определяемых схемами замещения для каждой фазы/полюса и соответствующими системами дифференциальных уравнений, достаточно полно и достоверно описывающих непрерывный спектр значимых процессов в выше обозначенных элементах устройства.
В блоке моделирования фазы А 36 (БМфАСР), в блоке моделирования фазы В 37 (БМфВСР) и в блоке моделирования фазы С 38 (БМфССР) сглаживающего реактора, осуществляется решение следующего дифференциального уравнения, соответствующего схеме замещения (фиг. 10):
где  - фаза реактора;
и - напряжения на входе/выходе схемы замещения j-й фазы реактора;
- ток j-й фазы реактора;
и  - активное сопротивление и индуктивность рассеивания обмотки j-й фазы реактора.
В блоке моделирования фазы А 47 (БМфАФ), в блоке моделирования фазы В 48 (БМфВФ) и в блоке моделирования фазы С 49 (БМфСФ) фильтра осуществляется решение следующей системы уравнений, соответствующей схеме замещения (фиг. 11):
где  - фаза фильтра;
- напряжение j-й фазы фильтра;
- ток j-й фазы фильтра;
- напряжение на конденсаторе j-й фазы фильтра;
и - активная и реактивная составляющая сопротивления конденсатора j-й фазы фильтра;
- ток в ветви резистора j-й фазы фильтра;
- величина сопротивления резистора j-й фазы фильтра;
- напряжение на резисторе j-й фазы фильтра;
- ток в ветви индуктивности j-й фазы фильтра;
и - активное сопротивление и индуктивность рассеивания катушки j-й фазы фильтра;
- напряжение нейтрали.
В первых блока моделирования положительного и отрицательного полюсов 59 (БМПП1) и 63 (БМОП2) осуществляется решение следующей системы уравнений, соответствующей схеме замещения одного из полюсов цепи постоянного тока, которая включает конденсаторную батарею и сглаживающий реактор (фиг. 12):
где  - положительный и отрицательный полюс цепи постоянного тока;
и  - напряжение на входе/выходе схемы замещения положительного и отрицательного полюсов;
и  - входные/выходные токи схемы замещения положительного и отрицательного полюсов;
- токи в ветви конденсаторной батареи;
и  - активные и реактивные составляющие сопротивлений конденсаторной батареи;
- напряжение на конденсаторной батареи;
и - активное сопротивление и индуктивность рассеивания обмотки сглаживающего реактора;
- напряжение нейтрали.
Во вторых блоках моделирования положительного и отрицательного полюсов 59 (БМПП1) и 63 (БМОП2) осуществляется решение следующей системы уравнений, соответствующей схеме замещения одного из полюсов цепи постоянного тока, которая включает конденсатор и катушку индуктивности (фиг. 13):
где  и  - напряжение на входе/выходе схемы замещения положительного полюса;
- напряжение схемы замещения отрицательного полюса;
и  - входные/выходные токи схемы замещения положительного полюса;
- токи в ветви конденсатора;
и  - активные и реактивные составляющие сопротивлений конденсатора;
- напряжение на конденсаторе;
и - активное сопротивление и индуктивность рассеивания обмотки катушки индуктивности.
В блоках формирования положительного и отрицательного полюсов фототока 83 (БФППФ) и 84 (БФОПФ) осуществляется решение следующей системы уравнений, соответствующей схеме замещения общепринятой схемы двухдиодной модели фотоэлектрического элемента, которая включает источник тока, моделирующего процесс возникновения в элементе фототока, два диода, включенные параллельно источнику:
где  - рабочий ток;
- фототок;
- ток, протекающий через неидеальный pn-переход;
- обратный ток насыщения, определяемый рекомбинацией в области объемного заряда pn-перехода;
- рабочее напряжение;
- заряд электрона;
- постоянная Больцмана;
- постоянная диода, фактор идеализации вольт-амперной характеристики при ;
- постоянная диода, фактор идеализации вольт-амперной характеристики при ;
- температура фотоэлектрического элемента;
- шунтирующее сопротивление фотоэлектрического элемента (возникает за счет наличия обратного сопротивления pn-перехода и различных проводящих пленок);
- последовательное сопротивление фотоэлектрического элемента (учитывает сопротивление контактов, главным образом переходное сопротивление полупроводника и сопротивление самого полупроводникового материала).
Управление коэффициентами уравнений (1-6) и задание значений напряжений нейтрали осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей выше обозначенных блоков через центральный процессор 1 (ЦП).
Таким образом, предложенное устройство для моделирования солнечной электростанции в энергетической системе обеспечивает воспроизведение единого непрерывного спектра квазиустановившихся и переходных процессов в реальном времени и на неограниченном интервале времени в солнечной электростанции и ее конструктивных элементах при всевозможных нормальных, аварийных и послеаварийных режимах их работы, а также автоматизированное и автоматическое управление, в том числе функциональное, их параметрами.