1 INTRODUCCIÓN SOBRE SIMULINK Y

SIMPOWERSYSTEMS

Es un paquete de software para el modelado, simulación y análisis de sistemas dinámicos que se encuentra dentro del programa MATLAB.

Es compatible con sistemas lineales y no lineales, modelados en tiempo continuo, tiempo de muestreo, o un híbrido de los dos.

¿Qué es Simulink?

Icono de Simulink

Librería de Simulink

Lista de bloques de la librería de Simulink

Para crear un nuevo modelo

Librería Sinks

Librería Sources

Al momento de hacerle clic al icono de Nuevo, se crea una ventana donde se podrá desarrollar el modelo:

Librería de Simulink: Nuevo modelo

Librería de Simulink: Nuevo modelo

1. Se selecciona una librería.2. Se selecciona un componente.3. Arrastra el icono dentro del nuevo

modelo.4. Darle doble clic al icono para abrir la

ventana de parámetros del bloque funcional y modificarlos.

Para conectar los bloques, haga clic izquierdo y arrastre el ratón desde la salida de un bloque a la entrada de otro bloque.

La figura muestra los pasos necesarios:

Conectando bloques

Clic izquierdo y manténgalo

Arrastre el cursor hasta aquí y se formará una flecha negra

Contiene las fuentes de datos o señales que se usarían en las simulaciones de sistemas dinámicos.

Se puede usar una entrada constante, una onda sinusoidal, un paso, una repetición de secuencia, como un tren de pulsos, una rampa, etc.

Uno puede querer poner a prueba los efectos de perturbación, y puede utilizar el generador de señales al azar para simular el ruido.

Ground podría ser utilizado para conectarse a cualquier puerto no utilizado, para evitar la alerta de mensajes que indican los puertos desconectados.

Librería Sources

Librería Sources

Son bloques donde las señales son terminadas o en última instancia utilizadas.

En la mayoría de los casos, se desea almacenar los datos resultantes en un archivo, o una matriz de variables.

Los datos podrían ser mostrados, o incluso almacenados en un archivo.

El bloque Stop podría ser utilizado para detener la simulación, si la entrada a ese bloque no es cero.

Las señales no utilizadas deben ser terminadas para evitar las advertencias sobre señales inconexas.

Librería Sinks

Librería Sinks

En Mathworks, el bloque de sistema de potencia ha sido renombrado como Simpowersystems.

Fue diseñado para proporcionar una herramienta de diseño moderno que permita que los ingenieros puedan construir modelos que simulan sistemas de potencia, de forma rápida y fácil.

Utiliza el entorno de Simulink, que permite una construcción de algún modelo usando simples procedimientos de clic y arrastre.

¿Qué es SimPowerSystems?

Librerías de Simpowersystems

SimPowerSystems trabaja en conjunto con el software Simulink para hacer modelos de sistemas eléctricos, mecánicos y de control.

La librerías de SimPowerSystems contienen modelos de:Equipos de energía, tales como transformadores, líneas,

máquinas y elementos de electrónica de potencia.

Librerías de Simpowersystems

La librería principal, powerlib, organiza sus bloques en las librerías de acuerdo a su comportamiento.

La ventana de la librería powerlib muestra los iconos de la librería de bloques y sus nombres.

La ventana principal de la librería powerlib también contiene el bloque Powergui que abre una interfaz gráfica de usuario para el análisis de estado estacionario de los circuitos eléctricos.

Librería principal de Simpowersystems

Varias librerías eléctricas están disponibles como:Fuentes eléctricasElementos (Inductancia, Resistencia…)Electrónica de Potencia (Diodo, MOSFET…)Máquinas (motor DC, Motor PM…)Mediciones (Voltaje, Corriente…)Librerías de Aplicación

Ejemplos de Librerías de SimPowerSystems

Librería principal de Simpowersystems

El bloque de Powergui es necesario para la simulación de cualquier modelo de Simulink que contiene bloques de SimPowerSystems.

Se utiliza para almacenar el equivalente de Simulink del circuito que representa las ecuaciones de espacio de estado del modelo.

Usted debe seguir estas reglas cuando se utiliza este bloque en un modelo: Coloque el bloque de Powergui en el nivel superior del diagrama

para un óptimo rendimiento. Sin embargo, puede colocar en cualquier lugar dentro de

subsistemas para su conveniencia, su funcionalidad no se afecta. Se puede tener un máximo de un bloque de Powergui por modelo

Bloque Powergui

El principal objetivo del bloque Powergui es proporcionar herramientas útiles de interfaz gráfico de usuario (GUI) para el análisis de los modelos de SimPowerSystems. Ello le permite elegir uno de los siguientes métodos para resolver su circuito: Método continuo, que utiliza un solucionador de paso

variable de Simulink.Discretización del sistema eléctrico de una solución a pasos

fijo de un tiempo de muestreo.Método de simulación de fasor a una frecuencia determinada.

Bloque Powergui

Método de simulación de fasor

Discretización del sistema eléctrico

Método continuo

Steady-State Voltages and Currents abre una ventana que muestra los voltajes y las corrientes de estado estacionario del modelo.

Initial States Setting abre una ventana que te permite visualizar y modificar los voltajes iniciales del capacitor y las corrientes de inductor del modelo.

Load Flow and Machine Initialization abre una ventana para realizar el flujo de carga e inicialización de la máquina.

Use LTI Viewer abre una ventana para utilizar el visor de LTI del Sistema de Control de la caja de herramientas.

Herramientas de análisis del bloque Powergui

Load Flow and Machine

Initialization

Use LTI Viewer

Initial States Setting

Steady-State Voltages and

Currents

Impedance vs Frequency Measurement abre una ventana que le permite mostrar las mediciones de impedancia en función de la frecuencia realizada por los bloques de medición de impedancia del modelo.

FFT Analysis abre una ventana para utilizar la herramienta de análisis FFT.

Generate Report abre una ventana y genera un informe de los cálculos de estado estacionario.

Hysteresis Design Tool abre una ventana para diseñar una característica de histéresis para el núcleo saturable del bloque transformador saturable y los bloques del transformador trifásico (de dos y tres devanados).

Herramientas de análisis del bloque Powergui

Generate Report Hysteresis

Design Tool

FFT Analysis

Impedance vs Frequency

Measurement

SimPowerSystems le permite crear y simular circuitos eléctricos que contienen elementos lineales y no lineales.

Cada vez que inicie la simulación, se llama a un mecanismo de inicialización especial.

Este proceso de inicialización calcula el modelo de espacio de estado de su circuito eléctrico y crea el sistema equivalente que puede ser simulado por software Simulink.

¿Cómo funciona el software SimPowerSystems?

Este proceso se lleva a cabo en los siguientes pasos:Se ordena todos los bloques de SimPowerSystems. Los

bloques están separados en lineales y no lineales y todos los nodos eléctricos reciben un número de nodo.

A continuación, se calcula un modelo en espacio de estado (matrices A, B, C, D) de la parte lineal del circuito. Todos los cálculos de estado estacionario e inicializaciones se realizan internamente en esta etapa.

¿Cómo funciona el software SimPowerSystems?

El bloque de diodo es simulado por una resistencia, un inductor, y una fuente de voltaje DC conectado en serie con un interruptor. La operación del interruptor es controlada por la tensión Vak y la iak actual.

Librería de Electrónica de Potencia: Diodo

El bloque Tiristor contiene un circuito amortiguador serie Rs-Cs que se puede conectar en paralelo con el dispositivo de tiristores.

Tiristor

Implementa un convertidor trifásico universal de potencia que consiste en un máximo de seis interruptores de potencia conectados en una configuración de puente.

Permite la simulación de convertidores conmutados utilizando de forma natural (o de línea conmutada), el poder de los dispositivos electrónicos (diodos o tiristores) y los dispositivos de conmutación forzada (GTO, IGBT, MOSFET).

Puente Universal

Es el bloque básico de construcción de convertidores de fuentes de tensión de dos niveles (VSC)

El dispositivo de numeración es diferente si los dispositivos de electrónica de potencia son de conmutación o conmutación forzada.

Puente Universal

Diodos Tiristores GTOs IgbtsMosfets Switches

Resistencia Snubber Rs, en ohmios (Ω). Establezca el parámetro de resistencia Snubber Rs a inf para

eliminar las amortiguaciones del modelo.

Capacitancia Snubber Cs, en faradios (F). Establezca el parámetro de capacitancia Snubber Cs a 0 para

eliminar las amortiguaciones o a inf para obtener una amortiguación resistiva.

Amortiguador de resistencia y capacitancia

Amortiguador de resistencia y capacitancia

Rs

Cs

Con el fin de evitar las oscilaciones numéricas cuando se discretiza el sistema, es necesario especificar los valores de Rs y Cs de diodo y puentes de tiristores.

Para los dispositivos de conmutación forzada (GTO, IGBT, etc.), el puente funciona satisfactoriamente con amortiguadores puramente resistivos, siempre en forma de pulsos de tiro que son enviados a los dispositivos de conmutación.

Amortiguador de resistencia y capacitancia

El bloque de medida de voltaje actúa como una interfaz entre los bloques de SimPowerSystems y Simulink, y convierte el voltaje medido en una señal de Simulink.

Del mismo modo, el bloque de medida de corriente convierte cualquier medida de corriente en una señal de Simulink.

El bloque de fuente controlada de voltaje es usado para inyectar un voltaje en un circuito eléctrico

Interfaz de SimPowerSystems con Simulink

Interfaz de SimPowerSystems con Simulink

Bloque de medidas

Bloque de medida de corriente

Bloque de medida de

voltaje

Ejercicio 1: Fuente DC con carga RL serie

Ejercicio 2: Fuente DC con carga RL paralelo

Ejercicio 3: Fuente DC con carga RC

Ejercicio 4: Fuente DC con carga RLC