Створення інструментарію для аналізу та вимірювання потужності в математичних моделях

UKR: Метою роботи є вибір методу розрахунку активної та реактивної складових повної потужності, розробка та програмна реалізація інструментальних засобів (вимірювальних блоків) для їх визначення у математичних моделях, а також перевірка адекватності їх функціонування в умовах несинусоїдальних режимів. У роботі використано методи математичного моделювання електромеханічних систем, аналіз існуючих підходів до визначення складових повної потужності, а також інтегральні методи обчислення активної та реактивної потужності. Реалізація здійснена у середовищі Simulink із застосуванням користувацьких S-функцій мовою програмування С. Проведено обчислювальні експерименти на моделях лінійних і нелінійних електричних кіл. Розроблено алгоритм і програмний блок для вимірювання активної та реактивної потужності і енергії в математичних моделях. Проведено тестування в різних режимах (постійний струм, синусоїдальні та несинусоїдальні кола, пуск асинхронного двигуна), яке підтвердило працездатність і достатню точність запропонованого підходу. Показано, що стандартні засоби можуть давати завищені результати, тоді як розроблений блок забезпечує більш коректні оцінки. Полягає у вдосконаленні підходу до визначення складових повної потужності в несинусоїдальних електричних колах на основі інтегральних залежностей без необхідності розкладання сигналів у ряд Фур’є, а також у створенні універсального вимірювального блоку, придатного для використання в математичних моделях електромеханічних систем. Розроблений інструментарій може бути використаний для аналізу процесів енергоспоживання, підвищення енергоефективності електроприводів, а також для дослідження режимів роботи електроенергетичних систем у середовищах моделювання. Отримані результати можуть застосовуватися у наукових дослідженнях та інженерній практиці при проєктуванні систем керування енергоспоживанням.

ENG: The purpose of this study is to select a method for calculating the active and reactive components of apparent power, to develop and implement software-based instrumentation tools (measurement blocks) for their determination in mathematical models, and to verify their adequacy under non-sinusoidal operating conditions. The study employs methods of mathematical modeling of electromechanical systems, analysis of existing approaches to determining power components, as well as integral methods for calculating active and reactive power. The implementation is carried out in the Simulink environment using user-defined S-functions written in the C programming language. Computational experiments are performed on models of linear and nonlinear electrical circuits. An algorithm and a software block for measuring active and reactive power, as well as energy, in mathematical models have been developed. Testing under various operating conditions (DC circuits, sinusoidal and non-sinusoidal regimes, and induction motor starting) has confirmed the operability and sufficient accuracy of the proposed approach. It is shown that standard tools may produce overestimated results, whereas the developed block provides more accurate evaluations. The novelty lies in improving the approach to determining the components of apparent power in non-sinusoidal electrical circuits based on integral relationships without the need for Fourier series decomposition, as well as in creating a universal measurement block suitable for use in mathematical models of electromechanical systems. The developed instrumentation can be used for analyzing energy consumption processes, improving the energy efficiency of electric drives, and studying the operating modes of power systems in simulation environments. The obtained results can be applied in scientific research and engineering practice for the design of energy management systems.