Stasie Stabiliteit in Kragstelsels: Definisie, Oorsake, en Verbeteringsmetodes

Definisie van Stabiliteit in Vaste Toestand

Stabiliteit in vaste toestand word gedefinieer as die vermoë van 'n elektriese kragstelsel om sy aanvanklike bedryfstoestand na 'n klein verstoring te handhaaf, of om na 'n toestand wat dalk die aanvanklike toestand benader wanneer die verstoring voortduur. Hierdie konsep het kritieke belangrikheid in kragstelselbeplanning en -ontwerp, die ontwikkeling van spesialisasie-automatiese beheerapparate, die inbedryfstellung van nuwe stelselkomponente, en die aanpassing van bedryfstoestande.

Die assessering van die limiet van stabiliteit in vaste toestand is noodsaaklik vir kragstelselanalisering, wat insluit die bevestiging van die stelsel se prestasie onder gespesifiseerde vaste toestandstoestande, die bepaling van stabiliteitslimiete, die kwantitatiewe evaluering van oorgangsprosesse, en die evaluering van faktore soos die tipe opwondingsstelsel en sy beheer, beheermodusse, en parameters van opwondings- en outomatiseringsstelsels.

Stabiliteitsvereistes word bepaal deur die stabiliteitslimiet, die gehalte van elektriese energie onder vaste toestandstoestande, en oorgangsprestasie. Die limiet van stabiliteit in vaste toestand verwys na die maksimum kragstroom deur 'n spesifieke punt in die stelsel wat sonder onstabiele toestande kan gehandhaaf word wanneer die krag geleidelik verhoog word.

In kragstelselanalisering word al die masjiene binne 'n enkele segment behandel as 'n enkele groot masjien wat by daardie punt gekoppel is, selfs al is hulle nie direk met dieselfde bus verbonden en word hulle deur beduidende reaktansies geskei. Groot-skaalstelsels word tipies as 'n oneindige bus met 'n konstante spanning gemodelleer.

Oorweeg 'n stelsel wat bestaan uit 'n generator (G), 'n oordraaglyn, en 'n sinchroniese motor (M) wat as die belasting funksioneer.

Die uitdrukking hieronder gee die krag wat deur 'n generator G en 'n sinchroniese motor M geproduseer word.

Die uitdrukking hieronder gee die maksimum krag wat deur die generator G en sinchroniese motor M geproduseer word.

Hier verteenwoordig A, B, en D die veralgemeende konstantes van die twee-eindmasjien. Die bovermelde uitdrukking lewer krag in watt, bereken per fase – mits die gebruikte spannings fasespannings in volt is.

Redes vir Stelselinstabiliteit

Oorweeg 'n sinchroniese motor wat met 'n oneindige busbal geassosieer word, wat teen 'n konstante spoed bedryf. Sy insetkrag is gelyk aan die uitsetkrag plus verliese. As die kleinste toename in skafbelasting by die motor bygevoeg word, neem die motor se uitsetkrag toe terwyl sy insetkrag onveranderd bly. Dit skep 'n net remmende koppeling, wat die motor se spoed tydelik laat daal.

Wanneer die remmende koppeling die motorspoed verlaag, neem die fasehoek tussen die motor se interne spanning en die stelselspanning toe tot die elektriese insetkrag gelyk is aan die uitsetkrag plus verliese.

Tydens hierdie oorgangsinterval, aangesien die motor se elektriese insetkrag minder is as die meganiese belasting, word die oorskottige krag wat benodig word van die gestoorde energie in die roterende stelsel getrek. Die motor osilleer rondom die ewewigspunt en mag uiteindelik ofwel stilval of sinchronisitas verloor.

'n Stelsel verloor ook stabiliteit wanneer 'n groot belasting aangebring word of wanneer 'n belasting te vinnig by die masjien aangebring word.

Die vergelyking hieronder beskryf die maksimum krag wat 'n motor kan produseer. Hierdie maksimumbelasting is slegs bereikbaar wanneer die kraghoek (δ) gelyk is aan die belastingshoek (β). Die belasting kan toeneem tot hierdie toestand bereik is; daarbo kan enige verdere belastingtoename die masjien sinchronisitas laat verloor weens onvoldoende kraguitset.

Die tekort aan krag sal dan deur die gestoorde energie van die roterende stelsel verskaf word, wat lei tot 'n afname in spoed. Wanneer die kragtekort groter word, verminder die hoek geleidelik tot die motor stilval.

Vir enige gegewe δ, is die verskil tussen die krag wat deur die motor en generator geproduseer word, gelyk aan die lynverliese. Indien die lynweerstand en skuiladmittansie verwaarloosbaar is, kan die krag wat tussen die alternaator en die motor oorgedra word, as volg uitgedruk word:

Waar, X – lynreaktansie

• V_G – spanning van generator

• V_M – spanning van motor

• δ – Belastingshoek

• P_M – Krag van motor

• P_G – Krag van generator

• P_max – maksimum krag

Metodes om die Limiet van Stabiliteit in Vaste Toestand te Verbeter

Die maksimum krag wat tussen 'n alternaator en 'n motor oorgedra word, is direk proporsioneel aan die produk van hul interne elektromotoriese kragte (EMF) en omgekeerd proporsioneel aan die lynreaktansie. Die limiet van stabiliteit in vaste toestand kan verhoog word deur twee hoofbenaderings:

• Die opwonding van die generator, motor, of beide verhoog
  Die verhoging van opwonding verhoog die interne EMF van die masjiene, wat in sy beurt die maksimum krag wat tussen hulle oorgedra word, verhoog. Verder verlaag hoër interne EMF's die belastingshoek (δ).

• Die oorgangreaktansie verlaag
  Oorgangreaktansie kan verlaag word deur:

• Paralelle oordraaglyne tussen die verbindingpunte byvoeg;

• Bundelgeleiërs gebruik, wat lynreaktansie verlaag;

• Reeks-kondensators in die lyn inkorporer.

Reeks-kondensators word hoofsaaklik in extra-hoog-spannings (EHS) lyne gebruik om kragoorgangseffektiwiteit te verhoog en is meer ekonomies lewensvatbaar vir afstande wat 350 km oorskry.