Püsiv olekute stabiilsus elektrivõrgudes: määratlus põhjuste ja parandamismeetodid

Püsivustiku stabiilsuse määratlus

Püsivustiku stabiilsus on defineeritud kui elektrivõrgu võime säilitada algse töötingimuse väikese häire järel või läheneda olukorrale, mis on tihedalt seotud algse tingimusega, kui häire jätkub. See mõiste on kriitiliselt tähtis energiasüsteemi planeerimisel ja disainis, spetsiaalsete automaatsete juhtimisseadmete arendamisel, uute süsteemkomponentide käivitamisel ja töötamistingimuste muutmisel.

Püsivustiku stabiilsuse piiri hindamine on oluline energiasüsteemi analüüsil, mis hõlmab süsteemi toimimise kontrollimist kindladel püsivustikutingimustel, stabiilsuse piiride määramist, üleminekuprotsesside kvaliteetset hindamist ja tegurite, nagu segastussüsteemi tüüp ja selle juhtimissüsteemid, juhtimisrežiimid, segastuse ja automatiseerimissüsteemide parameetrite hindamist.

Stabiilsuse nõuded määratakse stabiilsuse piiriga, elektrienergia kvaliteediga püsivustikutingimustel ja üleminekuajalise toimingu poolest. Püsivustiku stabiilsuse piir viitab maksimaalsele võimsusevoolule teatud punktis süsteemis, mida saab säilitada stabiilsena, kui võimsust suurendatakse samm-sammult.

Energiasüsteemi analüüsi käigus käsitletakse kõiki masinaid ühes segmentis kui ühte suurt masinat, mis on selles punktis ühendatud – isegi siis, kui need ei ole otse sama busiga ühendatud ja neid eraldab suur reaktants. Suured süsteemid eeldatakse tavaliselt konstantse voltaga ja modelleeritakse lõpmatuse bussina.

Vaadelda süsteemi, mis koosneb generaatorist (G), edasikandevast joonest ja sinkroonmootorist (M), mis toimib laadina.

Allpool näidatud avaldis annab generaatori G ja sinkroonmootori M poolt toodetud võimsuse.

Allpool näidatud avaldis annab generaatori G ja sinkroonmootori M poolt toodetava maksimaalse võimsuse.

Siin esindavad A, B ja D kahepoolse masina üldistatud konstante. Ülaltoodud avaldis annab võimsuse vatides, arvutatuna fasi kaupa – eeldusel, et kasutatavate voltagid on fasi voltid voltides.

Süsteemi ebastabiilsuse põhjused

Vaadelda sinkroonmootorit, mis on ühendatud lõpmatu bussiga, töötades konstantse kiirgusega. Selle sisendi võimsus võrdub väljundi võimsusega pluss kaotised. Kui mootori telje laadile lisatakse väikene suurendus, siis mootori väljundvõimsus suureneb, samas kui selle sisendvõimsus jääb muutumatuna. See loob netto takistav torque, mis põhjustab mootori kiirguse ajutise languse.

Kuna takistav torque vähendab mootori kiirgust, suureneb mootori siseset voltaga ja süsteemi voltaga seotud faasikulma, kuni elektriline sisendvõimsus võrdub väljundvõimsusega pluss kaotised.

See ajutine periood, kus mootori elektriline sisendvõimsus on väiksem kui mehaaniline laad, nõutav ületuv võimsus pannakse paika pöörleva süsteemi salvestatud energia abil. Mootor oskilleerib tasakaalu punkti ümber ja võib lõpuks jõuda peatuma või kaotada sinkroonsuse.

Süsteem kaotab stabiilsuse ka siis, kui suur laad lisatakse või kui laad lisatakse liiga kiiresti masinale.

Allpool toodud võrrand kirjeldab maksimaalset võimsust, mida mootor toodada saab. See maksimaalne laad on saavutatav ainult siis, kui võimsuse nurk (δ) võrdub laadnurgaga (β). Laad võib suureneda, kuni see tingimus täidetakse; sellest punktist edasi igalgi laadi suurenemisel tekib masinal puudulik võimsuse väljund ja see kaotab sinkroonsuse.

Puudulik võimsus pannakse paika pöörleva süsteemi salvestatud energia abil, mis põhjustab kiirguse languse. Kui võimsuse puudujääk suureneb, väheneb nurk aeg-ajalt, kuni mootor peatub.

Igal antud δ korral võrdub mootori ja generaatori poolt toodetud võimsuse erinevus jooni kaotustega. Kui joone vastupanu ja paralleelne admittents on mitteolulised, siis alternaaorist ja mootorist edasi andetav võimsus väljendatakse järgmiselt:

Kus, X – joone reaktants

• V_G – generaatori voltaga

• V_M – mootori voltaga

• δ – laadnurk

• P_M – mootori võimsus

• P_G – generaatori võimsus

• P_max – maksimaalne võimsus

Meetodid püsivustiku stabiilsuse piiri parandamiseks

Alternaaorist ja mootorist edasi andetav maksimaalne võimsus on otseproportsionaalne nende sisesete elektromotorkõlvude (EMF) korrutisega ja pöördvõrdeline joone reaktantsiga. Püsivustiku stabiilsuse piiri saab suurendada kahel põhilisel viisil:

• Generaatori, mootori või mõlemate segastuse suurendamine
  Segastuse suurendamine tõstab masinate siseset EMF, mis omakorda suurendab nende vahel edasi andetavat maksimaalset võimsust. Lisaks vähendab suuremat siset EMF laadnurka (δ).

• Ülekandereaktantsi vähendamine
  Ülekandereaktantsi saab vähendada järgmistega:

• Lisades paralleelseid edasikandevaid joone ühenduspunktide vahel;

• Kasutades sidusruid, mis vähendavad joone reaktantsi;

• Integreerides sarireaktoraade joonesse.

Sarireaktoraade kasutatakse peamiselt ekstra-kõrgepinge (EHV) joontes, et tõsta võimsuseedastuse efektiivsust, ja need on majanduslikumad kaugustele, mis ületavad 350 km.