Állandó Állapotú Stabilitás Az Energiarendszerekben: Definíció, Okaik, és Javítási Módszerek

Állandó állapotú stabilitás definíciója

Az állandó állapotú stabilitást úgy definiáljuk, hogy egy elektromos energiaszerelvény képessége, hogy kis zavar után fenntartsa kezdeti működési állapotát, vagy közelebb kerüljön ehhez az állapothoz, ha a zavar fennmarad. Ez a fogalom létfontosságú a hálózat tervezésében és megalkotásában, a speciális automatikus irányítási eszközök fejlesztésében, az új rendszerkomponensek beüzemelésében, valamint a működési feltételek beállításában.

Az állandó állapotú stabilitási határérték értékelése alapvető fontosságú a hálózatanalízis szempontjából, amely magában foglalja a hálózat teljesítményének ellenőrzését meghatározott állandó állapotú feltételek mellett, a stabilitási határértékek meghatározását, a tranzitorius folyamatok minőségi értékelését, valamint olyan tényezők vizsgálatát, mint a felhajtás típusa és irányítása, az irányítási módok, valamint a felhajtási és automatizálási rendszerek paraméterei.

A stabilitási követelményeket a stabilitási határérték, az állandó állapotú feltételek melletti villamos energia minősége, valamint a tranzitorius teljesítmény határozza meg. Az állandó állapotú stabilitási határérték azt jelenti, hogy a rendszer adott pontján áthaladó maximális teljesítmény, amelyet növekvő teljesítménnyel is fenntarthatunk anélkül, hogy instabilitást okozna.

A hálózatanalízis során egyetlen szegmensben lévő összes gépet egy nagy gépként kezelünk, ami abban a pontban van csatlakoztatva – még akkor is, ha nem közvetlenül ugyanazon a buszon vannak, és jelentős reaktanciával vannak elválasztva. A nagy léptékű rendszereket általában konstans feszültségűnek tekintjük, és végtelen busznak modellezzük őket.

Vegyünk egy rendszert, amely egy generátort (G), egy átviteli vezetéket és egy szinkron motorral (M) tartalmaz, amely a terhelést jelenti.

Az alábbi kifejezés megadja a G generátor és M szinkron motor által kifejlesztett teljesítményt.

Az alábbi kifejezés a G generátor és M szinkron motor által kifejlesztett maximális teljesítményt adja meg.

Itt A, B és D a kétoldalú gép általánosított állandóit jelentik. A fenti kifejezés wattban adja meg a teljesítményt, fázisonként számolva, feltéve, hogy a használt feszültségek fázisfeszültségek voltam mértékegységgel.

A rendszer instabilitásának okai

Vegyünk egy szinkron motort, amely egy végtelen buszhoz van csatlakoztatva, állandó sebességgel működik. Bemeneti teljesítménye egyenlő a kimeneti teljesítménnyel plusz a veszteségekkel. Ha a legkisebb terhelési növekedést adunk a motor tengelyére, a motor kimeneti teljesítménye növekszik, míg bemeneti teljesítménye változatlan marad. Ez egy netto hátrahúzó nyomatékot hoz létre, ami a motor sebességének ideiglenes csökkenését eredményezi.

Ahogy a hátrahúzó nyomaték csökkenti a motor sebességét, a motor belső feszültsége és a rendszer feszültsége közötti fázisszög növekszik, amíg a bemeneti villamos teljesítmény egyenlővé nem válik a kimeneti teljesítménnyel plusz a veszteségekkel.

Ez a tranzitorius időszak során, mivel a motor bemeneti villamos teljesítménye kisebb, mint a mechanikai terhelés, a hiányzó teljesítményt a forgó rendszer tárolt energiájából fedezzük. A motor egyensúlyi pont körül oszcillál, és végül leállhat vagy elveszítheti a szinkronizmussal való kapcsolatot.

A rendszer instabilitást szenved, ha nagy terhelést alkalmaznak vagy túlságosan hirtelen adják a gépre a terhelést.

Az alábbi egyenlet leírja, hogy a motor mennyi teljesítményt tud kifejleszteni. Ez a maximális terhelés csak akkor érhető el, ha a teljesítmény szöge (δ) egyenlő a terhelés szögével (β). A terhelést addig lehet növelni, amíg ez a feltétel teljesül; ezen ponton túl további terhelésnövekedés miatt a gép elveszíti a szinkronizmust, mivel a kimenő teljesítmény nem elegendő.

A hiányzó teljesítményt a forgó rendszer tárolt energiája fedezzi, ami a sebesség csökkenését eredményezi. Ahogy a teljesítményhiány nő, a szög lassan csökken, amíg a motor le nem áll.

Adott δ-ra a motor által kifejlesztett teljesítmény és a generátor által kifejlesztett teljesítmény különbsége a vezetékveszteségek. Ha a vezeték ellenállása és párhuzamos admittanciája elhanyagolható, a generátor és a motor közötti átadott teljesítményt a következőképpen fejezhetjük ki:

Ahol X – a vezeték reaktanciája

• V_G – a generátor feszültsége

• V_M – a motor feszültsége

• δ – a terhelési szög

• P_M – a motor teljesítménye

• P_G – a generátor teljesítménye

• P_max – a maximális teljesítmény

Az állandó állapotú stabilitási határérték javítási módjai

A generátor és a motor között átadott maximális teljesítmény arányos a belső elektromos gerjesztőerők (EMF) szorzatával, és fordítottan arányos a vezeték reaktanciájával. Az állandó állapotú stabilitási határértéket két fő módon lehet növelni:

• A generátor, a motor vagy mindkettő felhajtásának növelése
  A felhajtás növelése emeli a gépek belső EMF-jét, ami a gépek között átadott maximális teljesítmény növekedését eredményezi. Emellett a magasabb belső EMF-k csökkentik a terhelési szöget (δ).

• A továbbítási reaktanciának csökkentése
  A továbbítási reaktanciát a következőképpen lehet csökkenteni:

• Párhuzamos átviteli vezetékek hozzáadása a csatlakozási pontok között;

• Csoportos vezetékek használata, amelyek csökkentik a vezeték reaktanciáját;

• Soros kondenzátorok beépítése a vezetékbe.

A soros kondenzátorok főleg extra magas feszültségű (EHV) vezetékeknél használják, hogy növeljék a teljesítményátadás hatékonyságát, és gazdaságilag ésszerűek 350 km-nél nagyobb távolságok esetén.