სტაბილური მდგომარეობის სტაბილიზაცია ელექტროენერგეტიკურ სისტემებში: განმარტება, მიზეზები და გაუმჯობესების მეთოდები

სტაბილური მდგომარეობის სტაბილურობის განმარტება

სტაბილური მდგომარეობის სტაბილურობა განიხილება როგორც ელექტროენერგეტიკის სისტემის შესაძლებლობა შეინარჩუნოს თავისი წარწერის მდგომარეობა პატარა შეშფოთების შემდეგ, ან შემდეგი შეშფოთების შემთხვევაში შეიძლება შეხვიდეს მდგომარეობაში, რომელიც იახლოებს წარწერის მდგომარეობას. ეს კონცეფცია საშუალებას აძლევს საჭირო მნიშვნელოვანობას ელექტროენერგეტიკის სისტემის დაგეგმვას და დიზაინში, სპეციალიზებული ავტომატური კონტროლის მოწყობილობების შემუშავებაში, ახალი სისტემის კომპონენტების შესართავად და მუშაობის პარამეტრების რეგულირებაში.

სტაბილური მდგომარეობის სტაბილურობის ზღვრის შეფასება საჭიროა ელექტროენერგეტიკის სისტემის ანალიზისთვის, რომელიც მოიცავს სისტემის მუშაობის შემოწმებას მითითებულ სტაბილურ მდგომარეობებში, სტაბილურობის ზღვრების დადგენას, ტრანსიენტური პროცესების კვლავიდან შეფასებას და ფაქტორების შეფასებას, როგორიცაა სტიმულაციის სისტემის ტიპი და მისი კონტროლი, კონტროლის რეჟიმები და სტიმულაციისა და ავტომატიზაციის სისტემების პარამეტრები.

სტაბილურობის მოთხოვნები განისაზღვრება სტაბილურობის ზღვრით, ელექტროენერგიის ხარისხით სტაბილურ მდგომარეობებში და ტრანსიენტური მუშაობით. სტაბილური მდგომარეობის სტაბილურობის ზღვარი აღნიშნავს მაქსიმალურ ენერგიის გადატანას სისტემის კონკრეტულ წერტილზე, რომელიც შეიძლება შეინარჩუნოს გარეშე შეშფოთების გარეშე, როდესაც ენერგიის გადატანა მიმდინარეობს ნაბიჯ-ნაბიჯ.

ელექტროენერგეტიკის სისტემის ანალიზში, ერთ სეგმენტში მყოფი ყველა მანქანა ითვლება როგორც ერთი დიდი მანქანა, რომელიც დაკავშირებულია ამ წერტილზე - თუმცა ისინი არ არიან დირექტულად დაკავშირებული ერთი ავტობუსის სამით და არიან გადაშლილი დიდი რეაქტიული ძალებით. დიდი სკალის სისტემები ჩვეულებრივ ჩაითვლება როგორც მუდმივი ვოლტაჟი და მოდელირებულია როგორც უსასრულო ავტობუსი.

განვიხილოთ სისტემა, რომელიც შედგება გენერატორის (G), ტრანსპორტირების ხაზის და სინქრონული მოტორის (M) დარჩენილი ტვირთის ფუნქციით.

ქვემოთ მოყვანილი გამოსახულება აღწერს გენერატორი G და სინქრონული მოტორი M-ის მიერ შექმნილ ძალას.

ქვემოთ მოყვანილი გამოსახულება აღწერს გენერატორი G და სინქრონული მოტორი M-ის მიერ შექმნილ მაქსიმალურ ძალას

აქ A, B და D აღნიშნავს ორკონაკიანი მანქანის გენერალიზებულ მუდმივებს. ზემოთ მოყვანილი გამოსახულება იძლევა ძალას ვატებში, რომელიც გამოთვლილია ფაზაზე - თუ გამოყენებული ვოლტაჟები არიან ფაზური ვოლტაჟები ვოლტებში.

სისტემის არასტაბილურობის მიზეზები

განვიხილოთ სინქრონული მოტორი, რომელიც დაკავშირებულია უსასრულო ავტობუსთან და მუშაობს მუდმივი სიჩქარით. მისი შესავალი ძალა უდრის გამოსავლის ძალას და წარმატებებს. თუ შაფის ტვირთის უდიდეს ზრდას დაემატება მოტორს, მოტორის გამოსავლის ძალა იზრდება, როცა შესავალი ძალა დარჩება არაცვლილი. ეს ქმნის ნებისმიერ შესაძლო შესაჩერებელ მომენტს, რაც მიიღებს მოტორის სიჩქარის დროებით შემცირებას.

როგორც შესაჩერებელი მომენტი შემცირებს მოტორის სიჩქარეს, მოტორის შინაარსის ვოლტაჟისა და სისტემის ვოლტაჟის ფაზური კუთხე იზრდება მასამდე, სანამ ელექტრო შესავალი ძალა უდრის გამოსავლის ძალას და წარმატებებს.

ამ ტრანსიენტური ინტერვალის განმავლობაში, რადგან მოტორის ელექტრო შესავალი ძალა ნაკლებია მექანიკურ ტვირთზე, საჭირო ძალა იღება როტირების სისტემის დაშენებული ენერგიიდან. მოტორი რხევას ხდის ბალანსის წერტილის გარშემო და შესაძლოა ბოლოს შეაჩერდეს ან დაკარგოს სინქრონიზაცია.

სისტემა ასევე კარგებს სტაბილურობას როდესაც დიდი ტვირთი გადაიტანება ან ტვირთი გადაიტანება ძალიან სწრაფად მანქანაზე.

ქვემოთ მოყვანილი გამოსახულება აღწერს მოტორის მიერ შესაძლო მაქსიმალურ ძალას. ეს მაქსიმალური ტვირთი შესაძლებელია მხოლოდ მაშინ, როდესაც ძალის კუთხე (δ) უდრის ტვირთის კუთხეს (β). ტვირთი შეიძლება იზრდეს ამ პირობამდე; ამ წერტილიდან შემდეგი ტვირთის ზრდა შეიძლება განათავსოს მანქანას სინქრონიზაციის დაკარგვას შესაძლო ძალის გამოსავლის კარგების გამო.

დეფიციტის ძალა შეიძლება იღებოდეს როტირების სისტემის დაშენებული ენერგიიდან, რაც იწვევს სიჩქარის შემცირებას. როგორც დეფიციტის ძალა იზრდება, კუთხე ნაკლებდება მასამდე, სანამ მოტორი შეაჩერდეს.

ნებისმიერი δ შემთხვევაში, მოტორისა და გენერატორის მიერ შექმნილი ძალების სხვაობა უდრის ხაზის წარმატებებს. თუ ხაზის წინააღმდეგობა და შუნტის ჩართვა უდიდესია, ალტერნატორსა და მოტორს შორის გადატანილი ძალა შეიძლება გამოიხატოს შემდეგი გამოსახულებით:

სადაც, X – ხაზის რეაქტიული ძალა

• V_G – გენერატორის ვოლტაჟი

• V_M – მოტორის ვოლტაჟი

• δ – ტვირთის კუთხე

• P_M – მოტორის ძალა

• P_G – მოტორის ძალა

• P_max – მაქსიმალური ძალა

სტაბილური მდგომარეობის სტაბილურობის ზღვრის გაუმჯობესების მეთოდები

ალტერნატორსა და მოტორს შორის გადატანილი მაქსიმალური ძალა პროპორციულია მათი შინაარსის ელექტრომოტიური ძალების (EMF) პროდუქტს და შებრუნებულია ხაზის რეაქტიულ ძალას. სტაბილური მდგომარეობის სტაბილურობის ზღვრის გაუმჯობესება შესაძლებელია ორი ძირითადი მიდგომით:

• გენერატორის, მოტორის ან დამატებით გადახარისხების ზრდა
  გადახარისხების ზრდა ამაღლებს მანქანების შინაარსის EMF-ს, რაც იზრდებს მათ შორის გადატანილ მაქსიმალურ ძალას. დამატებით, უფრო მაღალი შინაარსის EMF-ები შემცირებს ტვირთის კუთხე (δ).

• ტრანსფერის რეაქტიული ძალის შემცირება
  ტრანსფერის რეაქტიული ძალა შეიძლება შემცირდეს შემდეგი გზებით:

• პარალელური ტრანსპორტირების ხაზების დამატება დაკავშირების წერტილებს შორის;

• შერიგებული კონდუქტორების გამოყენება, რაც შემცირებს ხაზის რეაქტიულ ძალას;

• სერიული კონდენსატორების შერიგება ხაზში.

სერიული კონდენსატორები მთავრად გამოიყენება ექსტრა-მაღალი ვოლტაჟის (EHV) ხაზებში ძალის გადატანის ეფექტურობის გაზრდისთვის და ეკონომიურად მარტივია მანძილებისთვის, რომლებიც აღემატება 350 კმ-ს.