Stāvējošā stāvokļa stabilitāte elektrotīklos: Definīcija, cēloņi un uzlabošanas metodes

Stāvīgās stabilitātes definīcija

Stāvīgā stabilitāte ir definēta kā elektroenerģijas sistēmas spēja uzturēt sākotnējo darbības stāvokli pēc maziem traucējumiem vai konverģēt uz stāvokli, kas tuvu atbilst sākotnējam stāvoklim, ja traucējums turpinās. Šis jēdziens ir būtisks enerģijas sistēmu plānošanā un projektēšanā, specializētu automātisko kontrolrādījumu izstrādē, jaunu sistēmas komponentu ieviešanā un darbības stāvokļa pielāgošanā.

Stāvīgās stabilitātes robežas novērtēšana ir būtiska enerģijas sistēmu analīzei, kas ietver sistēmas veiktspējas pārbaudi noteiktos stāvīgajos stāvokļos, stabilitātes robežu noteikšanu, tranzītprocesus kvalitatīvi novērtējot, un faktoru, piemēram, eksitācijas sistēmas un tās vadības veida, vadības režīmi, eksitācijas un automatizācijas sistēmu parametri, vērtēšanu.

Stabilitātes prasības tiek noteiktas pēc stabilitātes robežas, elektriskās enerģijas kvalitātes stāvīgajos stāvokļos un tranzītveiktspējas. Stāvīgās stabilitātes robeža atsaucas uz maksimālo jaudas plūsmu caur konkrēto punktu sistēmā, ko var uzturēt bez nestabilitātes izraisīšanas, kad jauda tiek palielināta ātriņā.

Enerģijas sistēmu analīzē visi mašīnas vienā segmentā tiek apskatīti kā viena liela mašīna, kas savienota ar šo punktu — pat ja tās nav tieši saistītas ar to pašu šķautni un ir atdalītas nozīmīgiem reaktancēm. Lielapjoma sistēmas parasti tiek pieņemtas ar nemainīgu voltāžu un modelētas kā bezgalīga šķautne.

Apcerēsim sistēmu, kas sastāv no dzinēja (G), pārvades līnijas un sinhronā motora (M), kas darbojas kā slodze.

Zemāk minētā izteiksme dāst dzinēja G un sinhronā motora M radīto jaudu.

Zemāk minētā izteiksme dāst dzinēja G un sinhronā motora M radīto maksimālo jaudu.

Šeit A, B un D pārstāv divtermiņa mašīnas vispārīgos konstantes. Minētā izteiksme dāst jaudu vatās, aprēķinātu katrā fāzē — ja izmantotie voltāžas vērtības ir fāzes voltāžas voltos.

Sistēmas nestabilitātes iemesli

Apcerēsim sinhrono motoru, kas savienots ar bezgalīgu šķautni, strādājot konstantā ātrumā. Tā ieplūstošā jauda ir vienāda ar izplūstošo jaudu plus zudējumiem. Ja pie motora tiek pievienots mazs papildu slodzes moments, motora izplūstošā jauda palielinās, bet ieplūstošā jauda paliek nemainīga. Tas rada neto brīdināšanas momentu, kas laikā samazina motora ātrumu.

Kad brīdināšanas moments samazina motora ātrumu, fāzes leņķis starp motora iekšējo voltāžu un sistēmas voltāžu palielinās, līdz elektriskā ieplūstošā jauda kļūst vienāda ar izplūstošo jaudu plus zudējumiem.

Šajā tranzītintervālā, jo motora elektriskā ieplūstošā jauda ir mazāka nekā mehāniskā slodze, nepieciešamā papildu jauda tiek gūta no rotācijas sistēmas uzglabātās enerģijas. Motors oscilē apkārt līdzsvaras punktam un galu galā var vai nu apturēties, vai zaudēt sinhronismu.

Sistēma zaudē arī stabilitāti, ja tiek piemērots liels slodzes moments vai ja slodze tiek piemērota pārāk strauji mašīnai.

Zemāk minētā vienādojuma apraksta maksimālo jaudu, ko motors var radīt. Šis maksimālais slodzes moments ir sasniedzams tikai tad, ja jaudas leņķis (δ) ir vienāds ar slodzes leņķi (β). Slodze var palielināties līdz šim stāvoklim; pārsniedzot šo punktu, jebkura tālākā slodzes palielināšanās izraisīs mašīnas sinhronisma zaudēšanu, jo jaudas izplūde ir nepietiekama.

Trūkstošā jauda tiks nodrošināta no rotācijas sistēmas uzglabātās enerģijas, kas novedīs pie ātruma samazināšanās. Kad jaudas trūkums palielinās, leņķis palielinās līdz tam, kad motors apturēsies.

Jebkuram dotam δ motorā un dzinējā radītās jaudas atšķirība ir līnijas zudējumi. Ja līnijas pretestība un šķērsojošā pieņemšana ir negaidāmas, alternatora un motora starpā pārnesamā jauda var tikt izteikta šādi:

Kur X — līnijas reaktivitāte

• V_G – dzinēja voltāža

• V_M – motora voltāža

• δ – slodzes leņķis

• P_M – motora jauda

• P_G – dzinēja jauda

• P_max – maksimālā jauda

Metodes stāvīgās stabilitātes robežas uzlabošanai

Alternatora un motora starpā pārnestā maksimālā jauda ir tieši proporcionāla to iekšējo elektromotīvā spēka (EMF) produktam un inversi proporcionāla līnijas reaktivitātei. Stāvīgās stabilitātes robežu var palielināt ar diviem galvenajiem pieejas:

• Dzinēja, motora vai abu eksitācijas palielināšana
  Eksitācijas palielināšana paaugrina mašīnu iekšējo EMF, kas savukārt palielina to starpā pārnesto maksimālo jaudu. Papildus augstākiem iekšējiem EMF samazinās slodzes leņķis (δ).

• Pārnešanas reaktivitātes samazināšana
  Pārnešanas reaktivitāti var samazināt, pievienojot paralēlas pārvades līnijas savienojuma punktu starpā, izmantojot bundlētus vedņus, kas samazina līnijas reaktivitāti, un iestrādājot sērijas kondensatorus līnijā.

Sērijas kondensatori tiek galvenokārt izmantoti extra augstās sprieguma (EHV) līnijās, lai palielinātu jaudas pārnesa efektivitāti, un tie ir ekonomiski rentabli attālumos, kas pārsniedz 350 km.