Стабилна состојба во електропреводните системи: Дефиниција причини и методи за подобрување

Дефиниција на стабилноста во стационарно состојба

Стабилноста во стационарно состојба е дефинирана како способноста на електричниот систем за произвеждање на енергија да ја одржува својата почетна работна состојба следејќи мала пречка, или да се приближи до состојба која многу прилично го приближува почетното состојба кога пречката продолжува. Овој концепт има критична значајност во планирањето и дизајнирањето на системите за произведување на енергија, развојот на специјализирани автоматски контролни уреди, воведувањето на нови компоненти на системот и прилагодувањето на работните услови.

Оцената на границата на стабилноста во стационарно состојба е важна за анализата на системот за произведување на енергија, што вклучува проверка на перформансите на системот под определени стационарни услови, определување на границите на стабилноста, квалитативна оценка на транзиентните процеси и оценка на фактори како типот на системот за екситација и неговата контрола, модусите на контрола и параметрите на системите за екситација и аутоматизација.

Барањата за стабилност се одредуваат од границата на стабилноста, качеството на електричната енергија под стационарни услови, и транзиентната перформанса. Границата на стабилноста во стационарно состојба се однесува на максималниот проток на енергија низ одредена точка во системот, кој може да се одржува без да се иницијира нестабилност кога се постепено зголемува мощноста.

Во анализата на системот за произведување на енергија, сите машини во еден сегмент се третираат како една голема машина поврзана на тој момент - дури и ако не се директно поврзани со истата шина и се одделуваат со значителни реактанции. Големите системи обично се претпоставува дека имаат константен напон и се моделираат како бесконечна шина.

Размислете за систем составен од генератор (G), преносна линија и синхронен мотор (M) кој функционира како оптер.

Изразот покажан подолу дава моќ развиваја од генератор G и синхронен мотор M.

Подолу изразот дава максималната моќ развиваја од генератор G и синхронен мотор M

Тука, A, B, и D претставуваат генерализираните константи на двостраната машина. Изразот надвор дава моќ во ватови, пресметана по фаза - при услов дека користените напони се фазни напони во волтови.

Причини за нестабилност на системот

Размислете за синхронен мотор поврзан на бесконечна шина, кој работи на константна брзина. Неговата влезна моќ е еднаква на излезната моќ плус губитоци. Ако најмалата промена на оптерот на валот се додаде на моторот, излезната моќ на моторот се зголемува, додека влезната моќ останува непроменета. Ова создава нетна замеднувајќа момента, што предизвикува временско намалување на брзината на моторот.

Како замеднувајќата момента намалува брзината на моторот, аголот на фаза помеѓу внатрешниот напон на моторот и системскиот напон се зголемува до кога електричната влезна моќ е еднаква на излезната моќ плус губитоци.

Во овој транзиентен интервал, бидејќи електричната влезна моќ на моторот е помала од механичкиот оптер, потребната извршна моќ се црта од складираната енергија во ротирачкиот систем. Моторот осцилува околу точката на равновесие и можеби на крај ќе се спре или ќе го изгуби синхронизмот.

Системот исто така го губи стабилноста кога се применува голем оптер или кога оптерот се применува преку брзо на машината.

Подолу еквацијата опишува максималната моќ што моторот може да развива. Овој максимален оптер е можно само кога аголот на моќта (δ) е еднаков на аголот на оптерот (β). Оптерот може да се зголеми до кога се исполнува овој услов; од тука надвор, секое подигнување на оптерот ќе предизвика машината да го изгуби синхронизмот поради недостаток на излезна моќ.

Недостаточната моќ ќе биде доставена од складираната енергија на ротирачкиот систем, што ќе доведе до намалување на брзината. Како недостатокот на моќ се зголемува, аголот се намалува до кога моторот се спре.

За секој даден δ, разликата помеѓу моќта развиваја од страна на моторот и генераторот е еднаква на губитоците на линијата. Ако отпорот и паралелната проводливост на линијата се пренебрегливи, моќта пренесена помеѓу алтернаторот и моторот може да се изрази како следи:

Каде, X – реактивна индуктивност на линијата

• V_G – напон на генераторот

• V_M – напон на моторот

• δ – агол на оптерот

• P_M – моќ на моторот

• P_G – моќ на моторот

• P_max – максимална моќ

Методи за подобрување на границата на стабилноста во стационарно состојба

Максималната моќ пренесена помеѓу алтернаторот и моторот е директно пропорционална на производот на нивните внатрешни ЕМФ и обратно пропорционална на реактивната индуктивност на линијата. Границата на стабилноста во стационарно состојба може да се зголеми преку две основни пристапи:

• Зголемување на екситацијата на генераторот, моторот, или и двете
  Зголемувањето на екситацијата го зголемува внатрешната ЕМФ на машините, што на свој ред го зголемува максималната моќ пренесена помеѓу нив. Поради тоа, поголемите внатрешни ЕМФ-ови намалуваат аголот на оптерот (δ).

• Намалување на трансферната реактивна индуктивност
  Трансферната реактивна индуктивност може да се намали со:

• Додавање на паралелни преносни линии помеѓу точките на поврзување;

• Користење на поврзани проводници, кои го намалуваат реактивниот отпор на линијата;

• Воведување на сериески кондензатори во линијата.

Сериеските кондензатори се главно користат во екстремно високи напони (EHV) линии за да се подобри ефикасноста на пренесувањето на моќ и се економски повисоки за раздалечени повеќе од 350 km.