Stabil stat i kraftsystemer: Definisjon årsaker og forbedringsmetoder

Definisjon av stabil tilstand

Stabil tilstand defineres som evnen til et elektrisk kraftsystem å opprettholde sitt opprinnelige driftstilstand etter en liten forstyrrelse, eller å konvergere til en tilstand som nærmer seg den opprinnelige tilstanden når forstyrrelsen vedvarer. Dette konseptet har viktig betydning for planlegging og design av kraftsystemer, utvikling av spesialiserte automatiske kontrollenheter, innføring av nye systemkomponenter, og justering av driftsforhold.

Vurderingen av grensen for stabil tilstand er essensiell for analyse av kraftsystemer, som inkluderer verifisering av systemets ytelse under spesifiserte stabile tilstander, fastsetting av stabilitetsgrenser, kvalitativ evaluering av overgangsprosesser, og evaluering av faktorer som typen anregningsystem og dens kontroller, kontrollmoduser, og parametre for anregning og automatiseringssystemer.

Stabilitetskravene bestemmes av stabilitetsgrensen, kvaliteten på elektrisk energi under stabil tilstand, og overgangsytelse. Grensen for stabil tilstand refererer til den maksimale effektflytten gjennom et spesifikt punkt i systemet som kan opprettholdes uten å utløse ustabilitet når effekten gradvis økes.

I analyse av kraftsystemer behandles alle maskiner i en enkelt del som én stor maskin koblet til dette punktet - selv om de ikke er direkte koblet til samme bus og er separert av betydelige reaktanser. Storskalasystemer antas generelt å ha en konstant spenning og modelleres som en uendelig bus.

La oss betrakte et system bestående av en generator (G), en overføringslinje, og en synkron motor (M) som fungerer som belastning.

Utrykket nedenfor gir effekten produsert av en generator G og en synkron motor M.

Utrykket nedenfor gir den maksimale effekten produsert av generator G og synkron motor M.

Her representerer A, B, og D generaliserte konstanter for den to-terminalers maskinen. Ovennevnte utrykk gir effekt i watt, beregnet per fase - gitt at spenningene brukt er fasespenninger i volt.

Årsaker til systemustabilitet

La oss betrakte en synkron motor koblet til en uendelig busbar, som opererer med konstant hastighet. Dens inngangseffekt er lik utgangseffekten pluss tap. Hvis det minste økningen i aksetilbelasting legges til motoren, øker motorens utgangseffekt mens inngangseffekten forbli uendret. Dette skaper en netto bremsemoment, som fører til at motorhastigheten midlertidig faller.

Som bremsemomentet reduserer motorhastigheten, øker fasen mellom motorens interne spenning og systemspenningen til den elektriske inngangseffekten er lik utgangseffekten pluss tap.

Under denne overgangsperioden, siden motorens elektriske inngangseffekt er mindre enn den mekaniske belastningen, trekkes den ekstra effekten som trengs fra lagret energi i roterende system. Motoren svinger rundt likevektspunktet og kan eventuelt enten stoppe eller miste synkronitet.

Et system mister også stabilitet når en stor belastning legges til eller når en belastning legges til for hurtig til maskinen.

Utrykket nedenfor beskriver den maksimale effekten en motor kan produsere. Denne maksimale belastningen kan oppnås bare når effektvinkelen (δ) er lik belastningsvinkelen (β). Belastningen kan økes til dette punktet er nådd; utover dette punktet vil enhver videre belastningsøkning føre til at maskinen mister synkronitet på grunn av utilstrekkelig effektutbytte.

Effektmangelen vil deretter bli dekket av lagret energi i roterende system, noe som fører til en nedgang i hastighet. Som effektmangelen øker, minker vinkelen gradvis til motor stopper.

For enhver gitt δ, er forskjellen mellom effekten produsert av motoren og generatoren lik linjetap. Hvis linjens motstand og shunt-admittanse er forneklig, kan effekten overført mellom alternator og motor uttrykkes som følger:

Der, X - linjereaktans

• V_G - spenning av generator

• V_M - spenning av motor

• δ - Belastningsvinkel

• P_M - Effekt av motor

• P_G - Effekt av motor

• P_max - maksimal effekt

Metoder for å forbedre grensen for stabil tilstand

Den maksimale effekten overført mellom en alternator og en motor er direkte proporsjonal med produktet av deres interne elektromotoriske krefter (EMF) og invers proporsjonal med linjereaktansen. Grensen for stabil tilstand kan økes gjennom to hovedtilnærminger:

• Øking av anregning av generator, motor, eller begge
  Forbedring av anregning øker den interne EMF-en til maskinene, noe som igjen øker den maksimale effekten overført mellom dem. I tillegg reduserer høyere interne EMF-er belastningsvinkelen (δ).

• Reduksjon av overføringsreaktans
  Overføringsreaktans kan reduseres ved:

• Legge til parallelle overføringslinjer mellom koblingspunktene;

• Bruke bundlete ledere, som reduserer linjereaktans;

• Inkludere seriekapasitorer i linjen.

Seriekapasitorer brukes hovedsakelig i ekstra-høy-spenningslinjer (EHV) for å øke effektiviteten av effektoverføring og er mer økonomisk fornuftig for avstander over 350 km.