Stabil tillstånd i elkraftsystem: Definition orsaker och förbättringsmetoder

Definition av stabil tillståndsstabilitet

Stabil tillståndsstabilitet definieras som förmågan hos ett elektriskt kraftsystem att bibehålla sitt ursprungliga driftstillstånd efter en liten störning, eller att konvergera till ett tillstånd som nära liknar det ursprungliga tillståndet när störningen fortsätter. Denna koncept har en kritisk betydelse för planering och design av kraftsystem, utveckling av specialiserade automatiserade styrenheter, inrättande av nya systemkomponenter och justering av driftvillkor.

Bedömningen av gränsen för stabil tillståndsstabilitet är viktig för analys av kraftsystem, vilket omfattar verifiering av systemets prestanda under angivna stabila tillstånds villkor, fastställande av stabilitетность стационарного состояния определяется как способность электрической системы передачи энергии поддерживать свое начальное рабочее состояние после небольшого возмущения или сходиться к состоянию, близкому к начальному, если возмущение продолжается. Это понятие имеет критическое значение для планирования и проектирования систем передачи электроэнергии, разработки специализированных автоматических устройств управления, ввода в эксплуатацию новых компонентов системы и настройки условий эксплуатации. Оценка предела стационарной устойчивости необходима для анализа систем передачи электроэнергии, что включает проверку производительности системы при заданных условиях стационарного состояния, определение пределов устойчивости, качественную оценку переходных процессов, а также оценку таких факторов, как тип системы возбуждения и ее регуляторы, режимы управления, параметры систем возбуждения и автоматизации. Требования к устойчивости определяются пределом устойчивости, качеством электроэнергии в условиях стационарного состояния и переходными характеристиками. Предел стационарной устойчивости относится к максимальному потоку мощности через определенную точку в системе, который можно поддерживать без вызова нестабильности при постепенном увеличении мощности. В анализе систем передачи электроэнергии все машины в одном сегменте рассматриваются как одна большая машина, подключенная в этой точке, даже если они не связаны напрямую с одной и той же шиной и разделены значительными реактивными сопротивлениями. Крупные системы обычно предполагаются имеющими постоянное напряжение и моделируются как бесконечная шина. Рассмотрим систему, состоящую из генератора (G), линии передачи и синхронного двигателя (M), выполняющего функцию нагрузки. Выражение, приведенное ниже, дает мощность, развиваемую генератором G и синхронным двигателем M. Выражение, приведенное ниже, дает максимальную мощность, генерируемую генератором G и синхронным двигателем M. Здесь A, B и D представляют обобщенные константы двухузловой машины. Вышеупомянутое выражение дает мощность в ваттах, рассчитанную на фазу — при условии, что используемые напряжения являются фазными напряжениями в вольтах. Причины нестабильности системы Рассмотрим синхронный двигатель, подключенный к бесконечной шине, работающий с постоянной скоростью. Его входная мощность равна выходной мощности плюс потери. Если к двигателю добавить самое маленькое увеличение нагрузки на вал, выходная мощность двигателя увеличивается, в то время как его входная мощность остается неизменной. Это создает чистый замедляющий момент, вызывающий временное снижение скорости двигателя. По мере того, как замедляющий момент снижает скорость двигателя, фазовый угол между внутренним напряжением двигателя и напряжением системы увеличивается до тех пор, пока электрическая входная мощность не станет равной выходной мощности плюс потери. Во время этого переходного интервала, поскольку электрическая входная мощность двигателя меньше механической нагрузки, требуемая дополнительная мощность берется из хранимой энергии в вращающейся системе. Двигатель колеблется вокруг точки равновесия и может в конечном итоге либо остановиться, либо потерять синхронизм. Система также теряет устойчивость, когда применяется большая нагрузка или когда нагрузка применяется слишком внезапно к машине. Уравнение, приведенное ниже, описывает максимальную мощность, которую может развить двигатель. Эта максимальная нагрузка достижима только тогда, когда угол мощности (δ) равен углу нагрузки (β). Нагрузка может увеличиваться до тех пор, пока это условие не будет выполнено; за этим пределом любое дальнейшее увеличение нагрузки вызовет потерю синхронизма машины из-за недостаточной мощности. Дефицит мощности затем будет покрываться за счет хранимой энергии вращающейся системы, что приведет к снижению скорости. По мере увеличения дефицита мощности угол постепенно уменьшается, пока двигатель не остановится. Для любого данного δ, разница между мощностью, развиваемой двигателем и генератором, равна потерям в линии. Если сопротивление и параллельная проводимость линии пренебрежимо малы, мощность, передаваемая между генератором и двигателем, может быть выражена следующим образом: Где X — реактивное сопротивление линии

• V_G — напряжение генератора

• V_M — напряжение двигателя

• δ — Угол нагрузки

• P_M — Мощность двигателя

• P_G — Мощность генератора

• P_max — максимальная мощность

• Увеличение возбуждения генератора, двигателя или обоих
  Усиление возбуждения повышает внутреннюю ЭДС машин, что, в свою очередь, увеличивает максимальную мощность, передаваемую между ними. Кроме того, более высокие внутренние ЭДС уменьшают угол нагрузки (δ).

• Снижение передаточного реактивного сопротивления
  Передаточное реактивное сопротивление можно снизить путем:

• Добавления параллельных линий передачи между точками соединения;

• Использования связанных проводников, которые снижают реактивное сопротивление линии;

• Включения последовательных конденсаторов в линию.