Разбиране на стабилността на напрежението в електроенергийните системи: Големи vs. малки разтърсения и граници на стабилност

Дефиниция на стабилността на напрежението

Стабилността на напрежението в електроенергийната система се дефинира като способността да се поддържат приемливи напрежения във всички узли както при нормални условия на работа, така и след излагане на дестабилизация. При нормална работа напреженията в системата остават стабилни; обаче, когато се появи дефект или дестабилизация, може да възникне нестабилност на напрежението, водеща до прогресивно и непод контрол намаление на напрежението. Стабилността на напрежението понякога се нарича "нагласна стабилност".

Нестабилността на напрежението може да предизвика срив на напрежението, ако равновесното напрежение след дестабилизацията падне под приемлими граници. Сривът на напрежението е процес, при който нестабилността на напрежението води до изключително ниско профил на напрежението в ключови части на системата, което потенциално може да причини тотално или частично прекъсване на тока. Забележимо е, че термините "нестабилност на напрежението" и "срив на напрежението" често се използват взаимозаменяемо.

Класификация на стабилността на напрежението

Стабилността на напрежението се класифицира в два основни типа:

• Стабилност на напрежението при големи дестабилизации: Това се отнася до способността на системата да поддържа контрол над напрежението след значителни дестабилизации, като дефекти, внезапна загуба на натоварване или производство. Оценяването на този вид стабилност изисква анализ на динамичното поведение на системата в периода, достатъчен за наблюдаване на поведението на устройства като трансформатори с регулировка на напрежението под натоварване, регулатори на магнитното поле на генераторите и ограничители на тока. Стабилността на напрежението при големи дестабилизации обикновено се изучава с помощта на нелинейни времеви симулации с точна моделация на системата.

• Стабилност на напрежението при малки дестабилизации: Електроенергийната система, работеща в определено състояние, разкрива малка дестабилизация на напрежението, ако след минорни дестабилизации напреженията близо до натоварванията останат непроменени или близки до своите стойности преди дестабилизацията. Тази концепция е тясно свързана с устойчивите състояния и може да бъде анализирана с помощта на модели на системата с малки сигнали.

Граница на стабилността на напрежението

Границата на стабилността на напрежението е критичният праг в електроенергийната система, след който никакво количество реактивна мощност не може да възстанови напрежението до номиналните му стойности. До тази граница напреженията в системата могат да бъдат коригирани чрез инжекции на реактивна мощност, като се поддържа стабилност.Прехвърлянето на мощност през безизгубен проводник се дава от:

• където P = прехвърлена мощност по фаза

• Vs = фазово напрежение на изпращащия край

• Vr = фазово напрежение на приемащия край

• X = реактивна индуктивност по фаза

• δ = фазов ъгъл между Vs и Vr.

Тъй като линията е безизгубна

При допускане, че производството на мощност е постоянно,

За максимално прехвърляне на мощност: δ = 90º, така че когато δ→∞

Предходното уравнение определя положението на критичната точка на кривата δ спрямо Vs, с допускане, че напрежението на приемащия край остава постоянно.Сходен резултат може да бъде получен, като се допусне, че напрежението на изпращащия край е постоянно и Vr се третира като променлив параметър при анализирането на системата. В този случай резултатното уравнение е

Изразът за реактивната мощност на приемащия край може да бъде записан като

Предходното уравнение представлява границата на стабилността на напрежението в стационарно състояние. То показва, че в границата на стабилността в стационарно състояние реактивната мощност се приближава до безкрайност. Това означава, че производната dQ/dVr става нула. Така, границата на стабилността на роторния ъгъл в стационарно състояние съвпада с границата на стабилността на напрежението в стационарно състояние. Освен това, стабилността на напрежението в стационарно състояние е влияна и от натоварването.