Entendre la estabilitat de tensió en sistemes elèctrics: Pertorbacions grans vs. petites i límits d'estabilitat
Definició de l'estabilitat de tensió
L'estabilitat de tensió en un sistema elèctric es defineix com la capacitat de mantenir tensions acceptables en tots els barris tant en condicions normals d'operació com després de sotmetre's a una pertorbació. En operació normal, les tensions del sistema romanen estables; no obstant això, quan es produeix un defecte o una pertorbació, pot sorgir una instabilitat de tensió, que porta a una disminució progressiva i incontrolable de la tensió. L'estabilitat de tensió sovint es coneix com "estabilitat de càrrega".
Una instabilitat de tensió pot desencadenar un col·lapse de tensió si la tensió d'equilibri post-pertorbació prop de les càrregues cau per davall dels límits acceptables. El col·lapse de tensió és un procés en què l'instabilitat de tensió resulta en un perfil de tensió extremadament baix a través de parts crítiques del sistema, que pot causar un apagament total o parcial. Es remarca que els termes "instabilitat de tensió" i "col·lapse de tensió" sovint es fan servir de manera intercanviable.
Classificació de l'estabilitat de tensió
L'estabilitat de tensió es categoritza en dos tipus principals:
Estabilitat de tensió en gran pertorbació: Això fa referència a la capacitat del sistema de mantenir el control de la tensió després de pertorbacions significatives, com deficiències del sistema, pèrdua súbita de càrrega o generació. Avaluar aquesta forma d'estabilitat requereix analitzar el rendiment dinàmic del sistema en un període de temps prou llarg per tenir en compte el comportament de dispositius com transformadors amb canvi de relleu, controls de camp de generadors i limitadors de corrent. L'estabilitat de tensió en gran pertorbació normalment s'estudia utilitzant simulacions no lineals en domini temporal amb models de sistema precisos.
Estabilitat de tensió en petita pertorbació: Un estat d'operació del sistema elèctric presenta estabilitat de tensió en petita pertorbació si, després de pertorbacions menors, les tensions prop de les càrregues romanen inalterades o es mantenen properes als seus valors pre-pertorbació. Aquest concepte està estretament vinculat a les condicions d'estat estacionari i es pot analitzar utilitzant models de sistema de senyal petit.
Límit d'estabilitat de tensió
El límit d'estabilitat de tensió és el llindar crític en un sistema elèctric més enllà del qual cap quantitat d'injecció de potència reactiva pot restablir les tensions als seus nivells nominals. Fins a aquest límit, les tensions del sistema es poden ajustar mitjançant injeccions de potència reactiva mentre es manté l'estabilitat.La transferència de potència sobre una línia sense pèrdues es dona per:
on P = potència transferida per fase
Vs = tensió de fase al punt d'enviament
Vr = tensió de fase al punt de recepció
X = reactància de transferència per fase
δ = angle de fase entre Vs i Vr.
Com que la línia no té pèrdues
Assumint que la generació de potència sigui constant,
Per a la màxima transferència de potència: δ = 90º, de manera que quan δ→∞
L'equació anterior determina la posició del punt crític a la corba de δ versus Vs, assumint que la tensió al punt de recepció roman constant.Es pot obtenir un resultat similar assumint que la tensió al punt d'enviament sigui constant i tractant Vr com un paràmetre variable en l'anàlisi del sistema. En aquest escenari, l'equació resultant és
L'expressió de la potència reactiva al bus de recepció es pot escriure com
L'equació anterior representa el límit d'estabilitat de tensió en estat estacionari. Indica que, al límit d'estabilitat en estat estacionari, la potència reactiva tendeix a infinit. Això implica que la derivada dQ/dVr esdevé zero. Així, el límit d'estabilitat de l'angle del rotor en condicions d'estat estacionari coincideix amb el límit d'estabilitat de tensió en estat estacionari. A més, l'estabilitat de tensió en estat estacionari també està influïda per la càrrega.
