فهمندنی پایداری ولتاژ در سیستم‌های برق: اختلال بزرگ در مقابل اختلال کوچک و محدوده‌های پایداری

پایداری ولتاژ را تعریف می‌کنیم

پایداری ولتاژ در یک سیستم برق به قابلیت حفظ ولتاژهای قابل قبول در تمام ایستگاه‌ها تحت شرایط عملیاتی عادی و پس از مواجهه با اختلال اشاره دارد. در عملیات عادی، ولتاژهای سیستم پایدار می‌مانند. اما هنگامی که خطایی یا اختلالی رخ دهد، عدم پایداری ولتاژ ممکن است ظاهر شود که منجر به کاهش تدریجی و غیرقابل کنترل ولتاژ می‌گردد. گاهی اوقات پایداری ولتاژ به عنوان "پایداری بار" نیز شناخته می‌شود.

عدم پایداری ولتاژ می‌تواند منجر به فروپاشی ولتاژ شود اگر ولتاژ تعادلی پس از اختلال نزدیک بارها زیر حد مجاز قرار گیرد. فروپاشی ولتاژ فرآیندی است که در آن عدم پایداری ولتاژ منجر به پروفیل ولتاژ بسیار پایین در بخش‌های مهم سیستم می‌شود و ممکن است باعث خاموشی کامل یا جزئی شود. توجه داشته باشید که اصطلاحات "عدم پایداری ولتاژ" و "فروپاشی ولتاژ" گاهی اوقات به صورت متقابل استفاده می‌شوند.

طبقه‌بندی پایداری ولتاژ

پایداری ولتاژ به دو نوع اصلی تقسیم می‌شود:

• پایداری ولتاژ در مقابل اختلالات بزرگ: این مورد به قابلیت سیستم برای حفظ کنترل ولتاژ پس از اختلالات قابل توجه اشاره دارد، مانند خرابی‌های سیستمی، افت ناگهانی بار یا تولید. ارزیابی این نوع پایداری نیازمند تحلیل عملکرد دینامیکی سیستم در مدت زمان کافی برای در نظر گرفتن رفتار دستگاه‌هایی مانند ترانسفورماتورهای تنظیم‌کننده تاپ، کنترل‌های میدان ژنراتور و محدودکننده‌های جریان است. پایداری ولتاژ در مقابل اختلالات بزرگ معمولاً با استفاده از شبیه‌سازی‌های غیرخطی دامنه زمانی با مدل‌سازی دقیق سیستم مطالعه می‌شود.

• پایداری ولتاژ در مقابل اختلالات کوچک: وضعیت عملیاتی یک سیستم برق پایداری ولتاژ در مقابل اختلالات کوچک را دارد اگر پس از اختلالات جزئی، ولتاژ نزدیک بارها یا ثابت می‌ماند یا نزدیک به مقادیر قبل از اختلال بماند. این مفهوم به شرایط پایدار حالت مربوط است و می‌تواند با استفاده از مدل‌های سیستمی سیگنال کوچک تحلیل شود.

حد پایداری ولتاژ

حد پایداری ولتاژ، آستانه بحرانی در یک سیستم برق است که فراتر از آن هیچ مقدار تزریق توان واکنشی نمی‌تواند ولتاژ را به سطح اسمی خود بازگرداند. تا این حد، می‌توان ولتاژهای سیستم را از طریق تزریق توان واکنشی تنظیم کرد در حالی که پایداری حفظ می‌شود.انتقال توان از طریق یک خط بدون تلفات توسط معادله زیر مشخص می‌شود:

• که در آن P = توان منتقل شده در هر فاز

• Vs = ولتاژ فاز ارسالی

• Vr = ولتاژ فاز دریافتی

• X = واکنش انتقال در هر فاز

• δ = زاویه فاز بین Vs و Vr.

از آنجا که خط بدون تلفات است

با فرض ثابت بودن تولید توان

برای انتقال توان حداکثری: δ = 90º، به گونه‌ای که وقتی δ→∞

معادله فوق موقعیت نقطه بحرانی روی منحنی δ versus Vs را با فرض ثابت بودن ولتاژ دریافتی تعیین می‌کند.نتیجه مشابهی می‌تواند با فرض ثابت بودن ولتاژ ارسالی و در نظر گرفتن Vr به عنوان یک پارامتر متغیر در تحلیل سیستم به دست آید. در این سناریو، معادله نتیجه‌گیری شده به صورت زیر است

عبارت توان واکنشی در ایستگاه دریافتی می‌تواند به صورت زیر نوشته شود

معادله فوق حد پایداری ولتاژ در حالت پایدار حالت را نشان می‌دهد. این معادله نشان می‌دهد که در حد پایداری حالت پایدار، توان واکنشی به بینهایت میل می‌کند. این به این معناست که مشتق dQ/dVr صفر می‌شود. بنابراین، حد پایداری زاویه روتور در شرایط حالت پایدار با حد پایداری ولتاژ حالت پایدار مطابقت دارد. علاوه بر این، پایداری ولتاژ حالت پایدار نیز تحت تأثیر بار است.