Ymmärtää jänniteen vakaus voimalaitoksissa: Isojen ja pienten häiriöiden sekä vakaussajojen eroavaisuudet

Jännitevaka määritelmä

Sähköverkon jännitevakaus määritellään kyvynä ylläpitää kaikissa bussipisteissä hyväksyttäviä jännitteitä sekä normaaleissa toimintatilanteissa että häiriön jälkeen. Normaalissa toiminnassa järjestelmän jännitteet pysyv vakaina; kuitenkin, kun sattuu vika tai häiriö, voi syntyä jänniteepätävyys, mikä johtaa jatkuvasti ja kontrollitonta jänniten laskua. Jännitevakautta kutsutaan joskus myös "kuorman vakaudeksi."

Jänniteepätävyys voi aiheuttaa jänniteromahdoksen, jos häiriön jälkeinen tasapainotilaisten kuormien läheisyydessä oleva jännite laskee alle hyväksyttävät rajat. Jänniteromahdus on prosessi, jossa jänniteepätävyys johtaa äärimmäisen alhaiseen jännitetason eliittisiin osiin järjestelmässä, mikä saattaa aiheuttaa kokonaisen tai osittaisen sähkökatkosta. Huomioitavaa on, että termeihin "jänniteepätävyys" ja "jänniteromahdus" käytetään usein vaihtoehtoisesti.

Jännitevakan luokittelu

Jännitevakaus jaetaan kahdeksi pääasialliseksi tyypiksi:

• Suuren häiriön jännitevakaus: Tämä viittaa järjestelmän kykyyn ylläpitää jännitehallintaa merkittävien häiriöiden, kuten sähköverkon virheiden, yhtäkkiönaistun maaraan tai tuotannon menetyksen, jälkeen. Tämän muodon vakauden arvioimiseksi tarvitaan järjestelmän dynaamisen suorituksen analysointia riittävän pitkällä aikavälillä huomioidakseen laitteiden, kuten kuormituspeittävien muuntajien, generaattorin kenttäohjausten ja virtarajoittimien käyttäytymistä. Suuren häiriön jännitevakautta tutkitaan yleensä epälineaaristen aikajanojen simulaatioiden avulla tarkalla järjestelmämallinnuksella.

• Pienen häiriön jännitevakaus: Sähköverkon toimintatila osoittaa pieniä häiriöiden jännitevakautta, jos pienien häiriöiden jälkeen kuormien läheisyydessä olevat jännitteet joko pysyv samana tai lähellä niiden häiriötä edeltäneitä arvoja. Tämä käsite liittyy tiiviisti stabiiliin tilaan, ja sitä voidaan analysoida pien-signaalijärjestelmämallien avulla.

Jännitevakan raja

Jännitevakan raja on kriittinen kynnys sähköverkossa, jonka yläpuolella reaktiivisen voiman lisääminen ei enää pysty palauttamaan jännitteitä niiden nominaleille tasoille. Tähän rajalle asti järjestelmän jännitteitä voidaan säätää reaktiivisen voiman lisäämisen avulla säilyttäen vakauden.Voiman siirto ilman hukkaa annettavalla linjalla on seuraavanlainen:

• missä P = siirretty teho per vaihe

• Vs = lähetyspäähän vaihejännite

• Vr = vastaanottopäähän vaihejännite

• X = siirtoreaktanssi per vaihe

• δ = vaihekulma Vs:n ja Vr:n välillä.

Koska linja on ilman hukkaa

Olettaen, että tehon tuotanto on vakio,

Maksimaalisen tehonsiirron tapauksessa: δ = 90º, joten kun δ→∞

Yllä oleva yhtälö määrittelee kriittisen pisteen sijainnin δ:n ja Vs:n käyrällä, olettaen, että vastaanottopäähän jännite pysyy vakiona.Samankaltainen tulos voidaan johtaa olettaen, että lähetyspäähän jännite pysyy vakiona ja käsitellen Vr:a muuttujana järjestelmän analysoinnissa. Tässä skenaariossa tuloksena olemaan yhtälö

Vastaanottopäähän bussipisteen reaktiivisen voiman ilmaisu voidaan kirjoittaa muotoon

Yllä oleva yhtälö edustaa stabiilin tilan jännitevakan rajaa. Se osoittaa, että stabiilin tilan rajalla reaktiivinen voima lähestyy ääretöntä. Tämä tarkoittaa, että derivaatta dQ/dVr tulee nollaksi. Näin ollen rotorin kulmakulman vakausraja stabiilissa tilassa yhtyy stabiilin tilan jännitevakan rajaan. Lisäksi stabiilin tilan jännitevakaus vaikuttaa myös kuormaan.