הבנה Voltage Stability in Power Systems: Large vs. Small Disturbance and Stability Limits הבנת יציבות מתח במערכות חשמל: הפרעות גדולות לעומת קטנות וגבולות יציבות

הגדרת יציבות מתח

יציבות המתח במערכת חשמל מוגדרת כיכולת לשמור על מתחים מקובלים בכל נקודות החיבור תחת תנאים נורמליים של פעולה ואחרי חשיפה להפרעה. בתנאי פעולה נורמליים, המתחים במערכת נשארים יציבים, אך כאשר מתרחשת תקלה או הפרעה, ייתכן שיציבות המתח תיפגע, מה שמוביל לירידה הדרגתית ובלתי ניתנת לשליטה במתח. יציבות מתח לעיתים מכונה "יציבות עומס".

הפרעה ביציבות המתח יכולה לגרום לקריסת מתח אם המתח המשווני לאחר ההפרעה ליד העומסים יורד מתחת למגבלות מקובלות. קריסת מתח היא תהליך שבו הפרעה ביציבות המתח גורמת לפרופיל מתח נמוך מאוד בחלקים קריטיים של המערכת, מה שיכול לגרום לאפילה מלאה או חלקית. חשוב לציין כי המונחים "הפרעה ביציבות מתח" ו"קריסת מתח" משתמשים בהם לעיתים בצורה מתחלפת.

מיון יציבות מתח

יציבות מתח מסווגת לשני סוגים עיקריים:

• יציבות מתח בהפרעות גדולות: זה מתאר את יכולת המערכת לשמור על שליטה במתח אחרי הפרעות גדולות, כגון תקלות במערכת, אובדן עומס פתאומי או אובדן ייצור. הערכה של יציבות זו דורשת ניתוח הביצועים הדינמיים של המערכת לאורך זמן מספיק כדי לקחת בחשבון התנהגות התקנים כמו טרנספורמרים עם שינוי טאפ תחת עומס, בקרות שדה יוצר, ומגבי זרם. יציבות מתח בהפרעות גדולות בדרך כלל נחקרת באמצעות סימולציות בזמן בלתי ליניאריות עם מודלים מדויקים של המערכת.

• יציבות מתח בהפרעות קטנות: מצב פעולה של מערכת חשמל מציג יציבות מתח בהפרעות קטנות אם, אחרי הפרעות קלות, המתח ליד העומסים נשאר ללא שינוי או נשאר קרוב לערכים שלהם לפני ההפרעה. הרעיון הזה קשור באופן הדוק לתנאי יציבה יציבים וניתן לנתח אותו באמצעות מודלים של מערכת בעוצמה קטנה.

גבול יציבות מתח

גבול יציבות המתח הוא הסף הקריטי במערכת חשמל מעבר אליו אין אפשרות לשחזר מתחים לרמותיהם המומלצות באמצעות הזרקת אנרגיה ריאקטיבית. עד לסף זה, ניתן להתאים את המתחים במערכת באמצעות הזרקת אנרגיה ריאקטיבית תוך שמירה על יציבות.ההעברת כוח מעל קו ללא אבדן נתונה על ידי:

• כאשר P = כוח המועבר לכל פאזה

• Vs = מתח הפאזה בצד השולח

• Vr = מתח הפאזה בצד המקבל

• X = ריאקטנס ההעברה לכל פאזה

• δ = זווית הפאזה בין Vs לבין Vr.

מאחר והקו חסר אבדן

בהנחה שהייצור של הכוח קבוע,

עבור העברת כוח מרבית: δ = 90º, כך שכאשר δ→∞

המשוואה 위 מסייעת לקבוע את מיקום הנקודה הקריטית על עקומת δ לעומת Vs, בהנחה שמתח הצד המקבל נשאר קבוע.תוצאה דומה יכולה להיות מושגת בהנחה שמתח הצד השולח נשאר קבוע ו-Vr נחשב כפרמטר משתנה בניתוח המערכת. בסצENARIO זה, המשוואה הנובעת היא

ביטוי האנרגיה הריאקטיבית בצד המקבל יכול להיכתב כ

המשוואה מעל מייצגת את גבול יציבות המתח במצב יציב. היא מצביעה על כך שבקצה גבול יציבות המצב היציב, האנרגיה הריאקטיבית מתקרבת לאינסוף. הדבר מרמז על כך שהנגזרת dQ/dVr הופכת לאפס. לכן, הגבול של יציבות זווית הרוטור במצב יציב מתלכד עם גבול יציבות המתח במצב יציב. בנוסף, יציבות מתח מצב יציב גם מושפעת מהעומס.