Begrip van spanningstabiliteit in elektriciteitsnetwerken: Grote versus kleine storingen en stabiliteitslimieten

Definitie van spanningstabiliteit

Spanningstabiliteit in een elektriciteitsnetwerk wordt gedefinieerd als de mogelijkheid om aanvaardbare spanningen op alle busknooppunten te handhaven, zowel onder normale bedrijfsomstandigheden als na blootstelling aan een storing. Tijdens normaal gebruik blijven de spanningen in het systeem stabiel; echter, wanneer er een fout of storing optreedt, kan spanningonstabieleid tot een progressieve en oncontroleerbare daling van de spanning. Spanningstabiliteit wordt soms ook aangeduid als "belastingsstabiliteit."

Spanningsinstabiliteit kan leiden tot een spanningseffect als de evenwichtsspanning na de storing bij belastingen onder aanvaardbare grenzen valt. Een spanningseffect is een proces waarbij spanningonstabieleid tot een extreem laag spanningprofiel over kritieke delen van het systeem resulteert, wat potentiële een totale of gedeeltelijke stroomonderbreking kan veroorzaken. Het is opmerkelijk dat de termen "spanningsinstabiliteit" en "spanningseffect" vaak door elkaar worden gebruikt.

Classificatie van spanningstabiliteit

Spanningstabiliteit wordt ingedeeld in twee hoofdtypen:

• Grote-storingspanningstabiliteit: Dit verwijst naar de mogelijkheid van het systeem om spanningcontrole te handhaven na significante storingen, zoals systeemfouten, plotselinge belastingsverlies of generatieverlies. Het beoordelen van deze vorm van stabiliteit vereist het analyseren van de dynamische prestaties van het systeem over een tijdperk dat lang genoeg is om rekening te houden met het gedrag van apparaten zoals geladen tikkende transformators, generatorveldbesturingen en stroombeperkers. Grote-storingspanningstabiliteit wordt meestal bestudeerd met behulp van niet-lineaire tijdgebonden simulaties met nauwkeurige systeemmodellering.

• Kleine-storingspanningstabiliteit: Een operatiestatus van een elektriciteitsnetwerk toont kleine-storingspanningstabiliteit als, na minder belangrijke storingen, de spanningen bij belastingen onveranderd blijven of dicht bij hun voorafgaande waarden blijven. Dit concept is nauw verbonden met stabiele toestanden en kan worden geanalyseerd met behulp van kleine-signaal systeemmodellen.

Spanningstabiliteitslimiet

De spanningstabiliteitslimiet is de kritische drempel in een elektriciteitsnetwerk waarbij geen hoeveelheid reactieve vermogentoediening meer de spanningen naar hun nominale niveaus kan herstellen. Tot deze limiet kunnen de spanningen in het systeem worden aangepast door middel van injectie van reactief vermogen terwijl de stabiliteit wordt gehandhaafd.De vermogensoverdracht over een verliesloze lijn wordt gegeven door:

• waarbij P = overgedragen vermogen per fase

• Vs = zendend fase-spanning

• Vr = ontvangende fase-spanning

• X = overdrachtreactantie per fase

• δ = fasehoek tussen Vs en Vr.

Aangezien de lijn verliesloos is

Met de aanname dat de energieproductie constant is,

Voor maximale vermogensoverdracht: δ = 90º, zodat als δ→∞

De bovenstaande vergelijking bepaalt de positie van het kritische punt op de curve van δ versus Vs, met de aanname dat de ontvangende eindspanning constant blijft.Een vergelijkbaar resultaat kan worden afgeleid door de zendende eindspanning constant te veronderstellen en Vr als variabele parameter te behandelen bij de analyse van het systeem. In dit scenario is de resulterende vergelijking

De expressie voor reactief vermogen op de ontvangende eindbus kan worden geschreven als

De bovenstaande vergelijking stelt de staande-waarde spanningstabiliteitslimiet voor. Dit geeft aan dat, bij de staande-waarde stabiliteitslimiet, het reactieve vermogen nadert naar oneindig. Dit impliceert dat de afgeleide dQ/dVr nul wordt. Dus, de rotorhoekstabiliteitslimiet onder staande-waardecondities komt overeen met de staande-waarde spanningstabiliteitslimiet. Bovendien wordt de staande-waarde spanningstabiliteit ook beïnvloed door de belasting.