Forståelse av spenningstabilitet i kraftsystemer: Større vs. mindre forstyrrelser og stabilitetsgrenser

Definisjon av spenningstabilitet

Spenningstabilitet i et kraftsystem defineres som evnen til å opprettholde akseptable spenninger på alle noder både under normale driftsforhold og etter at det har blitt utsatt for en forstyrrelse. Under normal drift forbli systemets spenninger stabile; imidlertid kan spenningusikkerhet oppstå når det skjer en feil eller forstyrrelse, noe som fører til en progressiv og ukontrollert spenningsnedgang. Spenningstabilitet blir noen ganger referert til som "belastningsstabilitet."

Spenningusikkerhet kan utløse spenningssammenbrudd hvis post-forstyrrelsens likevekts-spenning nær belastningen faller under akseptable grenser. Spenningssammenbrudd er en prosess hvor spenningusikkerhet fører til en ekstremt lav spenningsprofil over viktige deler av systemet, potensielt med følge av totalt eller delvis mørke. Merk at begrepene "spenningusikkerhet" og "spenningssammenbrudd" ofte brukes synonymt.

Klassifisering av spenningstabilitet

Spenningstabilitet er inndelt i to hovedtyper:

• Stor-forstyrrelsens spenningstabilitet: Dette refererer til systemets evne til å opprettholde spenningkontroll etter betydelige forstyrrelser, som systemfeil, plutselig belastningsmister eller generasjonstab. Vurdering av denne form for stabilitet krever analyse av systemets dynamiske ytelse over en tidslinje lang nok til å ta hensyn til atferden til enheter som lasttapende transformatorer, generatorfeltkontroller og strømbegrensere. Stor-forstyrrelsens spenningstabilitet studeres typisk ved hjelp av ikke-lineære tidsområdesimuleringer med nøyaktig systemmodellering.

• Liten-forstyrrelsens spenningstabilitet: Et kraftsystem i drift viser liten-forstyrrelsens spenningstabilitet hvis, etter små forstyrrelser, spenninger nær belastninger enten forbli uendrede eller står nær deres verdi før forstyrrelsen. Dette konseptet er nært knyttet til likevektsforhold og kan analyseres ved hjelp av småsignal-systemmodeller.

Spenningstabilitetsgrense

Spenningstabilitetsgrensen er den kritiske terskelen i et kraftsystem der ingen mengde reaktiv effektinnsprøytning kan gjenopprette spenninger til deres nominelle nivåer. Inntil denne grensen kan systemspenninger justeres gjennom reaktiv effektinnsprøytning mens stabiliteten opprettholdes.Effektoverføringen over en tapfri linje er gitt ved:

• der P = overført effekt per fase

• Vs = senders endefase-spenning

• Vr = mottakers endefase-spenning

• X = overføringsreaktans per fase

• δ = fasen mellom Vs og Vr.

Ettersom linjen er tapfri

Antar at effektgenereringen er konstant,

For maksimal effektoverføring: δ = 90º, slik at når δ→∞

Den ovennevnte ligningen bestemmer posisjonen til det kritiske punktet på kurven av δ mot Vs, med antagelsen at mottaker-endespenningen forbli konstant.Et tilsvarende resultat kan utledes ved å anta at sender-endespenningen er konstant og behandle Vr som en variabel parameter når man analyserer systemet. I dette scenariet er den resulterende ligningen

Utrykket for reaktiv effekt ved mottaker-endebuss kan skrives som

Den ovennevnte ligningen representerer den stabile spenningsgrensen under likevektsforhold. Den indikerer at, ved den stabile spenningsgrensen, nærmer reaktiv effekt seg uendelig. Dette impliserer at derivatet dQ/dVr blir null. Dermed samsvarer rotorvinkels stabilitetsgrense under likevektsforhold med den stabile spenningsgrensen. I tillegg påvirkes den stabile spenningstabiliteten også av belastningen.