Понимание устойчивости напряжения в энергосистемах: большие и малые возмущения и пределы устойчивости
Определение устойчивости напряжения
Устойчивость напряжения в электрической системе определяется как способность поддерживать приемлемые уровни напряжения на всех шинах как при нормальных условиях работы, так и после воздействия возмущения. В нормальном режиме работы напряжение в системе остается стабильным; однако при возникновении неисправности или возмущения может возникнуть неустойчивость напряжения, что приводит к прогрессирующему и неконтролируемому снижению напряжения. Устойчивость напряжения иногда называют "нагрузочной устойчивостью".
Неустойчивость напряжения может вызвать обвал напряжения, если пост-возмущенное равновесное напряжение вблизи нагрузок падает ниже допустимых пределов. Обвал напряжения — это процесс, при котором неустойчивость напряжения приводит к крайне низкому профилю напряжения на ключевых участках системы, что потенциально может вызвать полный или частичный отключение электроэнергии. Следует отметить, что термины "неустойчивость напряжения" и "обвал напряжения" часто используются взаимозаменяемо.
Классификация устойчивости напряжения
Устойчивость напряжения подразделяется на два основных типа:
Устойчивость напряжения при больших возмущениях: Это относится к способности системы поддерживать контроль над напряжением после значительных возмущений, таких как неисправности в системе, внезапная потеря нагрузки или генерации. Оценка этого вида устойчивости требует анализа динамической производительности системы в течение достаточно длительного периода времени, чтобы учесть поведение устройств, таких как трансформаторы с регулировкой напряжения под нагрузкой, системы управления магнитным полем генераторов и ограничители тока. Устойчивость напряжения при больших возмущениях обычно изучается с использованием нелинейных временных симуляций с точной моделью системы.
Устойчивость напряжения при малых возмущениях: Состояние работы электрической системы характеризуется устойчивостью напряжения при малых возмущениях, если после незначительных возмущений напряжение вблизи нагрузок либо остается неизменным, либо близко к своим значениям до возмущения. Этот концепт тесно связан с установившимися условиями и может быть проанализирован с использованием моделей системы с малыми сигналами.
Предел устойчивости напряжения
Предел устойчивости напряжения — это критический порог в электрической системе, за которым никакое количество инъекции реактивной мощности не сможет восстановить напряжение до номинальных значений. До этого предела напряжение в системе можно корректировать с помощью инъекций реактивной мощности, сохраняя устойчивость.Передача мощности по безындуктивной линии задается следующим образом:
где P = передаваемая мощность на фазу
Vs = фазное напряжение отправляющей стороны
Vr = фазное напряжение принимающей стороны
X = реактивное сопротивление на фазу
δ = фазовый угол между Vs и Vr.
Так как линия безындуктивна
Предполагая, что генерация мощности постоянна,
Для максимальной передачи мощности: δ = 90º, так что при δ→∞
Указанное выше уравнение определяет положение критической точки на кривой δ против Vs, с предположением, что напряжение на принимающей стороне остается постоянным. Аналогичный результат можно получить, предполагая, что напряжение на отправляющей стороне остается постоянным, и рассматривая Vr как переменный параметр при анализе системы. В этом случае результирующее уравнение будет следующим
Выражение реактивной мощности на шине принимающей стороны может быть записано как
Указанное выше уравнение представляет собой предел устойчивости напряжения в установившемся состоянии. Оно указывает, что на пределе устойчивости в установившемся состоянии реактивная мощность стремится к бесконечности. Это означает, что производная dQ/dVr становится равной нулю. Таким образом, предел устойчивости по углу ротора в установившемся состоянии совпадает с пределом устойчивости напряжения в установившемся состоянии. Кроме того, устойчивость напряжения в установившемся состоянии также зависит от нагрузки.
