Razumevanje stabilnosti napetosti v električnih sistemih: velike vs. male motnje in meje stabilnosti

Definicija stabilnosti napetosti

Stabilnost napetosti v sistemu oskrbe s strujom je definirana kot sposobnost ohranjanja sprejemljivih napetosti na vseh vozliščih tako pod normalnimi delovnimi pogoji kot tudi po izpostavljenosti motnjam. V normalnem delovanju ostajajo napetosti sistema stabilne; ko pa pride do okvare ali motnje, se lahko pojavi nestabilnost napetosti, kar vodi do postopnega in nekontroliranega upada napetosti. Stabilnost napetosti se pogosto imenuje tudi "stabilnost obremenitve".

Nestabilnost napetosti lahko sproži padec napetosti, če se enakomerno stanje napetosti blizu obremenitev po motnji spusti pod sprejemljive meje. Padec napetosti je proces, v katerem nestabilnost napetosti vodi do zelo nizkega profila napetosti v ključnih delih sistema, kar lahko povzroči popolno ali delni odrez. Opomba: Izraza "nestabilnost napetosti" in "padec napetosti" pogosto uporabljamo zamenjavo.

Razvrščanje stabilnosti napetosti

Stabilnost napetosti je razdeljena na dva glavna tipa:

• Stabilnost napetosti pri velikih motnjah: To se nanaša na sposobnost sistema ohranjati nadzor nad napetostjo po velikih motnjah, kot so sistemsko okvare, nenadno izguba obremenitve ali proizvodnje. Ocenjevanje te vrste stabilnosti zahteva analizo dinamičnega ravnanja sistema v časovnem okviru, ki je dovolj dolg, da zajame ravnanje naprav, kot so transformatorji z menjalnikom tapa, nadzori polja generatorjev in omejevalniki tokov. Stabilnost napetosti pri velikih motnjah se običajno preučuje z nelinearnimi simulacijami v časovnem domeni z natančnim modeliranjem sistema.

• Stabilnost napetosti pri majhnih motnjah: Delovanjsko stanje sistema kaže stabilnost napetosti pri majhnih motnjah, če po manjših motnjah napetosti blizu obremenitev ostanete nespremenjene ali blizu svojih vrednosti pred motnjo. Ta koncept je tesno povezan z stacionarnimi pogoji in ga lahko analiziramo z modeli sistema malih signalov.

Meja stabilnosti napetosti

Meja stabilnosti napetosti je kritična meja v sistemu oskrbe s strujom, preko katere ni mogoče s pretokom reaktivne moči obnoviti napetosti na njihove nominalne vrednosti. Do te meje lahko napetosti sistema prilagodimo s pretokom reaktivne moči, medtem ko ohranjamo stabilnost.Pretok moči preko brezizgubne črte je dan z:

• kjer P = pretok moči na fazo

• Vs = fazna napetost oddajalca

• Vr = fazna napetost sprejemnika

• X = prenosna reaktivna indukcija na fazo

• δ = fazni kot med Vs in Vr.

Ker je črta brezizgubna

Ob predpostavki, da je proizvodnja moči konstantna,

Za maksimalni pretok moči: δ = 90º, tako da, ko δ → ∞

Zgoraj navedena enačba določa položaj kritične točke na krivulji δ glede na Vs, z predpostavko, da ostane napetost sprejemnika konstantna.Podoben rezultat lahko dobimo z predpostavko, da je napetost oddajalca konstantna in z obravnavo Vr kot spremenljiv parameter pri analizi sistema. V tem primeru je dobljena enačba

Izraz za reaktivno moč na vozlišču sprejemnika lahko zapišemo kot

Zgoraj navedena enačba predstavlja stacionarno mejo stabilnosti napetosti. To pomeni, da pri stacionarni mejni stabilnosti reaktivna moč približno doseže neskončnost. To nakazuje, da je odvod dQ/dVr enak nič. Tako se meja stabilnosti rotorja pod stacionarnimi pogoji ujema z stacionarno mejo stabilnosti napetosti. Poleg tega je stacionarna stabilnost napetosti tudi vplivana na obremenitev.