Razumevanje stabilnosti napona u električnim sistemima: Velika i mala perturbacija i granice stabilnosti

Definicija stabilnosti napona

Stabilnost napona u električnom sistemu definiše se kao sposobnost održavanja prihvatljivih naponih na svim čvorovima kako pod normalnim uslovima rada tako i nakon izlaganja nekoj perturbaciji. Takođe, pod normalnim radnim uslovima, naponi u sistemu ostaju stabilni; međutim, kada dođe do greške ili perturbacije, može doći do nestabilnosti napona, što dovodi do progresivnog i nekontrolisanog pada napona. Stabilnost napona ponekad se naziva i "stabilnošću opterećenja".

Nestabilnost napona može pokrenuti kolaps napona ako post-perturbacijski ravnotežni napon blizu opterećenja padne ispod prihvatljivih granica. Kolaps napona je proces u kojem nestabilnost napona rezultira ekstremno niskim profilom napona na ključnim delovima sistema, potencijalno uzrokujući totalni ili delimični pad napona. Važno je napomenuti da se termini "nestabilnost napona" i "kolaps napona" često koriste zamenljivo.

Klasifikacija stabilnosti napona

Stabilnost napona se kategorizuje u dva glavna tipa:

• Stabilnost napona pri velikim perturbacijama: Ovo se odnosi na sposobnost sistema da održava kontrolu napona nakon značajnih perturbacija, poput grešaka u sistemu, naglog gubitka opterećenja ili generacije. Procena ove vrste stabilnosti zahteva analizu dinamičkog ponašanja sistema tokom vremenskog perioda koji je dovoljno dug da obuhvati ponašanje uređaja poput transformatora sa promenljivim odnosom prelaza, kontrole polja generatora i ograničitelja struje. Stabilnost napona pri velikim perturbacijama obično se proučava korišćenjem nelinearnih simulacija u vremenskom domenu sa tačnim modeliranjem sistema.

• Stabilnost napona pri malim perturbacijama: Stanje rada električnog sistema pokazuje stabilnost napona pri malim perturbacijama ako, nakon manjih perturbacija, naponi blizu opterećenja ostaju nepromenjeni ili bliši svojim pre-perturbacijskim vrednostima. Ovaj koncept je tesno povezan sa stacionarnim uslovima i može se analizirati korišćenjem modela sistema sa malim signalima.

Granična vrednost stabilnosti napona

Granična vrednost stabilnosti napona predstavlja kritičnu granicu u električnom sistemu, preko koje ni jedan iznos ubacivanja reaktivne snage ne može vratiti napone na njihove nominalne vrednosti. Do te granice, naponi u sistemu mogu biti prilagođeni putem ubacivanja reaktivne snage dok se održava stabilnost.Prenos snage preko linije bez gubitaka dat je sa:

• gde P = prenesena snaga po fazi

• Vs = fazni napon na pošiljačkoj strani

• Vr = fazni napon na primateljskoj strani

• X = prenosna reaktivna impedansa po fazi

• δ = fazni ugao između Vs i Vr.

Pošto je linija bez gubitaka

Pretpostavljajući da je generisanje snage konstantno,

Za maksimalni prenos snage: δ = 90º, tako da kada δ → ∞

Gornja jednačina određuje položaj kritične tačke na krivoj δ u zavisnosti od Vs, sa pretpostavkom da napon na primateljskoj strani ostaje konstantan.Sličan rezultat može se izvesti pretpostavljajući da je napon na pošiljačkoj strani konstantan i tretirajući Vr kao promenljiv parametar prilikom analize sistema. U ovom scenariju, rezultujuća jednačina je

Izraz za reaktivnu snagu na čvoru primateljske strane može se zapisati kao

Gornja jednačina predstavlja graničnu vrednost stabilnosti napona u stacionarnom stanju. To ukazuje da, na graničnoj vrednosti stabilnosti u stacionarnom stanju, reaktivna snaga teži beskonačnosti. To znači da derivacija dQ/dVr postaje nula. Dakle, granična vrednost stabilnosti rotor-sklopova u stacionarnom stanju poklapa se sa graničnom vrednosti stabilnosti napona u stacionarnom stanju. Takođe, stacionarna stabilnost napona takođe je uticajna na opterećenje.