Förstå spänningsstabilitet i elkraftsystem: Stora jämfört med små störningar och stabilitетsgрaнser

Definition av spänningsstabilitet

Spänningsstabilitet i ett elkraftsystem definieras som förmågan att upprätthålla acceptabla spänningar vid alla busar under både normala driftförhållanden och efter att ha utsatts för en störning. Under normal drift förblir systemets spänningar stabila; men när ett fel eller en störning inträffar kan spänningsinstabilitet uppstå, vilket leder till en progressiv och okontrollerbar spänningsnedgång. Spänningsstabilitet kallas ibland även "belastningsstabilitet."

Spänningsinstabilitet kan utlösa spänningskollaps om jämviktsläget efter störningen faller nedanför godtagbara gränser. Spänningskollaps är en process där spänningsinstabilitet resulterar i extremt låga spänningsprofiler över viktiga delar av systemet, vilket potentiellt kan orsaka total eller partiell strömavbrott. Det bör noteras att termerna "spänningsinstabilitet" och "spänningskollaps" ofta används synonymt.

Klassificering av spänningsstabilitet

Spänningsstabilitet indelas i två huvudtyper:

• Stor-störnings-spänningsstabilitet: Detta refererar till systemets förmåga att bibehålla spänningskontroll efter betydande störningar, såsom systemfel, plötslig belastningsförlust eller generatortapp. Bedömningen av denna form av stabilitet kräver analys av systemets dynamiska prestanda över en tidslängd som är tillräckligt lång för att ta hänsyn till beteendet hos enheter som laddningskopplade trumtransformatorer, generatorfältregulatorer och strömbegränsare. Stor-störnings-spänningsstabilitet studeras vanligtvis med icke-linjära tidsdomänsimulationer med noggrann systemmodellering.

• Liten-störnings-spänningsstabilitet: Ett elsystem i drift har liten-störnings-spänningsstabilitet om, efter mindre störningar, spänningarna nära belastningarna antingen förblir oförändrade eller håller sig nära sina värden innan störningen. Detta koncept är nära kopplat till stillastående villkor och kan analyseras med småsignal-systemmodeller.

Spänningsstabilitetsgräns

Spänningsstabilitetsgränsen är den kritiska tröskeln i ett elkraftsystem där ingen mängd reaktiv effektinjektion kan återställa spänningarna till deras nominella nivåer. Upp till denna gräns kan systemets spänningar justeras genom reaktiv effektinjektion samtidigt som stabiliteten bevaras.Effektoverföring över en förlustfri linje ges av:

• där P = överförd effekt per fas

• Vs = sändande fasens spänning

• Vr = mottagande fasens spänning

• X = överföringsreaktans per fas

• δ = fasvinkel mellan Vs och Vr.

Eftersom linjen är förlustfri

Med antagandet att effektgenereringen är konstant,

För maximal effektoverföring: δ = 90º, så att när δ→∞

Ovanstående ekvation bestämmer positionen för det kritiska punkten på kurvan av δ mot Vs, med antagandet att mottagande slutspänningen förblir konstant.En liknande resultat kan härledas genom att anta att sändande slutspänningen är konstant och behandla Vr som en variabel parameter vid analys av systemet. I detta scenario blir den resulterande ekvationen

Uttrycket för reaktiv effekt vid mottagande slutpunkt kan skrivas som

Ovanstående ekvation representerar den stillastående spänningsstabilitetsgränsen. Den anger att, vid den stillastående stabiliseringsgränsen, närmar sig reaktiv effekt oändligheten. Detta innebär att derivatan dQ/dVr blir noll. Sålunda sammanfaller roteringsvinkelsstabilitetsgränsen under stillastående villkor med den stillastående spänningsstabilitetsgränsen. Dessutom påverkas den stillastående spänningsstabiliteten också av belastningen.