การเข้าใจความมั่นคงของแรงดันไฟฟ้าในระบบพลังงาน: การรบกวนขนาดใหญ่กับขนาดเล็กและการจำกัดความมั่นคง

นิยามของความมั่นคงทางแรงดัน

ความมั่นคงทางแรงดันในระบบไฟฟ้าถูกกำหนดให้เป็นความสามารถในการรักษาแรงดันที่ยอมรับได้ที่บัสทุกตัวภายใต้ทั้งสภาพการทำงานปกติและหลังจากเกิดการรบกวน ในการทำงานปกติ แรงดันในระบบจะคงที่ แต่เมื่อมีข้อผิดพลาดหรือการรบกวนเกิดขึ้น อาจเกิดความไม่มั่นคงทางแรงดันซึ่งนำไปสู่การลดลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปและควบคุมไม่ได้ ความมั่นคงทางแรงดันบางครั้งเรียกว่า "ความมั่นคงของการโหลด"

ความไม่มั่นคงทางแรงดันสามารถทำให้เกิดการล้มเหลวของแรงดันหากแรงดันสมดุลหลังจากการรบกวนใกล้กับโหลดต่ำกว่าขีดจำกัดที่ยอมรับได้ การล้มเหลวของแรงดันเป็นกระบวนการที่ความไม่มั่นคงทางแรงดันทำให้แรงดันต่ำมากในส่วนสำคัญของระบบ อาจทำให้เกิดการดับไฟทั้งหมดหรือบางส่วน ควรทราบว่าคำว่า "ความไม่มั่นคงทางแรงดัน" และ "การล้มเหลวของแรงดัน" มักใช้สลับกันได้

การจำแนกความมั่นคงทางแรงดัน

ความมั่นคงทางแรงดันถูกแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก:

• ความมั่นคงทางแรงดันจากการรบกวนขนาดใหญ่：นี่หมายถึงความสามารถของระบบในการรักษาการควบคุมแรงดันหลังจากการรบกวนที่สำคัญ เช่น ข้อผิดพลาดของระบบ การสูญเสียโหลดอย่างฉับพลัน หรือการสูญเสียกำลังผลิต การประเมินความมั่นคงนี้ต้องวิเคราะห์ประสิทธิภาพแบบไดนามิกของระบบในช่วงเวลาที่ยาวพอเพื่อพิจารณาพฤติกรรมของอุปกรณ์เช่น ทรานสฟอร์เมอร์ที่ปรับเทปตามโหลด ระบบควบคุมสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และวงจรจำกัดกระแส ความมั่นคงทางแรงดันจากการรบกวนขนาดใหญ่มักศึกษาโดยใช้การจำลองแบบไม่เชิงเส้นในโดเมนเวลาพร้อมการจำลองระบบอย่างถูกต้อง

• ความมั่นคงทางแรงดันจากการรบกวนขนาดเล็ก：สถานะการทำงานของระบบไฟฟ้าแสดงความมั่นคงทางแรงดันจากการรบกวนขนาดเล็กหากหลังจากการรบกวนเล็ก ๆ แรงดันใกล้กับโหลดยังคงไม่เปลี่ยนแปลงหรืออยู่ใกล้กับค่าก่อนการรบกวน แนวคิดนี้มีความสัมพันธ์ใกล้ชิดกับสภาพคงที่และสามารถวิเคราะห์โดยใช้โมเดลระบบแบบสัญญาณเล็ก

ขีดจำกัดความมั่นคงทางแรงดัน

ขีดจำกัดความมั่นคงทางแรงดันคือจุดวิกฤตในระบบไฟฟ้าที่เกินไปแล้วไม่มีการฉีดพลังงาน реакทีฟใด ๆ ที่สามารถคืนค่าแรงดันกลับสู่ระดับมาตรฐานได้ จนถึงขีดจำกัดนี้ แรงดันระบบสามารถปรับได้โดยการฉีดพลังงานปฏิกิริยาขณะรักษาความมั่นคงการโอนพลังงานผ่านสายที่ไม่มีการสูญเสียคือ:

• เมื่อ P = พลังงานที่โอนผ่านเฟส

• Vs = แรงดันเฟสที่ส่ง

• Vr = แรงดันเฟสที่รับ

• X = ปฏิกิริยาการโอนต่อเฟส

• δ = มุมเฟสระหว่าง Vs และ Vr.

เนื่องจากสายไม่มีการสูญเสีย

โดยสมมติว่าการสร้างพลังงานคงที่

สำหรับการโอนพลังงานสูงสุด: δ = 90º ดังนั้น เมื่อ δ→∞

สมการข้างต้นกำหนดตำแหน่งของจุดวิกฤตบนเส้นโค้งของ δ ต่อ Vs โดยสมมติว่าแรงดันที่รับคงที่ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกันสามารถได้มาโดยสมมติว่าแรงดันที่ส่งคงที่และใช้ Vr เป็นพารามิเตอร์ที่แปรได้เมื่อวิเคราะห์ระบบ ในสถานการณ์นี้ สมการที่ได้คือ

การเขียนพลังงานปฏิกิริยาที่บัสที่รับอาจเขียนเป็น

สมการข้างต้นแทนขีดจำกัดความมั่นคงทางแรงดันในภาวะคงที่ แสดงว่าที่ขีดจำกัดความมั่นคงทางแรงดันในภาวะคงที่ พลังงานปฏิกิริยาเข้าใกล้อนันต์ นั่นหมายความว่าอนุพันธ์ dQ/dVr เท่ากับศูนย์ ดังนั้น ขีดจำกัดความมั่นคงของมุมโรเตอร์ในภาวะคงที่จะตรงกับขีดจำกัดความมั่นคงทางแรงดันในภาวะคงที่ นอกจากนี้ ความมั่นคงทางแรงดันในภาวะคงที่ยังได้รับผลกระทบจากโหลด