Güç Sistemlerinde Gerilim Kararlılığını Anlamak: Büyük ve Küçük Bozulmalar ile Kararlılık Sınırları

Gerilim Denge Tanımı

Bir elektrik sisteminde gerilim dengesi, normal çalışma koşulları altında ve bir bozulmaya maruz kalınca tüm otobüslerde kabul edilebilir gerilimleri koruma yeteneği olarak tanımlanır. Normal işletim sırasında, sistemin gerilimleri istikrarlı kalmaktadır; ancak bir arıza veya bozulma meydana geldiğinde, gerilim dengesizliği ortaya çıkabilir ve bu durum kontrolsüz ve sürekli bir gerilim düşüşüne yol açabilir. Gerilim dengesi bazen "yük dengesi" olarak da adlandırılır.

Gerilim dengesizliği, yüklerin yakınındaki post-bozulma denge gerilimi kabul edilebilir sınırların altına düştüğünde gerilim çökmesine neden olabilir. Gerilim çökmesi, gerilim dengesizliğinin sonucu olarak sistemün kritik bölümlerinde aşırı düşük bir gerilim profili oluşturduğu bir süreçtir ve bu durum potansiyel olarak tam veya kısmi bir karanlığa yol açabilir. Nota bene, "gerilim dengesizliği" ve "gerilim çökmesi" terimleri genellikle birbiriyle değiştirilebilir olarak kullanılır.

Gerilim Dengesinin Sınıflandırılması

Gerilim dengesi iki ana türe ayrılır:

• Büyük Bozulmalardan Sonra Gerilim Dengesi：Bu, sistem hatları, aniden yük kaybı veya üretim kaybı gibi önemli bozulmalardan sonra gerilim kontrolünü sürdürme yeteneğini ifade eder. Bu tür dengenin değerlendirilmesi, yük üzerinde tap-değiştirici dönüştürücüler, jeneratör alan kontrolleri ve akım sınırlayıcılar gibi cihazların davranışını hesaba katmak için yeterince uzun bir zaman diliminde sistemin dinamik performansının analizini gerektirir. Büyük bozulmalardan sonra gerilim dengesi genellikle hassas sistem modellemesi ile doğrusal olmayan zaman etki simülasyonları kullanılarak incelenir.

• Küçük Bozulmalardan Sonra Gerilim Dengesi：Bir elektrik sisteminin çalışma durumu, küçük bozulmalardan sonra yüklerin yakınındaki gerilimler ya değişmeden kalır ya da bozulmadan önceki değerlerine yakın kalır. Bu kavram, durağan durum koşullarıyla yakından ilişkilidir ve küçük sinyal sistem modelleri kullanılarak analiz edilebilir.

Gerilim Denge Limiti

Gerilim denge limiti, bir elektrik sisteminde reaktif güç enjeksiyonu ile gerilimler nominal seviyelerine geri getirilemeyecek elektiriksel bir kritik eşiğidir. Bu limite kadar, sistem gerilimleri reaktif güç enjeksiyonları ile ayarlanarak istikrarlı tutulabilir.Kayıpsız bir hattan geçen güç şu şekilde verilir:

• burada P = faz başına aktarılan güç

• Vs = gönderici uç faz gerilimi

• Vr = alıcı uç faz gerilimi

• X = faz başına aktarılan reaktans

• δ = Vs ve Vr arasındaki faz açısı.

Hat kayıpsız olduğundan

Güç üretiminin sabit olduğu varsayılırsa,

Maksimum güç aktarımı için: δ = 90º, böylece δ→∞

Yukarıdaki denklem, alıcı ucu geriliminin sabit kaldığı varsayımıyla δ versus Vs eğrisinde kritik noktasının konumunu belirler. Benzer bir sonuç, gönderici ucu geriliminin sabit olduğunu ve sistemi analiz etmek için Vr'yi değişken parametre olarak kabul ederek de elde edilebilir. Bu senaryoda, elde edilen denklem şu şekildedir:

Alıcı ucu otobüsündeki reaktif güç ifadesi şu şekilde yazılabilir:

Yukarıdaki denklem, durağan durum gerilim dengesini ifade eder. Bu, durağan durum dengesinde, reaktif güç sonsuza yaklaşır. Bu, dQ/dVr türevinin sıfır olduğu anlamına gelir. Böylece, durağan durum koşullarında rotör açısı dengesi limiti, durağan durum gerilim dengesi limitiyle çakışır. Ayrıca, durağan durum gerilim dengesi, yükten de etkilidir.