Розуміння стабільності напруги в електроенергетичних системах: велика та мала збудження та межі стабільності

Визначення стійкості напруги

Стійкість напруги в електроенергетичній системі визначається як здатність підтримувати прийнятні значення напруги на всіх шинах як в нормальних умовах роботи, так і після дії завад. У нормальному режимі роботи напруга в системі залишається стабільною; однак, коли виникає аварія або завада, може виникнути нестабільність напруги, що призводить до поступового і неконтрольованого спаду напруги. Стійкість напруги іноді називають "навантаженням стійкості."

Нестабільність напруги може спричинити обвал напруги, якщо рівень напруги після завади опускається нижче допустимих меж. Обвал напруги — це процес, при якому нестабільність напруги призводить до надзвичайно низького профілю напруги в критичних частинах системи, що може призвести до повного або часткового відключення. Зазначимо, що терміни "нестабільність напруги" та "обвал напруги" часто використовуються взаємозамінно.

Класифікація стійкості напруги

Стійкість напруги поділяється на два основні типи:

• Стійкість напруги при великих завадах: Це здатність системи підтримувати контроль напруги після значних завад, таких як аварії системи, раптовий втрати навантаження або генерації. Оцінка цієї форми стійкості вимагає аналізу динамічної продуктивності системи протягом достатньо довгого періоду, щоб врахувати поведінку пристроїв, таких як трансформатори з регулюванням напруги під навантаженням, системи керування полем генераторів та обмежувачі струму. Стійкість напруги при великих завадах зазвичай досліджується за допомогою нелінійних симуляцій у часовій області з точним моделюванням системи.

• Стійкість напруги при малих завадах: Експлуатаційний стан електроенергетичної системи відображає стійкість напруги при малих завадах, якщо після невеликих завад напруга близько навантаження залишається незмінною або близько до своїх значень перед завадою. Цей концепт тісно пов'язаний з усталеними умовами і може бути проаналізований за допомогою моделей системи з малими сигналами.

Межа стійкості напруги

Межа стійкості напруги — це критичний поріг в електроенергетичній системі, за яким жодне введення реактивної потужності не може повернути напругу до її номінальних значень. До цієї межі напруга в системі може бути регульована за допомогою введення реактивної потужності, зберігаючи стійкість.Передача потужності через безвтратну лінію визначається формулою:

• де P = потужність, передана на фазу

• Vs = напруга фази на стороні відправника

• Vr = напруга фази на стороні отримувача

• X = реактивна індуктивність на фазу

• δ = фазовий кут між Vs і Vr.

Оскільки лінія безвтратна

Припустимо, що генерація потужності є сталою,

Для максимальної передачі потужності: δ = 90º, так що при δ→∞

Наведене рівняння визначає положення критичної точки на кривій δ відносно Vs, з припущенням, що напруга на стороні отримувача залишається сталою.Схожий результат можна отримати, припустивши, що напруга на стороні відправника є сталою, і вважаючи Vr змінним параметром при аналізі системи. У цьому випадку, отримане рівняння є

Вираз реактивної потужності на шині отримувача може бути записаний як

Наведене рівняння представляє собою межу стійкості напруги в усталеному стані. Воно показує, що на межі стійкості в усталеному стані реактивна потужність наближається до нескінченності. Це означає, що похідна dQ/dVr стає нульовою. Таким чином, межа стійкості роторного кута в усталеному стані збігається з межею стійкості напруги в усталеному стані. Крім того, стійкість напруги в усталеному стані також залежить від навантаження.