Estabilitat transitoria en el sistema elèctric

La capacitat d'un sistema d'energia síncrona de tornar a una condició estable i mantenir la seva sincronització després d'una pertorbació relativament gran que prové de situacions generals com l'activació o desactivació d'elements de circuit, o la eliminació de falles, etc., es coneix com a estabilitat transitoria en el sistema d'energia. Més sovint que no, els sistemes de generació d'energia són subjectes a falles d'aquest tipus, i per tant és extremadament important que els enginyers d'energia estiguin ben familiaritzats amb les condicions d'estabilitat del sistema.
En la pràctica general, els estudis relacionats amb l'estabilitat transitoria en el sistema d'energia es fan durant un període mínim igual al temps necessari per a un vaixell, que aproximadament és d'uns 1 segon o menys. Si es troba que el sistema és estable durant aquest primer vaixell, es suposa que la pertorbació disminuirà en els vaixells subsequents, i el sistema serà estable després, com és el cas. Ara, per determinar matemàticament si un sistema és estable o no, hem de derivar l'equació de vaixell del sistema d'energia.

Equació de vaixell per determinar l'estabilitat transitoria

Per determinar l'estabilitat transitoria d'un sistema d'energia utilitzant l'equació de vaixell, considerem un generador síncron alimentat amb potència d'eix PS produint una torsió mecànica igual a TS com es mostra en la figura següent. Això fa girar la màquina a una velocitat de ω rad/sec i la torsió electromagnètica de sortida i la potència generada en el costat receptor es expressen com TE i PE respectivament.
Quan el generador síncron es alimenta d'un extrem i s'aplica una càrrega constant a l'altre, hi ha algun desplaçament angular relatiu entre l'eix del rotor i el camp magnètic del estator, conegut com a angle de càrrega δ, que és directament proporcional a la càrrega de la màquina. En aquest moment, la màquina es considera que funciona en condicions estables.

Ara, si afegim o treiem càrrega de la màquina de manera repentina, el rotor decelera o accelera respectivament respecte al camp magnètic de l'estator. La condició de funcionament de la màquina ara esdevé inestable i el rotor es diu que està vaixellant respecte al camp de l'estator, i l'equació que obtenim donant el moviment relatiu de l'angle de càrrega δ respecte al camp magnètic de l'estator és coneguda com a equació de vaixell per a l'estabilitat transitoria d'un sistema d'energia.
Aquí, per a entendre millor, considerem el cas on un generador síncron es veu súbitament aplicat amb una càrrega electromagnètica més gran, que porta a la inestabilitat fent que PE sigui menor que PS mentre el rotor experimenta una decel·leració. Ara, la quantitat addicional de potència acceleradora necessària per tornar la màquina a una condició estable es dóna per,

De manera similar, la torsió acceleradora es dóna per,

Ara sabem que

(ja que T = corrent × acceleració angular)
Més endavant, el moment angular, M = Iω

Però, ja que en carregar el desplaçament angular θ varia continuament amb el temps, com es mostra en la figura següent, podem escriure.

Diferenciant dues vegades la equació anterior respecte al temps, obtenim,

on l'acceleració angular

Així, podem escriure,

Ara, la potència electromagnètica transmesa es dóna per,

Així, podem escriure,

Això es coneix com a equació de vaixell per a l'estabilitat transitoria en el sistema d'energia.

Declaració: Respecta l'original, els bons articles meritxen ser compartits, si hi ha alguna infracció contacta per eliminar.