Статическая устойчивость электроэнергетических систем

Статическая устойчивость СЭС – это устойчивость при малых возмущениях режима. Есть состояния (режимы), в которых системы после случайного возмущения стремятся восстановить исходный или близкий к нему режим - устойчивые. В других режимах случайное возмущение уводит системы от исходного состояния – не устойчивые

В установившемся режиме между энергией источника W_r, и энергией, расходуемой покрытие потерь, имеется баланс. При каком-либо изменении параметра режима П на ΔП, этот баланс нарушается. Если система обладает такими свойствами, что энергия W=W_H+ после возмущения расходуется более интенсивно, чем приобретается от внешнего источника , то новый режим, возникший в результате возмущения, не может быть обеспечен энергией и в системе должен восстановиться прежний установившийся или близкий к нему режим. Такая система устойчива. Из определения устойчивости следует, что условием сохранения устойчивости системы (критерием устойчивости) является соотношение или в дифференциальной форме . Величину называют избыточной энергией. Эта энергия положительна, если дополнительная генерируемая энергия возрастет интенсивнее, чем нагрузка системы с учётом потерь в ней. При этом условии критерий устойчивости запишется в виде . Для обеспечения устойчивости системы существенное значение имеет запас её статической устойчивости, который характеризуется углами сдвига роторов генераторов и напряжениями в узловых точках системы. Чтобы проверить статическую устойчивость системы, необходимо составить дифференциальные уравнения малых колебаний для всех его элементов и регулирующих устройств, а затем исследовать корни характеристического уравнения на устойчивость. Рассмотрим простейшую схему электрической передачи, в которой генератор работает через трансформатор, и линию на шины неизменного напряжения, т.е. на шины системы, мощность которой настолько велика по сравнению с мощностью рассматриваемой электрической передачи, что напряжение на её шинах можно считать неизменным по амплитуде и фазе при любых режимах рис а.

При исследовании характера переходного процесса воспользуемся угловой характеристикой , где Р – электромагнитная мощность генератора; δ – угол сдвига. Из схем замещения рис. б следует, что результирующее сопротивление

. Векторная диаграмма для нормального режима работы этой электропередачи рис показывает, что

Умножив обе части равенства на , получим активную мощность

, где

При ЭДС генераторов и напряжений на шинах приёмной системы , изменение мощности Р зависит от изменения угла δ.

Графическая зависимость активной мощность Р от угла δ показана на рис.

В установившемся режиме мощность турбины Р₀ равна мощности генератора Р, При этом каждому значению Р₀ соответствуют два значения угла . Однако устойчивый режим работы возможен в точке а. Поскольку зависимость P = f (δ) носит синусоидальный характер, с увеличением угла δ мощность Р сначала возрастает, а затем, начинает падать. При заданных значениях ЭДС генератора и напряжения приемника существует определённый максимум передаваемой мощности, который называется идеальным пределом мощности. Он наступает при d = 90° и определяется выражением . Предположим, что вследствие небольшого возмущения угол увеличился на . Этому соответствуют переход рабочей точки из а в с и увеличение мощности генератора на . В результате увеличения мощности генератора при неизменной мощности турбины равновесие вращающего и тормозящего моментов турбины и генератора нарушается, и на валу машины возникает тормозящий момент. Ротор генератора начинает замедляться, что обуславливает перемещение вектора ЭДС генератора Е в сторону уменьшения угла δ. С уменьшением угла δ вновь восстанавливается исходный режим в точке а. Следовательно, данный режим системы является устойчивым.

В точке b на рис. положительное приращение угла сопровождается отрицательным изменением мощности генератора . Уменьшение мощности генератора вызывает появление ускоряющего момента, под влиянием которого угол δ не уменьшается, а возрастает. С увеличением угла δ мощность падает. Процесс протекает прогрессивно, и генератор выпадает из синхронизма, т.е. режим работы в точке b статически неустойчив. Таким образом, состояние генератора, соответствующее точке а и любой другой точке на возрастающей части синусоидальной характеристики мощности, статически устойчиво. Отсюда вытекает следующий критерий статической устойчивости системы: или . следовательно статическая устойчивость системы обеспечивается, если приращения угла δ и мощности генератора Р имеют один и тот же знак. называется синхронизирующей мощностью. Эта мощность характеризует реакцию генератора на увеличение угла сдвига ротора. Положительный знак её является критерием статической устойчивости. Синхронизирующая мощность определяется выражением . При d < 90° синхронизирующая мощность положительна. Количественная статическая устойчивость характеризуется коэффициентом запаса , где и – максимальная и номинальная мощности системы.

Дата добавления: 2015-08-09