Динамическая устойчивость электроэнергетических систем

Электроэнергетическая система динамически устойчива, если при каком-либо сильном возмущении сохраняется синхронная работа всех её элементов. Для выяснения принципиальных положении динамической устойчивости рассмотрим явления, происходящие при внезапном отключении одной из двух параллельных цепей ЛЭП (рис. а). Результирующее сопротивление в нормальном режиме определяется выражением , а после отключения одной из цепей – выражением Так как , то справедливо отношение

При внезапном отключении одной из цепей ЛЭП ротор не успевает из-за инерции мгновенно изменить угол δ. Поэтому режим будет характеризоваться точкой b на другой угловой характеристике генератора – характеристике 2 на рис.

После уменьшения его мощности возникает избыточный ускоряющий момент, под действием которого угловая скорость ротора и угол δ увеличиваются. С увеличением угла мощность генератора возрастает по характеристике 2. В процессе ускорения ротор генератора проходит точку с, после которой его вращающий момент становится опережающим. Ротор начинает заторможиваться и, начиная с точки d его угловая скорость уменьшается. Если угловая скорость ротора возрастает до значения= точке е, то генератор выпадает из синхронизма. Об устойчивости системы можно судить по изменению угла δ во времени. Изменение δ, показанное на рис. а, соответствует устойчивой работе системы. При изменении δ по кривой, изображенной на рис. б, система неустойчива.

Рассмотрим переходный процесс при КЗ одной из цепей ЛЭП с последующим её отключением (рис. а). Схемы замещения для нормального и послеаварийного режимов на рис. б и в.

Угловая характеристика мощности генератора для нормального режима определяется выражением , где

, а для послеаварийного режима – выражением , где .

Схему замещения электропередачи для аварийного режима можно получить, если в точку КЗ включить шунтирующее сопротивление (рис. а), значение которого зависит от вида КЗ: при трёхфазном КЗ; при однофазном КЗ и при двухфазном КЗ на землю, где – суммарные сопротивления схем нулевой и обратной последовательностей относительно точки КЗ.

Схему замещения, показанную на рис. а можно последовательно преобразовать из звезды (рис. б) в треугольник (рис. в), в котором , , . Сопротивления и подключенные непосредственно к E ' и к , на активную мощность генератора в аварийном режиме существенно не влияют и могут не учитываться. При этом вся активная мощность генератора передаётся через сопротивление , связывающее E ' с , а угловая характеристика мощности генератора .

Амплитуда угловой характеристики мощности для аварийного режима зависит от сопротивления . Это сопротивление является взаимным сопротивлением между ЭДС E ' и . С уменьшением сопротивления шунта сопротивление увеличивается, что приводит к снижению . Наиболее тяжёлым будет аварийный режим при трёхфазном КЗ в начале ЛЭП, когда сопротивление бесконечно велико, а . Самый легкий аварийный режим соответствует однофазному КЗ, при котором сопротивление шунта КЗ будет максимальным. Угловые характеристики мощности генератора для нормального , аварийного и послеаварийного режимов показаны на рис. Отдаваемая генератором мощность и угол между E ' и напряжением в нормальном режиме обозначены соответственно . В начальный момент КЗ из-за инерции ротора генератора угол δ мгновенно измениться не может. Это приводит к внезапному уменьшению мощности от точки а на характеристике до точки b на характеристике . В результате на валу генератора возникает избыточный ускоряющий момент, обусловленный разностью мощностей первичного двигателя и генератора, под влиянием которого ротор генератора начинает перемещаться относительно вектора напряжения приёмной системы (угол δ увеличивается). Этому перемещению соответствует увеличение мощности по характеристике в направлении к точке с.

Если при каком-либо значении угла повреждённая цепь откл, то в этот момент произойдет изменение мощности генер из точки с характеристики в точку d характеристики . Мощность же первичного двигателя генер во время ПП останется неизменной и равной . Ротор генератора ещё некоторое время продолжает движение в сторону увеличения угла δ, пока не израсходуется запасённая им на пути от до кинетическая энергия. В этот период генератор покрывает избыток отдаваемой им электромагнитной мощности за счёт кинетической энергии, запасённой им во время ускорения. Если вся кинетическая энергия будет израсходована до достижения ротором генератора угла ,то под действием избыточного тормозящего момента ротор начнёт перемещаться в обратном направлении по характеристике и после нескольких колебаний перейдёт в новый установившийся режим с углом . Если ротор пройдёт угол , то избыточный момент вновь станет ускор. С увел угла δ ускоряющий момент ротора будет прогрессивно возрастать, и генер выйдёт из синхрон. Таким образом, в первом случае система динамически устойчива, а во втором – неустойчива. Рассмотренные переходные режимы системы при разных возмущениях позволяют сформулировать отличительные признаки статической и динамической устойчивости: при статической устойчивости в процессе появления возмущений мощность генератора меняется по одной и той же угловой характеристике, а после их исчезновения параметры системы остаются такими же, как и до появления возмущений; для динам.уст наоборот

Дата добавления: 2015-08-09