Predavanje. Dinamička stabilnost najjednostavnijeg sustava

20. Koncept dinamičke stabilnosti sustava. Osnovne pretpostavke u pojednostavljenoj analizi.

Dinamička stabilnost je sposobnost sustava da nakon većeg poremećaja dođe u tako stabilan način rada, u kojem su vrijednosti parametara režima prihvatljive prema uvjetima rada sustava i opskrbe potrošača električnom energijom.

Načini rada sustava:

1) Normalni način rada; 2) Način rada kratkog spoja; 3) Način rada nakon nužde na liniji s jednim krugom.

Glavni zadatak u rješavanju problema dinamičke stabilnosti yavl. problem pronalaženja graničnog kuta isključenja kratkog spoja.

DC kriterij:

Fusk≤Moguća forma

Pretpostavke:

1. Moment rotacije sinkronog stroja u relativnim jedinicama može se uzeti jednak snazi

2. Promjene otpora sinkronih strojeva i transformatora uslijed zasićenja čelika ne uzimaju se u obzir u proračunima ili se uzimaju u obzir približno smanjenjem supstituiranog otpora.

3. U proračunima dinamičke stabilnosti dopušteno je zanemariti aperiodičnu struju statora i periodičnu struju rotora sinkronih strojeva.

4. Pretpostavlja se da na rotor sinkronog stroja utječe elektromagnetski moment uzrokovan samo strujama pozitivnog niza koje teku kroz stator stroja.

5. U složenim sustavima unaprijed pojednostaviti konfiguraciju mreže i smanjiti broj strojeva (zamjenom nekoliko generatora i elektrana s jednim ekvivalentom, kombiniranjem ili prijenosom opterećenja).

6. Najjednostavniji izračuni stabilnosti mogu se izvesti na temelju konstantnosti EMF E q 'Ovo omogućuje da se sinkroni stroj predstavi ekvivalentnim krugom u obliku prolazne reaktancije x“ d i EMF E q ’.

7. Sve promjene u načinu rada sustava odražavaju se u promjeni njegove sheme, u kojoj se uvode nove vrijednosti otpora, EMF sinkronih strojeva i njihove mehaničke snage.

21.Dinamička stabilnost stanice koja radi na gumama beskonačne snage. Pravilo područja i rezultirajući kriteriji održivosti.

U prvom trenutku vremena dolazi do prijelaza sa karakteristike snage 1 na karakteristiku 2. Zbog tromosti rotora kut b ne može se trenutno mijenjati od točke a do točke c. Na osovini generatora nastaje višak zakretnog momenta koji je određen razlikom snage turbine i snage novog generatora (točka b). Pod utjecajem viška momenta rotor generatora počinje ubrzavati s povećanjem kuta b. Kao rezultat ubrzanja, radna točka počinje se kretati duž karakteristike 2 prema točki c. U točki s viškom okretnog momenta je nula, a brzina rotora je maksimalna. Nakon prolaska točke c, na rotor djeluje kočni moment, koji doseže maksimum u točki d. Nadalje, kočni moment prisiljava radnu točku da se pomakne u točku c sa smanjenjem kuta b. Prolazeći točku c, rotor počinje ponovno ubrzavati do točke b zbog viška zakretnog momenta. Tada počinje novi ciklus relativnog gibanja rotora generatora. Krivulja b (t) ima prigušni karakter zbog mehaničkih i električnih gubitaka snage na osovini.

Fabc i fcde jastučići se nazivaju jastučići za ubrzanje i usporavanje. Za određivanje maksimalnog kuta nagiba rotora b m dovoljno je ispuniti uvjet Fsc = Fstorm. Ako maksimalni kut prijeđe 6 kr, generator će prestati sinkronizirati. U tom slučaju, moguće područje kočenja bit će jednako fcdm.

Kriterij dinamičke stabilnosti može se zapisati kao sljedeća nejednakost: Fusk =Ftorm moguća

Faktor sigurnosti dinamičke stabilnosti izračunava se po formuli Kz = (Fmoguća oluja -Fubrzati) /Fusk

22. Analiza dinamičke stabilnosti pri odspajanju kratkog spoja. Granični kut isključenja kratkog spoja. Vremensko ograničenje.

U trenutku kratkog spoja dolazi do prijelaza s karakteristike 1 na karakteristiku 2. na osovini generatora nastaje višak zakretnog momenta koji je određen razlikom snage turbine i snage novog generatora (točka b). Pod utjecajem viška momenta rotor generatora počinje ubrzavati s povećanjem kuta b. Kao rezultat ubrzanja, radna točka počinje se kretati duž karakteristike 2 prema točki c. U točki c kratki spoj je isključen pod kutom. Radna točka se prebacuje na krivulju 3 post-hitnog načina rada. U točki e na rotor djeluje kočni moment jednak segmentu ed. Zaliha kinetičke energije je dovoljna do točke f . Nadalje, kočni moment tjera radnu točku da se pomakne do točke h sa opadajućim kutom b. Prolazeći točku h, rotor ponovno počinje ubrzavati zbog viška momenta. Nadalje, radna točka fluktuira oko točke h prema karakteristici 3. Zbog mehaničkih i električnih gubitaka snage na osovini, kut b će se uspostaviti u točki h.

Prema kriteriju dinamičke stabilnosti, generator neće ići iz sinkronizacije sve dok točka / ne prijeđe kut od 6 cr.

Polako pomičući kut b off u smjeru povećanja, možete pronaći granični kut isključenja zadanog kratkog spoja b off prije kada su platforme abcd i dem jednake. Rješavanje integralne jednadžbe, granični kut isključenja kratkog spoja

S trofaznim kratkim spojem na sabirnicama generatora ili potpunim prekidom (isključenjem) voda, u formuli treba uzeti P m2 = 0.

23. Metode za proračun dinamičke stabilnosti složenih električnih sustava. Metode numeričke integracije.

Ako dio EPS-a predstavimo kao sustav s tri generatora, tada se aktivna snaga generatora izražava u obliku sljedećih formula:

Proračun stabilnosti u složenim sustavima općenito je sljedeći:

1. Postavite aktivnu i jalu snagu svakog generatora u normalnom načinu rada. Odrediti raspodjelu tokova snage u strujnom krugu. Provjerite ravnotežu aktivne i jalove snage.

2. Napravite ekvivalentni krug normalnog načina rada, predstavljate opterećenje s konstantnim otporima. Odrediti EMF elektrana i kutove između njih u normalnom pogonu. Izračunajte intrinzične i međusobne vodljivosti za sve stanice. Zabilježite karakteristike snage za svaki generator.

3. Napravite ekvivalentne strujne krugove obrnutog i nultog niza i odredite rezultirajuće otpore obrnutog i nultog niza, koji se odnose na točku kratkog spoja. Izračunajte intrinzičnu i međusobnu vodljivost za sve stanice i zabilježite karakteristike snage za svaki generator u nuždi.

4. Napravite ekvivalentne strujne krugove za način rada nakon nužde. Izračunajte intrinzičnu i međusobnu vodljivost za sve stanice i zabilježite karakteristike snage za svaki generator u načinu rada nakon nužde. Konstruirajte kutne karakteristike triju načina rada i odredite granični kut isključenja kratkog spoja.

5. Nakon toga prijeđite na proračun kutnih pomaka Poznavajući kutove divergencije rotora strojeva u trenutku kratkog spoja, pronađite vrijednosti snage koju daju strojevi.

6. Pronađite viškove snage na početku prvog intervala ΔR 1 (0) = R 10 -R 1, itd.

7. Izračunajte kutne pomake rotora stroja tijekom prvog intervala Δδ 1 (1) = k 1 ΔR 1 (0) / 2, itd.

8. Odredite nove vrijednosti kutova na kraju prvog intervala Δδ 1 (1) = δ1 (0) - δ 1 (1)

9. Ponovite korake 1-8 za sljedeće. intervalima.

Svrha predavanja: razmatranje načina rada sustava u slučaju iznenadnog isključenja jednog od dva paralelna prijenosna kruga.

Razmotrimo najjednostavniji slučaj, kada elektrana radi kroz dvokružni vod na gumama beskonačnog kapaciteta. Uvjet konstantnog napona na sabirnicama sustava (U = const) isključuje oscilacije generatora prijamnog sustava i uvelike pojednostavljuje analizu dinamičke stabilnosti.

Kako bismo razjasnili temeljne odredbe dinamičke stabilnosti, razmotrimo fenomene koji nastaju kada se jedan od dva paralelna kruga prijenosa energije naglo isključi (vidi sliku 12.1), koji povezuje udaljenu stanicu sa sabirnicama konstantnog napona.

Slika 12.1

Ekvivalentni krug u normalnom načinu rada (prije isključivanja kruga) prikazan je na slici 12.2, a. Induktivna reaktancija sustava

X c = X g + X t1 + 0,5X l + X t2,

određuje amplitudu karakteristike snage pod ovim uvjetima:

Slika 12.2

Kada se jedan krug dalekovoda odspoji, induktivna reaktancija sustava dobiva novu vrijednost.

X c1 = X g + X t1 + X l + X t2,

što je više nego u normalnom načinu rada. U skladu s tim, amplituda karakteristike snage kada je krug isključen, smanjuje se na vrijednost EU / X c1.

Karakteristike snage u normalnim radnim uvjetima i s isključenim krugom prikazane su na slici 12.3.

Slika 12.3

Normalni način rada odgovara krivulji ja, na način rada nakon isključivanja - krivulja II... Točka a i kut δ 0 pri snazi ​​P 0 određuju način rada prije gašenja. Točka b određuje način rada nakon gašenja pri istoj vrijednosti kuta δ = δ 0 kao u normalnom načinu rada.

Dakle, u trenutku isključivanja kruga, način rada se mijenja i karakterizira ga ne točka a, i točka b na novoj karakteristici, što uzrokuje naglo smanjenje snage generatora. Istodobno, snaga turbine ostaje nepromijenjena i jednaka je P 0, budući da turbinski regulatori reagiraju na promjenu brzine vrtnje jedinice, koja u trenutku isključenja kruga ostaje na svojoj normalnoj vrijednosti.

Nejednakost snage, a time i momenti na osovini turbine i generatora, uzrokuju pojavu viška zakretnog momenta, pod čijim se utjecajem turbina-generatorska jedinica počinje ubrzavati. Vektor EMF spojen na rotor generatora počinje se okretati brže od vektora napona guma prijamnog sustava koje se okreću konstantnom sinkronom brzinom ω 0.

Promjena relativne brzine rotacije dovodi do povećanja kuta δ, a na karakteristike snage generatora kada je strujni krug isključen, radna točka se pomiče od točke b prema točki S... U tom slučaju snaga generatora počinje rasti. Međutim, do točke S snaga turbine i dalje premašuje snagu generatora i višak okretnog momenta, iako se smanjuje, ali zadržava svoj predznak, zbog čega se relativna brzina vrtnje kontinuirano povećava. U točki S snaga turbine i generatora opet se međusobno uravnotežuju i višak okretnog momenta jednak je nuli. Međutim, proces se u ovom trenutku ne zaustavlja, budući da relativna brzina rotacije rotora ovdje doseže najveću vrijednost i rotor prolazi točku S po inerciji.

Daljnjim povećanjem kuta δ snaga generatora više ne prelazi snagu turbine i višak momenta mijenja svoj predznak. Počinje kočiti jedinicu. Relativna brzina vrtnje v sada se smanjuje i u nekom trenutku d postaje nula. To znači da u točki d vektor EMF rotira istom kutnom brzinom kao vektor napona i kut δ između njih se više ne povećava. Međutim, proces još ne staje, jer zbog nejednakosti snage turbine i generatora na osovini jedinice postoji višak kočnog momenta, pod utjecajem kojeg se brzina vrtnje nastavlja smanjivati, a radna točka karakterizirajući proces na karakteristici snage kreće se u smjeru suprotnom od točke S... Rotor opet prolazi ovu točku po inerciji i blizu točke b kut dosegne svoju novu minimalnu vrijednost, nakon čega ponovno počinje rasti. Nakon niza postupno prigušenih oscilacija u točki S uspostavlja se novi stacionarni način rada s prethodnom vrijednošću prenesene snage P 0 i novom vrijednošću postavljenog kuta δ. Obrazac fluktuacije kuta δ u vremenu prikazan je na slici 12.4.

Slika 12.4

Moguć je i drugi ishod procesa (vidi sliku 12.5). Kočenje rotora od točke S, smanjuje relativnu brzinu rotacije EMF-a v... Međutim, kut u ovoj fazi procesa i dalje raste, a ako uspije postići kritičnu vrijednost δ cr u točki S na sjecištu padajuće grane sinusoida snage generatora s horizontalnom snagom turbine P 0 prije relativne brzine v padne na nulu, tada višak okretnog momenta na osovini stroja ponovno postaje ubrzavajući, brzina vće početi brzo rasti i generator će pasti iz sinkronizacije (vidi sliku 12.6).

Slika 12.5

Dakle, ako se točka prijeđe tijekom zamaha sa ", tada povratak na uspostavljeni režim više nije moguć.

Slika 12.6

Može se zaključiti da, unatoč teorijskoj mogućnosti postojanja novog stabilnog (i statički stabilnog) režima u točki S, proces ljuljanja stroja tijekom prijelaza na ovaj način rada može dovesti do ispadanja stroja iz sinkroniciteta. Ova vrsta kršenja stabilnosti naziva se dinamičkom.

Glavni uzrok kršenja dinamičke stabilnosti električnih sustava obično su kratki spojevi, koji naglo smanjuju amplitudu karakteristike snage.

13 Predavanje. Dinamička stabilnost na kratko

kratki spoj

Svrha predavanja: analiza fluktuacija prema pravilu površine.

Najčešći tip poremećaja koji dovodi do potrebe za analizom dinamičke stabilnosti je kratki spoj.

Razmotrimo prvo najjednostavniji slučaj elektrane koja radi preko dalekovoda s dva kruga na sabirnicu beskonačne snage (vidi sliku 13.1).

Slika 13.1

Slika 13.2 prikazuje pojednostavljeni ekvivalentni krug sustava koji se razmatra u normalnom pogonu, a koji je serijski spoj induktivnih otpora elemenata sustava

X c = X g + X t1 + 0,5X l + X t2.

Slika 13.2

Određuje se karakteristika snage u normalnom načinu rada

Ova ovisnost prikazana je na slici 13.4 (krivulja ja). Pretpostavimo da je na početku jedne od staza pravca u točki DO došlo je do asimetričnog kratkog spoja. Ekvivalentni sklop za ovaj način rada prikazan je na slici 13.3. a gdje u točki DO uključen je ekvivalentni otpor šanta kratkog spoja X k, koji se sastoji od otpora obrnute i nulte sekvence.

U vezi s promjenom konfiguracije kruga zbog kratkog spoja s konstantnim EMF generatora, mijenja se vrijednost snage koja se prenosi na sustav. Izraz za prenesenu snagu u slučaju kratkog spoja može se pronaći jednostavnim transformacijama ekvivalentnog kruga za hitni način rada. Ovaj krug je sa zrakama X k, X a = X g + X t1 i X b = 0,5X l + X t2, a za jednofazni kratki spoj X k = X 2 + X 0, za dvofazni kratki spoj krug X k = X 2 , a za dvofazni zemljospoj.

Nakon pretvaranja zvijezde u trokut (vidi sliku 13.3 b), dobivamo

; ; . (13.1)

Induktivni otpori i, spojeni izravno na EMF E i napetost U, ne utječu na vrijednost aktivne snage generatora u nuždi i ne mogu se uzeti u obzir.

Slika 13.3

Cijeli tok aktivne snage generatora će teći kroz induktivni otpor, koji povezuje EMF generatora s naponom prijamnog sustava. U ovom slučaju, karakteristika snage generatora ima oblik

gdje = .

Ovisnost o kutu ima sinusni karakter, ali je njegova amplituda manja nego u normalnom načinu. Obje karakteristike prikazane su na slici 13.4.

Slika 13.4

Izlazna snaga generatora i kut između EMF-a E i napon U u normalnom načinu rada označeni su s P 0 i δ 0, redom. U trenutku kratkog spoja zbog promjene parametara strujnog kruga dolazi do prijelaza s jedne karakteristike snage na drugu, a budući da se zbog inercije rotora kut δ ne može trenutno promijeniti, snaga koju isporučuju generatori opada na vrijednost P (0) određenu kutom δ 0 na krivulji II... Snaga turbine ostaje nepromijenjena i jednaka je P 0.

Kao rezultat toga, na osovini stroja nastaje određeni višak zakretnog momenta zbog viška snage ΔR (0) = R 0 - R (0). Pod utjecajem ovog trenutka, rotor stroja počinje ubrzavati, povećavajući kut δ. U budućnosti se proces odvija kvalitativno na isti način kao i kod iznenadnog isključivanja opterećene linije. Nakon nekoliko oscilacija s postupno prigušenom amplitudom, relativno kretanje rotora će se zaustaviti i njegov će položaj biti određen točkom S, što je stabilna točka na novoj karakteristici snage. Ako je rotor pri prvom otklonu prošao kut δ cr, koji odgovara snazi ​​P 0 na dovodnoj grani karakteristike II, tada bi višak momenta ponovno promijenio predznak i ponovno postao ubrzavajući. Daljnjim povećanjem kuta, moment ubrzanja bi se povećao i generator bi ispao iz sinkronizma.

Karakteristike prikazane na slici 13.4 omogućuju određivanje maksimalnog odstupanja kuta rotora i utvrđivanje ostaje li sustav stabilan. Doista, ordinate zasjenjenih područja predstavljaju višak snage ΔR = R 0 - R, što stvara višak momenta jednog ili drugog znaka. Višak zakretnog momenta u relativnim jedinicama može se uzeti brojčano jednak višku snage, tj. ΔM = ΔR.

U slučaju koji se razmatra, višak zakretnog momenta najprije ubrzava rotaciju rotora, a rad obavljen tijekom perioda ubrzanja kada se rotor kreće od δ 0 do δ ušća jednak je:

,

gdje je površina zasjenjena na slici 13.4 abc.

Dakle, kinetička energija koju rotor pohranjuje tijekom razdoblja njegovog ubrzanja jednaka je površini. Ovo područje se naziva područje ubrzanja.

Nakon što rotor prijeđe točku svog stabilnog položaja na novoj karakteristici snage, višak zakretnog momenta mijenja svoj predznak i počinje usporavati rotaciju rotora. Promjena kinetičke energije tijekom razdoblja kočenja kada se rotor kreće od δ postavljenog na δ m jednaka je:

.

Područje se naziva područje kočenja.

Tijekom razdoblja kočenja, rotor vraća prethodno pohranjeni višak kinetičke energije. Kada se potroši sav višak energije pohranjen u rotoru, tj. kada kočni rad A kočnica uravnoteži rad ubrzanja A ubrzanje, relativna brzina postaje nula, jer je kinetička energija proporcionalna kvadratu brzine. U tom trenutku rotor se zaustavlja u svom relativnom kretanju i kut δ m koji se njime postiže je najveći kut otklona rotora stroja. Dakle, za određivanje kuta δ m, jednakost , ili isto,

Jednadžba (13.3) pokazuje da pri najvećem kutu otklona, ​​područje kočenja mora biti jednako području ubrzanja i stoga se problem svodi na pronalaženje položaja točke d zadovoljavajući ovaj uvjet (vidi sliku 13.4), što se može izvesti grafički.

Maksimalno moguće područje kočenja jednako je području. Ako bi se pokazalo da je ovo područje manje od područja ubrzanja, tada bi sustav ispao iz sinkroniciteta. Omjer mogućeg područja kočenja i područja ubrzanja naziva se sigurnosni faktor.

Kada je moguće područje kočenja manje od područja ubrzanja, ponekad je moguće postići stabilan rad dovoljno brzim odspajanjem oštećenog kruga. Snaga koja se može prenijeti kroz drugi krug koji ostaje u radu obično je veća od snage koja se prenosi kroz dva kruga tijekom kratkog spoja. Jednadžba snage pri odspajanju oštećenog kruga je sljedeća:

Ova ovisnost prikazana je na slici 13.5 kao krivulja III... Krivulje ja i II predstavljaju karakteristike pri normalnom radu i kratkom spoju.

Slika 13.5

U trenutku kratkog spoja, prenesena snaga pada, a rotor počinje ubrzavati. Neka u nekom trenutku d oštećeni strujni krug je isključen. U trenutku gašenja posao ide do točke e na krivulji III, a snaga koju isporučuju generatori je značajno povećana. Zbog toga se ispostavlja da je maksimalno moguće područje kočenja mnogo veće nego kod dugotrajnog kratkog spoja koji nije isključen, a to povećanje je veće, što prije dolazi do prekida, t.j. manji je kut isključenja δ off. Dakle, brzo otklanjanje nezgoda može značajno povećati stabilnost sustava.

Pomoću slike 13.5, koristeći pravilo površine, možete grafički pronaći graničnu vrijednost kuta δ ot, pri kojoj je potrebno isključiti oštećeni kako bi se postigao stabilan rad. Vrijednost ovog kuta određena je jednakošću područja ubrzanja i najveće moguće površine kočenja.

Međutim, u praktične svrhe to nije dovoljno. Potrebno je znati ne kut δ ot, već vremenski period tijekom kojeg rotor uspijeva postići taj kut, odnosno tzv. maksimalno dopušteno vrijeme isključenja kratkog spoja, koje se utvrđuje metodom uzastopnih intervala. .

Dinamička stabilnost-sposobnost sustava da se nakon velikog ogorčenja vrati u prvobitno stanje. Granica rm- rm, u kojem vrlo mali porast opterećenja uzrokuje kršenje njegove stabilnosti. Širina pojasa elementa sustavi zovu najvišu snagu, kat. može se proći kroz element, uzimajući u obzir sve ograničavajuće čimbenike. Pozicijski sustav-takav sustav u mački. par-ry r-ma ovise o trenutnom stanju, međusobnom položaju, bez obzira na to kako je to stanje postignuto. Istovremeno, pravi dinamični har-ki el-sista. zamjenjuju se statičkim. Statičke karakteristike- to su veze parametara r-ma sustava, prikazane analitički ili grafički, neovisno o vremenu. Dinamičke karakteristike– Primljene veze parova pod uvjetom da ovise o vremenu. margina napona: k u =. Rezerva snage: k R =. Pretpostavke u analizi stabilnosti: 1.Brzina rotacije rotora sinkronih strojeva tijekom strujanja elektromehaničkih. PP varira u malim granicama (2-3%) sinkrone brzine. 2. Napon i struje statora i rotora generatora se trenutno mijenjaju. 3. Obično se ne uzima u obzir nelinearnost parova sustava. Uzima se u obzir nelinearnost parova p-ma-, kada se takvo obračunavanje odbija, propisuje se i sustav se naziva lineariziranim. 4. Idi od jednog r-ma el.sist. drugima je moguće promjenom vlastitih i međusobnih otpornih krugova, EMF generatora i motora. 5. Proučavanje dinamičke stabilnosti pri asimetričnim poremećajima provodi se u izravnom slijedu.Kretanje rotora generatora i motora određeno je momentima stvorenim strujama izravnog niza. Problemi analize dinamičke stabilnosti povezana s prijelazom sustava iz jednog stacionarnog r-ma u drugi. a) izračun parova dinamika. prijelaz tijekom pogona ili isključivanja u nuždi opterećenih e-ova električnog sustava. b) definicija parova dinamičkih. prijelazi u slučaju kratkog spoja u sustavu, uzimajući u obzir: - mogući prijelaz 1 asimetričnog kratkog spoja na druge; - rad automatskog ponovnog zatvaranja el-a koji se isključio nakon kratkog spoja. Rezultati izračuna su dinamični. stabilnost su: - maksimalno vrijeme isključenja izračunate vrste kratkog spoja na najopasnijim točkama sustava; - sustav pauzira. Sustavi automatskog ponovnog zatvaranja instalirani na raznim el-ah električnog sustava; - par-ry sist. automatski prekidač za prijenos (ATS).

Elektroenergetski sustav je dinamički stabilan ako pod bilo kakvom jakom smetnjom ostane sinkroni rad svih njegovih elemenata. Da bismo razjasnili temeljnu poziciju dinamičke stabilnosti, razmotrimo fenomene koji se javljaju kada se jedan od dva paralelna dalekovoda naglo isključi (Sl. a). Rezultirajući otpor u normalnom načinu rada određen je izrazom , a nakon isključivanja jednog od strujnih krugova - izrazom Budući da je onda odnos istinit

Kada se jedan od dalekovoda naglo isključi, rotor nema vremena, zbog inercije, trenutno promijeniti kut δ. Stoga će način biti okarakteriziran točkom b na drugoj kutnoj karakteristici generatora - karakteristika 2 na sl.

Nakon smanjenja njegove snage nastaje višak ubrzanja, pod čijim se djelovanjem povećava kutna brzina rotora i kut δ. S povećanjem kuta, snaga generatora raste prema karakteristici 2 ... Tijekom ubrzanja rotor generatora prolazi 61.1. točka S, nakon čega njegov moment postaje vodeći. Rotor počinje usporavati i, počevši od točke d kutna mu se brzina smanjuje. Ako se kutna brzina rotora poveća na vrijednost = točka e, tada generator ispada iz sinkronizma. O stabilnosti sustava može se suditi po promjeni kuta δ u vremenu. Promjena δ prikazana na Sl. a, odgovara stabilnom radu sustava. Kada se δ mijenja duž krivulje prikazane na Sl. b, sustav je nestabilan.

karakteristične značajke statičke i dinamičke stabilnosti: uz statičku stabilnost tijekom pojave smetnji, snaga generatora se mijenja prema istoj kutnoj karakteristici, a nakon njihovog nestanka parametri sustava ostaju isti kao prije pojave smetnji; obrnuto za dinamo.

Analiza dinamičke stabilnosti najjednostavnijih sustava grafičkom metodom. Ako statička stabilnost karakterizira stabilno stanje sustava, tada će analiza dinamičke stabilnosti otkriti sposobnost sustava da održi sinkroni način rada pod velikim smetnjama. Veliki poremećaji nastaju pri raznim kratkim spojevima, isključenjima dalekovoda, generatora, transformatora i sl. Jedna od posljedica nastalog poremećaja je odstupanje brzina vrtnje rotora generatora od sinkrone. Ako nakon nekog poremećaja međusobni kutovi rotora poprime određene vrijednosti (njihove oscilacije će se smanjiti oko nekih novih vrijednosti), tada se pretpostavlja da je dinamička stabilnost očuvana. Ako se barem jedan rotor generatora počne okretati u odnosu na polje statora, onda je to znak kršenja dinamičke stabilnosti. U općem slučaju, dinamička stabilnost sustava može se suditi ovisnostima b = f (t), dobiveno kao rezultat zajedničkog rješenja jednadžbi gibanja rotora generatora. Analiza dinamičke stabilnosti najjednostavnijeg sustava grafičkom metodom. Razmotrimo najjednostavniji slučaj kada je elektrana G radi kroz dvokružni vod na gumama beskonačne snage (vidi sl. a). a - shematski dijagram; b - ekvivalentni krug u normalnom načinu rada; c - ekvivalentni krug u načinu rada nakon nužde; d - grafička ilustracija dinamičkog prijelaza: karakteristike normalnog i hitnog načina rada (krivulje 1, 2) Stanje konstantnog napona na sistemskim sabirnicama ( U = konst) isključuje oscilacije generatora prijamnog sustava i uvelike pojednostavljuje analizu dinamičke stabilnosti. Iz izraza se može dobiti karakteristika snage koja odgovara normalnom (pred-hitnom) načinu rada bez uzimanja u obzir drugog harmonika, što je u praktičnim proračunima sasvim prihvatljivo. Uzimanje E q = E gdje . Pretpostavimo da je linija L 2 se iznenada gasi. Razmotrite rad generatora nakon što je isključen. Ekvivalentni krug sustava nakon odspajanja vodova prikazan je na slici C. Ukupni otpor načina rada nakon nužde će se povećati u usporedbi s x dZ(ukupni otpor normalnog načina rada). To će uzrokovati smanjenje karakteristike maksimalne snage za način rada nakon nužde (krivulja 2, sl. D). Nakon iznenadnog gašenja 61.2. liniji dolazi do prijelaza sa karakteristike snage 1 na karakteristiku 2. Zbog inercije rotora kut se ne može trenutno promijeniti, stoga se radna točka pomiče iz točke a do točke b. Na osovini nastaje višak zakretnog momenta, određen razlikom između snage turbine i snage novog generatora (P = P 0 - P (0)). Pod utjecajem ove razlike, rotorski stroj počinje ubrzavati, krećući se prema velikim kutovima. Ovo gibanje je superponirano na rotaciju rotora pri sinkronoj brzini, a rezultirajuća brzina rotora bit će w = w 0 +, gdje je w 0 sinkrona brzina vrtnje; - relativna brzina. Kao rezultat ubrzanja rotora, radna točka počinje se kretati prema karakteristici 2. Snaga generatora se povećava, a višak okretnog momenta se smanjuje. Relativna brzina se povećava do točke S. U točki S višak okretnog momenta postaje nula, a brzina postaje maksimalna. Kretanje rotora brzinom ne prestaje u točki S, rotor po inerciji prolazi ovu točku i nastavlja se kretati. Ali višak zakretnog momenta u isto vrijeme mijenja znak i počinje kočiti rotor. Relativna brzina vrtnje počinje se smanjivati ​​i u točki d postaje nula. Kut u ovoj točki doseže svoju maksimalnu vrijednost. Ali i u točki d relativno kretanje rotora ne prestaje, budući da višak kočionog momenta djeluje na osovinu jedinice, stoga se rotor počinje kretati prema točki S, relativna brzina tada postaje negativna. Točka S rotor radi po inerciji, blizu točke b kut postaje minimalan i počinje novi ciklus relativnog gibanja. Fluktuacije kuta (t) prikazani su na sl., d. Prigušenje oscilacija objašnjava se gubicima energije tijekom relativnog gibanja rotora. Prekomjerni zakretni moment povezan je s viškom snage izrazom , gdje je ω rezultirajuća brzina rotora.

Stacionarni način rada elektroenergetskog sustava je kvazi-stabilan, jer ga karakteriziraju male promjene tokova aktivne i jalove snage, vrijednosti napona i frekvencije. Dakle, u elektroenergetskom sustavu jedan stacionarni način rada neprestano prelazi u drugi stacionarni način rada. Male promjene u načinu rada elektroenergetskog sustava nastaju kao posljedica povećanja ili smanjenja potrošnje električnih instalacija potrošača. Male smetnje uzrokuju reakciju sustava u vidu oscilacija brzine vrtnje rotora generatora, koje mogu biti rastuće ili prigušne, oscilatorne ili aperiodične. Priroda nastalih vibracija određuje statičku stabilnost ovog sustava. Statička stabilnost provjerava se tijekom perspektivnog i izvedbenog projektiranja, izrade posebnih automatskih upravljačkih uređaja (proračuni i eksperimenti), puštanja u rad novih elemenata sustava, promjene uvjeta rada (integracija sustava, puštanje u rad novih elektrana, međutrafostanica, dalekovoda).

Pojam statičke stabilnosti shvaća se kao sposobnost elektroenergetskog sustava da nakon malog poremećaja ili sporih promjena parametara režima vrati izvorni ili blizak izvornom načinu rada elektroenergetskog sustava.

Statička stabilnost je nužan uvjet za postojanje stabilnog stanja rada sustava, ali ne predodređuje sposobnost sustava da nastavi s radom u slučaju konačnih smetnji, na primjer, kratki spojevi, uključivanje ili isključivanje napajanja linije.

Postoje dvije vrste kršenja statičke stabilnosti: aperiodična (klizna) i oscilatorna (samookretna).

Statička aperiodična (puzajuća) stabilnost povezana je s promjenom ravnoteže aktivne snage u elektroenergetskom sustavu (promjenom razlike između električne i mehaničke snage), što dovodi do povećanja kuta δ, kao rezultat toga, stroj može ispasti iz sinkronizma (kršenje stabilnosti). Kut δ se mijenja bez fluktuacija (aperiodično), najprije polako, a zatim sve brže, kao da klizi (vidi sliku 1, a).

Statička periodična (oscilatorna) stabilnost povezana je s postavkama automatskih regulatora uzbude (ARV) generatora. ARV bi trebao biti konfiguriran na takav način da se isključi mogućnost samostalnog ljuljanja sustava u širokom rasponu načina rada. Međutim, uz neke kombinacije popravaka (situacija u načinu rada kruga) i postavke regulatora uzbude, može doći do fluktuacija u upravljačkom sustavu, uzrokujući sve veće fluktuacije u kutu δ do ispadanja stroja iz sinkronizma. Taj se fenomen naziva samoljuljanje (vidi sliku 1, b).

Sl. 1. Priroda promjene kuta δ narušavanjem statičke stabilnosti u obliku klizanja (a) i samostalnog ljuljanja (b)

Statička aperiodična (puzajuća) stabilnost

Prva faza u proučavanju statičke stabilnosti je proučavanje statičke aperiodične stabilnosti. U proučavanju statičke aperiodične stabilnosti pretpostavlja se da je vjerojatnost oscilatornog narušavanja stabilnosti s povećanjem protoka kroz međusustavne veze vrlo mala te se samonjihanje može zanemariti. Da bi se odredilo područje aperiodične stabilnosti elektroenergetskog sustava, način rada elektroenergetskog sustava otežava se. Metoda ponderiranja sastoji se u sekvencijalnoj promjeni parametara čvorova ili grana, ili njihovih grupa u određenim koracima, nakon čega slijedi izračunavanje novog stabilnog stanja u svakom koraku promjene i izvodi se sve dok je izračun moguć.

Razmotrimo najjednostavniji mrežni dijagram koji se sastoji od generatora, energetskog transformatora, dalekovoda i sabirnica beskonačne snage (vidi sliku 2).

sl. 2. Ekvivalentni sklop računskog kruga

U razmatranom najjednostavnijem slučaju, elektromagnetska snaga koja se može prenijeti s generatora na gume beskonačne snage opisuje se sljedećim izrazom:

U pisanom izrazu varijabla je modul mrežnog napona na sabirnicama stanica, svedena na VN stranu, a varijabla je modul mrežnog napona u točki sabirnica beskonačne snage.

Slika 3. Vektorski dijagram napona

Međusobni kut između vektora napona i vektora napona označava se kroz varijablu -, za koju se kao pozitivan smjer uzima smjer suprotno od kazaljke na satu od vektora napona.

Treba napomenuti da je formula za elektromagnetsku snagu napisana uz pretpostavku da je generator opremljen automatskim regulatorom uzbude koji kontrolira napon na strani napona generatora (), a radi jednostavnosti proračuna, aktivni otpor u zanemareni su elementi projektnog sklopa.

Analizirajući formulu za elektromagnetsku snagu, možemo zaključiti da količina energije koja se prenosi na elektroenergetski sustav ovisi o kutu između napona. Ova ovisnost naziva se kutna karakteristika prijenosa snage (vidi sliku 4).

Slika 4. Kutna karakteristika snage

Stacionarni (sinkroni) način rada generatora određen je jednakošću dvaju momenata koji djeluju na osovinu turbinskog generatora (smatramo da se moment otpora zbog trenja u ležajevima i otpor rashladnog medija može zanemariti ): okretni moment turbine Mt, rotirajući rotor generatora i nastojeći ubrzati njegovu rotaciju, i sinkroni elektromagnetski moment gospođo, suprotstavljajući rotaciju rotora.

Pretpostavimo da para ulazi u turbinu generatora, što stvara zakretni moment na osovini turbine (u nekoj aproksimaciji, jednak je vanjskom momentu Mvn prenosi iz glavnog pokretača). Stacionarni način rada generatora može biti u dvije točke: A i B, budući da se u tim točkama opaža ravnoteža između momenta turbine i elektromagnetskog momenta, uzimajući u obzir gubitke.

točka A povećanje / smanjenje snage turbine za ΔP dovest će do povećanja / smanjenja kuta d, respektivno. Tako se održava ravnoteža momenata koji djeluju na osovinu rotora (jednakost momenta turbine i elektromagnetskog momenta, uzimajući u obzir gubitke), a time ne dolazi do narušavanja sinkronog stroja s mrežom.

Kada sinkroni stroj radi točka V povećanje/smanjenje snage turbine za ΔP dovest će do smanjenja/povećanja kuta d, respektivno. Time je poremećena ravnoteža momenata koji djeluju na osovinu rotora. Kao rezultat toga, ili generator ispadne iz sinkronizma (tj. rotor se počinje okretati frekvencijom koja se razlikuje od frekvencije rotacije magnetskog polja statora), ili se sinkroni stroj pomiče do točke stabilnog rada (točka A).

Dakle, iz razmatranog primjera može se vidjeti da je najjednostavniji kriterij za održavanje statičke stabilnosti pozitivan predznak izraza koji određuje omjer prirasta snage i prirasta kuta:

Dakle, područje stabilnog rada određeno je rasponom kutova od 0 do 90 stupnjeva, au rasponu kutova od 90 do 180 stupnjeva nemoguć je stabilan paralelni rad.

Maksimalna vrijednost snage koja se može prenijeti na elektroenergetski sustav naziva se statička granica stabilnosti, a odgovara vrijednosti snage pod međusobnom kutom od 90 stupnjeva:

Rad na maksimalnoj snazi ​​koja odgovara kutu od 90 stupnjeva se ne izvodi, jer mali poremećaji koji su uvijek prisutni u elektroenergetskom sustavu (na primjer, fluktuacije opterećenja) mogu uzrokovati prijelaz u nestabilno područje i kršenje sinkronizma. Najveća dopuštena vrijednost prenesene snage uzima se manjom od granice statičke stabilnosti za vrijednost sigurnosnog faktora statičke aperiodične stabilnosti za aktivnu snagu.

Granica statičke stabilnosti za prijenos snage u normalnom načinu rada mora biti najmanje 20%. Vrijednost dopuštenog protoka aktivne snage u kontroliranom dijelu prema ovom kriteriju određena je formulom:

Granica statičke stabilnosti za prijenos energije u načinu rada nakon nužde mora biti najmanje 8%. Vrijednost dopuštenog protoka aktivne snage u kontroliranom dijelu prema ovom kriteriju određena je formulom:

Statička periodična (oscilatorna) stabilnost

Pogrešno odabran zakon upravljanja ili netočna postavka parametara automatskog regulatora uzbude (ARV) može dovesti do kršenja oscilatorne stabilnosti. U tom slučaju može doći do narušavanja oscilatorne stabilnosti u režimima koji ne prelaze granični način u smislu aperiodične stabilnosti, što je više puta uočeno u pogonskim elektroenergetskim sustavima.

Proučavanje oscilatorne statičke stabilnosti svodi se na sljedeće faze:

1. Izrada sustava diferencijalnih jednadžbi koji opisuje razmatrani elektroenergetski sustav.

2. Izbor nezavisnih varijabli i linearizacija zapisanih jednadžbi kako bi se formirao sustav linearnih jednadžbi.

3. Sastavljanje karakteristične jednadžbe i određivanje područja statičke stabilnosti u prostoru podesivih (neovisnih) parametara ugađanja ARV-a.

Stabilnost nelinearnog sustava ocjenjuje se slabljenjem prijelaznog procesa, što je određeno korijenima karakteristične jednadžbe sustava. Da bi se osigurala stabilnost, potrebno je i dovoljno da korijeni karakteristične jednadžbe imaju negativne realne dijelove.

Za procjenu stabilnosti koriste se različite metode analize karakteristične jednadžbe:

1. algebarske metode (Routhova metoda, Hurwitzova metoda) temeljene na analizi koeficijenata karakteristične jednadžbe.

2. frekvencijske metode (Mikhailov, Nyquist, D-particioniranje) temeljene na analizi frekvencijskih karakteristika.

Mjere za povećanje granice statičke stabilnosti

Mjere za povećanje granice statičke stabilnosti određuju se analizom formule za određivanje elektromagnetske snage (formula je napisana pod pretpostavkom da je generator opremljen automatskim regulatorom uzbude):

1. Primjena snažnog djelovanja ARV-a na opremu za proizvodnju.

Jedno od učinkovitih sredstava za povećanje statičke stabilnosti je korištenje snažnih ARV generatora. Kada se koriste ARV uređaji jakih generatora, kutna karakteristika se mijenja: maksimum karakteristike se pomiče na raspon kutova većih od 90 ° (uzimajući u obzir relativni kut generatora).

2. Održavanje napona na mrežnim točkama pomoću uređaja za kompenzaciju jalove snage.

Ugradnja uređaja za kompenzaciju jalove snage (SK, CSR, STK, itd.) za održavanje napona na mrežnim točkama (uređaji za bočnu kompenzaciju). Uređaji vam omogućuju održavanje napona na točkama mreže, što povoljno utječe na granicu statičke stabilnosti.

3. Ugradnja uređaja za uzdužnu kompenzaciju (UPC).

S povećanjem duljine vodova, njegova se reaktancija u skladu s tim povećava i, kao rezultat toga, granica prenesene snage značajno je ograničena (stabilnost paralelnog rada se pogoršava). Smanjenje reaktancije dugog dalekovoda povećava njegov prijenosni kapacitet. Kako bi se smanjio induktivni otpor dalekovoda, u vod je ugrađen uređaj za uzdužnu kompenzaciju (LCC), koji je baterija statičkih kondenzatora. Tako se rezultujući otpor linije smanjuje, čime se povećava propusnost.

Područje statičke stabilnosti elektroenergetskog sustava je skup njegovih načina rada, u kojem se statička stabilnost osigurava određenim sastavom generatora i fiksnim krugom električne mreže. Površina koja ograničava skup stabilnih modova naziva se granicom područja statičke stabilnosti.

Područja stabilnosti ucrtana su u koordinatama parametara koji utječu na stabilnost režima. Najvažniji parametri su aktivne snage generatora, opterećenja u čvorovima kruga elektroenergetskog sustava, naponi generatora; Najčešće se takvi parametri koriste za preljeve duž dalekovoda u određenim dijelovima elektroenergetskog sustava.

Praktički je nemoguće koristiti područja stabilnosti u višedimenzionalnom prostoru; stoga treba nastojati smanjiti broj koordinata. Za smanjenje broja nezavisnih koordinata uzimaju se u obzir različiti stupnjevi utjecaja parametara na stabilnost režima, t.j. koristiti iste odredbe i metode kao i kod ekvivalentnih shema i načina rada elektroenergetskih sustava.

Određivanje granica područja statičke stabilnosti provodi se pomoću proračuna stacionarnih režima, počevši od poznatog stabilnog, s takvom promjenom parametara koja dovodi do graničnog režima. U stvarnom elektroenergetskom sustavu, povećanje načina aktivne snage uzrokovano bilo kojim razlogom (naredbom dispečera ili nastalo spontano zbog promjene opterećenja ili neravnoteže snage u nuždi) je popraćeno nekom promjenom frekvencije. Odstupanje frekvencije pak dovodi do promjene tokova snage zbog promjene snage opterećenja (u skladu s njegovim regulacijskim učinkom na frekvenciju) i promjene snage generatora (u skladu sa statistikom brzine turbine). kontrolori). Pokušaj da se ti čimbenici uzmu u obzir u njihovoj interakciji dovodi do potrebe za detaljnim modeliranjem procesa pri promjeni frekvencije u sustavu i izvođenjem vrlo mukotrpnih proračuna pomoću posebnih programa. Sve bi to uvelike zakompliciralo metodologiju izvođenja proračuna statičke stabilnosti, te bi nedopustivo povećalo obujam proračuna. Stoga se proračunima ponderiranja modova, uzimajući u obzir procese pri promjeni frekvencije, pribjegava samo kada za tim postoji stvarna potreba.

Područja stabilnosti iscrtavaju se u koordinatama samo aktivnih snaga, kada se naprezanja u elektroenergetskom sustavu, kada njegovi modovi postanu teži, malo mijenjaju ili su jednoznačno određena zadanim tokovima snaga. Ako varijacije napona, koje su moguće u različitim modovima, dovode do značajnih promjena graničnih snaga, tada se naprezanja u kontroliranim točkama uključuju u broj koordinata koje se uzimaju u obzir ili se konstruira nekoliko područja stabilnosti za različite razine napona.

Proračuni statičke stabilnosti u režimima nakon nužde uzrokovanih pojavom značajnih neravnoteža snage u nuždi mogu se u mnogim slučajevima izvesti i na konstantnoj frekvenciji. U tom slučaju (ako je potrebno) učinak promjene frekvencije na raspodjelu protoka može se približno uzeti u obzir nasilnom promjenom ravnoteže snaga dijelova elektroenergetskog sustava podijeljenih na dio koji se razmatra s iznosom koji je proporcionalan strmini njihove frekvencijske karakteristike.

Uz dovoljne rezerve jalove snage, gotovo je svejedno hoće li se režim otežati preraspodjelom proizvodnje ili opterećenja. U takvim slučajevima preporučuje se sljedeći postupak:

1) povećanje proizvodnje u jednom dijelu elektroenergetskog sustava uz odgovarajuće (jednako točnoj promjeni gubitaka) smanjenje proizvodnje u drugom dijelu;

2) ako se na opterećenim generatorima dosegnu ograničenja raspoložive aktivne snage, dalje se ponderiranje provodi smanjenjem opterećenja u istom dijelu elektroenergetskog sustava;

3) ako su generatori rasterećeni na praktički ostvariv minimum, onda se opterećenje povećava.

Kada se opterećenje mijenja, pretpostavlja se da omjer R n/ P n ostaje nepromijenjen, što odgovara prisutnosti prijemnika istog tipa.

Ako, kada se način rada oteža, jalove snage generatora dosegnu granice uključene P gmin, P G maks, zatim su dva naznačena načina otežanja režima - promjenom R r i R n - postati nejednaki. Povećanje aktivnog opterećenja odgovara povećanju potrošene jalove snage; to dovodi do smanjenja stresa. S istim smjerom ponderiranja, ali sa smanjenjem aktivne snage generatora, njihova raspoloživa jalova snaga raste, što pridonosi povećanju napona. Stoga, u drugom slučaju, vrijednosti R pr može biti veći.

Granica statičke stabilnosti za dani način rada elektroenergetskog sustava određena je njegovom blizinom granici područja stabilnosti, što može biti uzrokovano aperiodičnom ili oscilatornom kršenjem stabilnosti. Zalihu statičke stabilnosti karakteriziraju sigurnosni faktori za aktivnu snagu u dijelovima elektroenergetskog sustava i za napon u čvorovima opterećenja. Granica statičke stabilnosti za aktivnu snagu utvrđuje se za sve dijelove kruga elektroenergetskog sustava, u kojima je potrebna kvantitativna provjera dostatnosti margine. Neuvažavanje bilo koje od opasnih dionica može dovesti do narušavanja stabilnosti elektroenergetskog sustava kada protok u ovom nekontroliranom dijelu dosegne graničnu vrijednost.

Vrijednost maksimalnog dopuštenog preljeva pri kojem se osigurava potrebna minimalna granica statičke stabilnosti u kontroliranom dijelu DO p, može se odrediti na temelju (6.1):

. (7.8)

Uvodi se margina statičke stabilnosti napona kako bi se osigurala statička stabilnost opterećenja. Za određivanje margine napona bilo kojeg čvora opterećenja u ovom načinu rada, napon U u ovom načinu rada uspoređuje se s kritičnim naponom u istom čvoru U cr po izrazu (6.2). Vrijednost kritičnog napona određena je svojstvima opterećenja, uglavnom opterećenjem motora i duljinom dalekovoda koji ulaze u čvor opterećenja. Prilikom određivanja faktora sigurnosti napona može se pretpostaviti da je kritični napon na čvorovima opterećenja pri nazivnim naponima do 110-220 kV 75% napona u razmatranom čvoru u normalnom režimu rada elektroenergetskog sustava u istoj sezoni i na isto doba dana za koje K U.

Područje maksimalno dopuštenih načina rada, izračunato za potrebnu vrijednost K str, mogu imati dodatna ograničenja u radu na strujama, naponskim razinama itd. Posebna se pozornost pridaje strujama generatora, budući da se ponderiranje načina rada do granice vrši pri maksimalno dopuštenim stopama preopterećenja za struje statora i rotora, dopuštene za kratkoročni, obično dvadesetominutni načini rada. Maksimalno dopušteni načini rada smatraju se dugoročnim.