Stabilität des Energiesystems. Allgemeine Information. Möglichkeiten zur Verbesserung der Resilienz

Statische Stabilität elektrischer Energiesysteme..

Statische Stabilität ist die Fähigkeit eines Systems, nach seiner Störung seinen ursprünglichen oder nahezu ursprünglichen Zustand wiederherzustellen.

Dynamische Stabilität ist die Fähigkeit eines Systems, nach einer großen Störung seinen ursprünglichen oder nahezu ursprünglichen Zustand wiederherzustellen.

Aus der Definition der statischen Stabilität des Systems kann geschlossen werden, dass es ein solches Regime gibt, in dem eine sehr kleine Erhöhung der Lasten eine Verletzung seiner Stabilität verursacht. Dieser Modus wird als Grenze bezeichnet, und die Belastungen des Systems werden gemäß den Bedingungen der statischen Stabilität als Maximal- oder Grenzbelastungen bezeichnet.

Das Stromversorgungssystem muss so funktionieren, dass einige Änderungen (Verschlechterungen) des Regimes nicht zu einer Verletzung der Stabilität seines Betriebs führen. Die einfachste Beurteilung seines Stabilitätsspielraums basiert auf einem Vergleich der Indikatoren des getesteten (Ausgangs-)Modus und der Indikatoren, die den hinsichtlich der Stabilität einschränkenden Modus charakterisieren.

Die statische Stabilität des EPS-Betriebs im Nachunfallmodus wird in der Regel durch Maßnahmen sichergestellt, die keine zusätzlichen Kapitalinvestitionen erfordern:

- kurzzeitiger Spannungsanstieg an den Klemmen der Generatoren;

– Schneller Rückgang Stromübertragungslasten durch Abschalten eines Teils der Generatoren in Kraftwerken usw.

– Darüber hinaus gibt es Maßnahmen, die die statische Stabilität erhöhen, aber einige Kapitalinvestitionen erfordern:

– Verwendung eines Hochgeschwindigkeitsgenerator-Erregungssystems;

– Einsatz von Synchronkompensatoren in Zwischenstationen;

– Verwendung von statischen Thyristorkompensatoren;

- kapazitive Längskompensation des induktiven Widerstands der Energieübertragung mit statischen Kondensatoren usw.

- Fast alle diese Maßnahmen können die dynamische Stabilität verbessern.

Im Betrieb ist in Fällen, in denen es erforderlich ist, die Begrenzung der Verbraucher oder den Verlust von Wasserressourcen zu verhindern, ein Langzeitbetrieb der Kraftübertragung im Normalmodus mit einer auf 5-10% reduzierten statischen Stabilitätsspanne zulässig, je nachdem die Rolle der Energieübertragung im Energiesystem und die Folgen einer möglichen Stabilitätsverletzung.

Eine exakte Antwort auf die Frage nach der Stabilität (oder Instabilität) des Systems erhält man, indem man alle Wurzeln der charakteristischen Gleichung berechnet. Das Verfahren zur Berechnung der Wurzeln für Gleichungen höherer Ordnung ist jedoch äußerst zeitaufwändig, weshalb eine Reihe spezieller mathematischer Bedingungen entwickelt wurden, die es ermöglichen, ihre Lage auf der komplexen Ebene zu bestimmen, ohne die Wurzeln der charakteristischen Gleichung und damit zu berechnen die Frage nach der Stabilität oder Instabilität des Systems genau beantworten. Diese mathematischen Bedingungen werden Stabilitätskriterien genannt. Es gibt algebraische und Frequenzstabilitätskriterien. Algebraische Kriterien enthalten eine nach bestimmten Regeln aus den Koeffizienten der charakteristischen Gleichung zusammengesetzte Gruppe von Bedingungen (eine Gruppe von Ungleichungen), unter denen Stabilität eintritt. Wenn mindestens einer von ihnen verletzt wird, tritt Instabilität auf. Für eine Analyse nach algebraischen Kriterien ist es natürlich notwendig, die Koeffizienten des Polynoms auf der linken Seite der Kennliniengleichung vorab zu berechnen. Notwendig u ausreichende Voraussetzungen Stabilität eines linearen homogenen Systems von Differentialgleichungen in Form von algebraischen Ungleichungen wurden von dem englischen Wissenschaftler Routh und dem Schweizer Mathematiker Hurwitz festgestellt.

Algebraische Stabilitätskriterien:

o Hurwitz-Kriterium

Das System der Hurwitz-Ungleichungen ist wie folgt aufgebaut. Die Koeffizienten des charakteristischen Polynoms bilden die quadratische Hurwitz-Matrix. Notwendige und hinreichende Stabilitätsbedingungen sind, dass alle n Diagonalen positiv sein müssen.

o Routh-Test

Es ist bequemer für Systeme höherer Ordnung mit numerisch gegebenen Koeffizienten der charakteristischen Gleichung. Aus den Koeffizienten des charakteristischen Polynoms wird eine Routh-Tabelle erstellt, deren jedes Element durch vier Elemente der beiden vorherigen Zeilen berechnet wird. Der Berechnungsalgorithmus ist aus der Tabelle deutlich ersichtlich. Es gibt insgesamt (n+1) Zeilen in der Tabelle. Die Stabilitätsanforderungen von Routh werden wie folgt formuliert: Für die Stabilität des Systems ist es notwendig und ausreichend, dass alle Koeffizienten der ersten Spalte positiv sind.

Frequenzstabilitätskriterien.

In der Praxis der Untersuchung der Stabilität von Systemen gibt es Fälle, in denen es schwierig ist, nicht nur die Wurzeln der charakteristischen Gleichung zu berechnen, sondern auch die Gleichung selbst in Form eines charakteristischen Polynoms auf der linken Seite zu erhalten. In solchen Fällen

bequemer sind die Häufigkeitskriterien, die

wie algebraische Kriterien erlauben sie einem, das Vorhandensein oder Fehlen von Wurzeln der charakteristischen Gleichung in der rechten Halbebene auf der Wurzelebene zu bestimmen. Die Häufigkeitskriterien basieren auf dem Altbekannten höhere Mathematik Argumentationsprinzip. .

Physikalische Grundlagen der Stabilität elektrischer Energiesysteme Die statische Stabilität des Energiesystems ist die Stabilität bei kleinen Störungen des Regimes. Aus der Betrachtung einfachster mechanischer Systeme folgt, dass es Zustände (Modi) gibt, in denen das System nach einer zufälligen Störung den ursprünglichen oder ihm nahekommenden Modus wieder herzustellen sucht. In anderen Modi führt eine zufällige Störung das System von seinem Anfangszustand weg. Im ersten Fall ist das System stabil, im zweiten instabil.

Physikalische Grundlagen der Stabilität elektrischer Energiesysteme Im eingeschwungenen Zustand besteht ein Gleichgewicht zwischen der in das System eingespeisten Quellenenergie und der in der Last verbrauchten Energie und zur Deckung von Verlusten. Bei jeder Störung, die sich in einer Änderung des Mode-Parameters äußert, wird dieses Gleichgewicht gestört. Wenn das System solche Eigenschaften hat, dass Energie nach einer Störung intensiver verbraucht als von Kraftwerken erzeugt wird, kann das neue Regime, das sich aus der Störung ergibt, nicht mit Energie versorgt werden und das System muss den vorherigen stationären Zustand wiederherstellen oder sich diesem annähern. Ein solches System ist stabil.

Physikalische Grundlagen der Stabilität elektrischer Energiesysteme Aus der Definition der Stabilität folgt, dass die Bedingung für die Aufrechterhaltung der Stabilität des Systems (Stabilitätskriterium) das Verhältnis oder in differentieller Form ist. Diese Menge wird als überschüssige Energie bezeichnet. Diese Energie ist positiv, wenn die zusätzliche erzeugte Energie, die während der Störung aufgetreten ist, stärker ansteigt als die Belastung des Systems, wobei Verluste darin berücksichtigt werden.

Physikalische Grundlagen der Stabilität elektrischer Energiesysteme Unter dieser Bedingung kann das Stabilitätskriterium in der Form geschrieben werden, d.h. die Mode ist stabil, wenn die Ableitung der überschüssigen Energie nach dem bestimmenden Parameter negativ ist.

Physikalische Grundlagen der Stabilität elektrischer Energiesysteme Um die Stabilität des Systems zu gewährleisten, ist der Spielraum seiner statischen Stabilität, der durch die Verschiebungswinkel der Generatorrotoren und Spannungsvektoren an den Knotenpunkten des Systems gekennzeichnet ist, wesentlich. Sehr wichtig hat im Post-Unfall-Modus einen statischen Stabilitätsspielraum - bezogen auf die elektrische Sendeleistung sollte er 5 - 10 % betragen, im Normalmodus 15 - 20 %. Diese Zahlen sind jedoch nicht streng begrenzt.

Physikalische Grundlagen der Stabilität elektrischer Energiesysteme Um die statische Stabilität des Systems zu überprüfen, ist es notwendig, Differentialgleichungen kleiner Schwankungen für alle seine Elemente und Regeleinrichtungen aufzustellen und anschließend die Wurzeln der Kennliniengleichung für die Stabilität zu untersuchen. Da eine strenge Lösung eines solchen Problems sehr schwierig ist, werden in technischen Berechnungen Näherungsmethoden zur Untersuchung der Stabilität verwendet, die auf der Verwendung praktischer Stabilitätskriterien basieren.

Statische Stabilität des Systems "Ersatzgenerator - Konstantspannungsbusse" Ein System, bei dem ein einzelnes entferntes Kraftwerk an Busse (System) mit konstanter Spannung angeschlossen ist, wird als das einfachste bezeichnet (Abb. 11. 1, a). Es wird angenommen, dass die Gesamtleistung der Kraftwerke des Systems die Leistung der betrachteten Anlage erheblich übersteigt. Dadurch können Sie die Spannung auf den Systembussen in jedem Betriebsmodus als unverändert betrachten. Das einfachste System wird auch als Einzelmaschinen-Energiesystemmodell oder „Maschinenbus“-Modell bezeichnet.

STATISCHE STABILITÄT Das analysierte Kraftwerk ist über Transformatorverbindungen und eine Stromleitung mit Generatoren eines leistungsstarken konzentrierten Stromversorgungssystems verbunden, das so leistungsstark ist, dass seine empfangenden Busse als unendliche Leistungsbusse (BPM) bezeichnet werden. Markenzeichen SHBM sind eine konstante Modulo-Spannung und eine konstante Frequenz dieser Spannung. Bei der Verwendung von SHBM werden die entsprechenden Stromversorgungssysteme in Stromkreisen in der Regel nicht dargestellt. In Ersatzschaltkreisen werden unendliche Leistungsbusse als Element verwendet, das ein leistungsstarkes System darstellt.

STATISCHE STABILITÄT 11. 1, b zeigt zwei Haupteinheiten eines Wärmekraftwerks: eine Turbine und einen Generator. Das Drehmoment der Turbine hängt von der zugeführten Energiemenge ab: z Dampfturbine- das ist Dampf, für eine Wasserturbine - Wasser. Im Normalmodus sind die Hauptparameter des Energieträgers stabil, sodass das Drehmoment konstant ist. Die vom Generator dem System zugeführte Leistung wird durch mehrere Parameter bestimmt, deren Einfluss von der Leistungskennlinie des Generators abhängt.

STATISCHE STABILITÄT Um die Eigenschaften der Generatorleistung zu erhalten, wurde ein Vektorleistungsübertragungsdiagramm erstellt (Abb. 11. 1, c). Dabei wird der Gesamtstromvektor in seinen Real- und Imaginärteil zerlegt und der Widerstand aus dem Ersatzschaltbild des in Abb. 11. 1, g:

STATISCHE STABILITÄT Aus dem Vektordiagramm folgt, dass, wo die aktive Stromkomponente ist, der Verschiebungswinkel des EMF-Vektors relativ zum Spannungsvektor ist. Wenn wir beide Seiten der Gleichung mit multiplizieren, erhalten wir (11. 1) wobei die vom Generator abgegebene Wirkleistung (in relativen Einheiten) ist.

STATISCHE STABILITÄT Die Abhängigkeit (11.1) hat sinusförmigen Charakter und wird Generatorleistungskennlinie genannt. Bei konstanter EMK des Generators und Spannung wird der Drehwinkel des Generatorrotors nur durch seine Wirkleistung bestimmt, die wiederum durch die Leistung der Turbine bestimmt wird. Die Leistung der Turbine hängt von der Menge des Energieträgers ab und wird in Koordinaten durch eine Gerade dargestellt.

STATISCHE STABILITÄT Bei bestimmten Werten der Generator-EMK und der Spannung der Empfangsseite hat die Leistungskennlinie ein Maximum, das nach der Formel berechnet wird. (11.2) Der Wert wird auch als „ideale“ Leistungsgrenze des Bordnetzes bezeichnet. Jeder Wert der Turbinenleistung entspricht zwei Schnittpunkten der Kennlinien a und b (Abb. 11.2, a), in denen die Leistungen von Generator und Turbine gleich groß sind.

STATISCHE STABILITÄT Betrachten Sie die Betriebsweise bei Punkt a. Wird die Generatorleistung um einen Wert erhöht, so ändert sich der Winkel, einer sinusförmigen Abhängigkeit folgend, um einen Wert. Von Abb. 11.2, a folgt, dass im Punkt a ein positiver Potenzinkrement einem positiven Winkelinkrement entspricht. Wenn sich die Generatorleistung ändert, wird das Gleichgewicht der Momente der Turbine und des Generators gestört. Mit zunehmender Leistung des Generators tritt an der mit der Turbine verbundenen Welle des Rotors ein Bremsmoment auf, das das Drehmoment der Turbine übersteigt. Das Bremsmoment bewirkt eine Verlangsamung des Generatorrotors, wodurch sich der Rotor und der damit verbundene EMK-Vektor in Richtung der Winkelverkleinerung bewegen (Abb. 11.2, b).

STATISCHE STABILITÄT Hervorzuheben ist, dass die Bewegung des Rotors unter Einwirkung eines überhöhten Drehmoments seiner Bewegung in positiver Richtung mit einer Synchrongeschwindigkeit überlagert ist, die um ein Vielfaches größer ist als die Geschwindigkeit dieser Bewegung. Dadurch wird am Punkt a der ursprüngliche Betriebsmodus wiederhergestellt und dieser Modus ist, wie aus der Definition der statischen Stabilität folgt, stabil. Die gleiche Schlussfolgerung kann mit einer Verringerung der Generatorleistung am Punkt a erhalten werden.

STATISCHE STABILITÄT Wird die Generatorleistung am Punkt b reduziert, so tritt an der Rotorwelle des Generators ein beschleunigendes Überdrehmoment auf, das den Winkel vergrößert. Mit zunehmendem Winkel nimmt die Generatorleistung weiter ab, was zu einer zusätzlichen Erhöhung des Beschleunigungsmoments führt, es kommt also zu einem lawinenartigen Vorgang, der als Asynchronfall bezeichnet wird. Der Vorgang des Außersynchronisierens und des Asynchronbetriebs, in den der Generator gerät, ist durch die kontinuierliche Bewegung des EMK-Vektors relativ zur Spannung des Empfangssystems gekennzeichnet.

STATISCHE STABILITÄT Wird die Generatorleistung im Punkt b erhöht, so tritt ein überhöhtes Bremsmoment auf, wodurch sich der Arbeitspunkt des Turbinen-Generator-Systems zum Punkt a verschiebt. Somit ist der Punkt a der Leistungskennlinie der Punkt des stabilen Gleichgewichts der Momente von Turbine und Generator, der Punkt b der Punkt des instabilen Gleichgewichts. In ähnlicher Weise sind alle Punkte, die auf dem ansteigenden Teil der Leistungscharakteristik liegen, Punkte eines stabilen Betriebs des Systems, und Punkte, die auf dem fallenden Teil der Charakteristik liegen, sind Punkte eines instabilen Betriebs. Die Grenze der Zonen stabilen und instabilen Betriebs ist die maximale Leistungskennlinie.

STATISCHE STABILITÄT Ein Zeichen für die statische Stabilität eines elektrischen Systems ist also das Vorzeichen des Leistungsinkrements zum Winkelinkrement. Wenn, dann ist das System stabil, wenn dieses Verhältnis negativ ist, dann ist es instabil. Beim Übergang zum Grenzwert erhalten wir das Stabilitätskriterium das einfachste System: . Eine Erhöhung der Turbinenleistung von Wert auf (Abb. 11.2, a) führt zu einer Erhöhung des Rotorwinkels von Wert zu Wert und zu einer Abnahme der statischen Stabilität.

STATISCHE STABILITÄT Natürlich sollte der Generator unter Betriebsbedingungen nicht bis zu seiner maximalen Kapazität belastet werden, da jede geringfügige Abweichung der Modusparameter zum Verlust der Synchronisierung und zum Übergang des Generators in den asynchronen Modus führen kann. Beim Auftreten unvorhergesehener Störungen wird ein Spielraum zum Laden des Generators bereitgestellt, der durch einen statischen Stabilitätsfaktor gekennzeichnet ist. (11.3)

STATISCHE STABILITÄT Richtlinien für die Stabilität von Stromversorgungssystemen schreiben vor, dass im Normalmodus von Stromversorgungssystemen eine Stabilitätsmarge der Stromübertragung, die die Station mit den Sammelschienen des Stromversorgungssystems verbindet, mindestens 20 % im Normalmodus und 8 % im Kurzmodus betragen sollte -Term Post-Unfall-Modus. In den strengsten Modi, in denen eine Erhöhung des Stromflusses entlang der Leitungen eine Verringerung der Verbraucherbeschränkungen oder Verluste von Wasserressourcen ermöglicht, ist eine Verringerung der Stabilitätsmarge auf 8 % zulässig. Kurzfristig bedeutet bis zu 40 Minuten dauernde Modi nach einem Unfall, in denen der Lotse den normalen Bereich der statischen Stabilität wiederherstellen muss.

Leistungskennlinie eines Schenkelpolgenerators Um die Leistung einer Schenkelpolmaschine zu charakterisieren, schreiben wir den Ausdruck für die Wirkleistungsabgabe an das System. In Anbetracht dessen schreiben wir in der Form den Ausdruck für Leistung um

Leistungscharakteristik eines Schenkelpolgenerators Aus dem letzten Ausdruck folgt, dass die Leistungscharakteristik eines Schenkelpolgenerators zusätzlich zur sinusförmigen Hauptkomponente eine zweite Komponente enthält - die zweite harmonische Komponente, deren Amplitude proportional ist die Differenz der induktiven Widerstände u. Die zweite Harmonische verschiebt das Maximum der Leistungskennlinie in Richtung abnehmenden Winkels (Abb. 11.3). Der erste Hauptteil hängt von der Größe der EMF ab, was bedeutet, dass der Generator erregt werden muss. Die zweite Komponente hängt nicht von der Erregung des Generators ab, sie zeigt, dass ein Schenkelpolgenerator aufgrund des Blindmoments ohne Erregung Wirkleistung erzeugen kann, diese Wirkleistung jedoch vom Sinus des Doppelwinkels abhängt.

Leistungskennlinie eines Schenkelpolgenerators Die Amplitude der Leistungskennlinie nimmt gegenüber der Kennlinie einer Vollpolmaschine zu. Dieser Anstieg tritt jedoch nur bei kleinen Werten des EMF auf (wenn die erste und zweite Komponente von gleicher Größenordnung sind). Unter normalen Bedingungen beträgt die Amplitude der zweiten Harmonischen 10 - 15 % der Grundharmonischen und hat keinen merklichen Einfluss auf die Leistungscharakteristik.

Leistungskennlinie des Generators mit AVR Nehmen wir an, der Generator in Abb. 11.1 Spannungsregelsystem deaktiviert. Lassen Sie uns ein Vektordiagramm des betrachteten Systems erstellen und die Spannung an den Generatorbussen darin hervorheben (Abb. 11. 4, a). Es hängt vom Spannungsabfall am Außenwiderstand des Systems ab: Wo befinden sich die Systeme. äußerer Widerstand

Generatorleistungskennlinie mit AVR Der Spannungsvektor auf den Generatorbussen teilt den Spannungsabfallvektor in zwei Teile proportional zu den induktiven Reaktanzen und. Erhöhen wir die übertragene Wirkleistung um und damit den Winkel um. Dies führt zu einer Änderung der an das System gelieferten Blindleistung. Um die Abhängigkeit der Blindleistung vom Winkel zu erhalten, schreiben wir den Ausdruck, der aus dem in Abb. 1 gezeigten Vektordiagramm folgt. 11.1, ein

Leistungskennlinie des Generators mit ARV Multipliziert man den linken und rechten Teil der letzten Gleichheit mit, erhält man. Wenn wir aus der letzten Beziehung ausdrücken, erhalten wir einen Ausdruck für die vom Generator abgegebene Blindleistung aus dem Winkel: .

Leistungscharakteristik des Generators mit AVR Aus dem Diagramm folgt, dass eine Vergrößerung des Winkels eine Abnahme der Spannung an den Generatorschienen bewirkt. Nehmen wir an, dass der automatische Erregungsregler eingeschaltet ist und die Spannung regelt. Bei einer Abnahme dieser Spannung erhöht der Regler den Erregerstrom und damit die EMK, bis der vorherige Spannungswert wiederhergestellt ist. Betrachtet man die stationären Betriebsarten eines Generators mit AVR bei verschiedenen Werten des Winkels, wird oft angenommen, dass die Spannung konstant ist. Auf Abb. 11.4b zeigt das Kennlinienfeld, für das konstruiert wurde unterschiedliche Bedeutungen EMF.

Leistungskennlinie des Generators mit AVR Wenn wir den Punkt a als Ausgangspunkt des Normalmodus nehmen, dann werden zur Leistungserhöhung (begleitet von einer Winkelerhöhung) die Punkte neuer stationärer Modi durch den Übergang bestimmt von einem Merkmal zum anderen gemäß dem Vektordiagramm (Abb. 11. 4, a) . Wenn wir die Punkte verbinden, die bei verschiedenen Erregungsniveaus festgestellt wurden, erhalten wir die äußere Charakteristik des Generators. Es erhöht sich sogar in

Generatorleistungskennlinie mit AVR Proportionalregler (RPT) mit Verstärkungen von 50 ... 100 ermöglichen es, die Spannung auf den Generatorbussen nahezu konstant zu halten. Die Verstärkung ist definiert als das Verhältnis der Anzahl der Anregungseinheiten und Generatorspannungseinheiten. Aber die maximale Sendeleistung eines solchen Generators, ausgestattet mit einem AVR mit einer solchen Verstärkung, ist etwas höher als die maximale Leistung eines ungeregelten Generators.

Leistungskennlinie des Generators mit AVR Dies liegt daran, dass bei einer Leistungserhöhung an einem bestimmten Punkt der Leistungskennlinie (Punkt 3 in Abb. 11.5, a) der Generator ins Eigenschwingen gerät, d.h. periodische Schwingungen des Rotors mit zunehmender Amplitude führen dazu, dass der Generator aus dem Gleichlauf fällt. Daher versuchen Proportionalregler nicht, ihn zu unterstützen, sondern lassen ihn mit zunehmender Last leicht abnehmen. In diesem Fall ist die maximal erreichbare Leistung viel höher als die Leistung (Abb. 11.5, b).

Leistungskennlinie des Generators mit AVR Die Leistungskennlinie hat bei Verstärkungen in der Größenordnung von 20 ... 40 etwa das gleiche Maximum wie die Generatorkennlinie bei. Daher kann ein mit einem Proportionalregler ausgestatteter Generator in Ersatzschaltungen mit transienter EMK und Widerstand dargestellt werden.

Leistungskennlinie eines Generators mit AVR

Leistungskennlinie des Generators mit AVR

Leistungscharakteristik des Generators mit AVR Der Regler beginnt erst zu arbeiten, nachdem die Spannungsabweichung in die eine oder andere Richtung einen bestimmten Wert erreicht hat. Bei kleineren, im Totbereich liegenden Abweichungen arbeitet der Regler nicht. Die Grenzen der Totzone entsprechen zwei äußeren Merkmalen (Abb. 11.6).

Leistungskennlinie des Generators mit AVR Der Punkt a möge dem Anfangsmodus entsprechen. Bei einer kleinen Störung, die eine Erhöhung des Winkels verursacht, nimmt die Spannung an den Generatorbussen ab, aber der Regler arbeitet nicht, bis die Winkelabweichung in der Totzone liegt. Mit zunehmendem Winkel an der Generatorwelle entsteht ein beschleunigendes Überschussmoment, das zu dessen weiterer Erhöhung führt. Wenn der Bewegungswinkel die Grenze der Totzone überschreitet (Punkt b), beginnt die Steuerung zu arbeiten.

Leistungskennlinie des Generators mit AVR Ein Anstieg des Erregerstroms und folglich der EMK des Generators verlangsamt den Leistungsabfall und verschiebt den Arbeitspunkt auf der Leistungskennlinie entsprechend einer großen EMK (Punkte c, d). Am Punkt e wird die überschüssige Leistung Null, aber aufgrund der Trägheit des Rotors nimmt der Winkel weiter zu. Am Punkt f wird der Winkel maximal, danach beginnt er abzunehmen.

Leistungskennlinie des Generators mit ACD Nach dem Punkt g, der anliegt äußeres Merkmal, beginnt der Regler die Erregerspannung zu reduzieren und die Leistungsänderungskurve kreuzt sich innere Merkmale Macht in die entgegengesetzte Richtung. Somit kommt es durch innere Instabilität zu ungedämpften Schwingungen des Generatorrotors (Winkelschwingungen). Die Amplitude dieser Schwingungen hängt von der Breite der Totzone des Reglers ab. Zusammen mit dem Winkel schwanken Spannung, Leistung und Strom des Generators. Solche Schwankungen machen es schwierig, den Betrieb des Generators zu steuern, und machen es erforderlich, seinen Betrieb in solchen Modi aufzugeben.

Generatorleistungscharakteristik mit AVR o. Es ist möglich, einen stabilen Betrieb des Generators sicherzustellen, wenn komplexere Erregungsregler verwendet werden, die nicht nur auf Spannungsänderungen, sondern auch auf die Geschwindigkeit und sogar Beschleunigung von Spannungsänderungen reagieren. Solche Regulatoren werden Regulatoren genannt. starke Aktion. Starke Regler liefern eine konstante Spannung an den Generatorklemmen (ohne Selbstschwingung), daher kann ein mit einem solchen Regler ausgestatteter Generator bei der Berechnung der statischen Stabilität im Ersatzschaltbild durch eine konstante Spannungsquelle ohne Widerstand dargestellt werden.

Dabei wird der Zustand eines Systems zu einem beliebigen Zeitpunkt oder über einen Zeitraum hinweg genannt Regime Systeme. Der Modus ist durch Indikatoren gekennzeichnet, die die Betriebsbedingungen des Systems quantitativ bestimmen. Diese Indikatoren werden aufgerufen Modus Parameter . Dazu gehören die Werte von Leistung, Spannung, Frequenz, Verschiebungswinkeln von EMF-Vektoren, Spannungen, Strömen.

Der Bordnetzmodus kann sein gegründet oder Übergangs .

Bei allen transienten Prozessen treten aus beliebigen Gründen regelmäßige sequentielle Änderungen der Modusparameter auf. Diese Gründe werden genannt störende Einflüsse . Sie erzeugen anfängliche Abweichungen der Modusparameter − Modus Störungen .

BEIM normale Bedingungen Im Betrieb kommt es immer wieder zu kleinen Lastwechseln. Daher gibt es im System kein streng unveränderliches Regime, und wenn man von einem stetigen Regime spricht, meint man immer das Regime kleiner Störungen.

Kleine Störungen sollten die Stabilität des Systems nicht verletzen, dh sie sollten nicht zu einer fortschreitend zunehmenden Änderung der Parameter des Anfangsmodus des Systems führen.

Statische Stabilität - dies ist die Fähigkeit des Systems, den ursprünglichen (oder nahezu ursprünglichen) Modus nach einer kleinen Störung wiederherzustellen.

Unter bestimmten Bedingungen kann der stationäre Zustand instabil sein. Dies geschieht, wenn das System unter extremen Bedingungen betrieben wird (zu viel oder zu wenig Sendeleistung, Spannungsabfall an Lastknoten usw.). In diesen Fällen führen kleine Störungen zu einer fortschreitend zunehmenden Änderung der Regimeparameter, die zunächst sehr langsam erfolgt und sich in Form einer spontanen Änderung, manchmal auch als spontane Änderung, manifestiert Kriechen (Fließfähigkeit) Parameter des normalen Modus des Systems.

Bei der Untersuchung der statischen Stabilität wird von vornherein davon ausgegangen, dass dies festzustellen ist absolute Werte Es ist unmöglich, die Modusparameter zu ändern, wenn sie von den festgelegten Werten abweichen. Die Ursache und der Ort ihres Auftretens sind nicht festgelegt. Das sind ein paar freie Störungen Wahrscheinlichkeitscharakter haben.

Die Aufgabe, die statische Stabilität zu untersuchen, reduziert sich daher nur auf die Bestimmung der Art der Änderung der Regimeparameter, ohne die Größe der Störungen zu bestimmen. In diesem Fall beschränkt sich die Analyse auf einen kleinen Bereich e, der im Bereich der konstanten Werte der Parameter gegeben ist.

Die statische Stabilität eines elektrischen Systems kann beurteilt werden verschiedene Wege:

1. Mit Hilfe praktischer Kriterien, die auf vereinfachenden Annahmen beruhen. In diesem Fall wird die Antwort nur in Form von "ja - nein", "wird verlassen - wird nicht verlassen" erhalten, der Modus aus seinem Anfangszustand mit einer kleinen Störung des Systems.

2. Verwendung der Methode der kleinen Schwingungen, basierend auf dem Studium der Bewegungsgleichungen. In diesem Fall wird die physikalische Natur der auftretenden Phänomene vollständiger geklärt: Es wird nicht nur die Stabilität des Regimes festgestellt, sondern auch die Natur der Bewegung (aperiodisch oder oszillierend, ansteigend oder abklingend).

Notbetriebsarten im Bordnetz entstehen bei Kurzschlüssen, Notabschaltungen von belasteten Aggregaten oder Leitungen etc. Unter der Wirkung großer Störungen, drastische Veränderungen Modus.

Große Störungen können auch im normalen Modus auftreten: Aus- und Einschalten von Generatoren, Leitungen, Starten von leistungsstarken Motoren usw.

In Bezug auf große Störungen wird das Konzept der dynamischen Stabilität eingeführt.

Dynamische Stabilität ist die Fähigkeit des Systems, nach einer großen Störung seinen ursprünglichen Zustand wiederherzustellen.

Die oben eingeführten Begriffe „kleine“ und „große“ Störungen sind bedingt. Unter einer kleinen Störung wird dabei eine Störung verstanden, deren Einfluss auf die Art des Systemverhaltens sich praktisch unabhängig vom Ort des Auftretens der Störwirkung und ihrer Größe manifestiert. In dieser Hinsicht wird das System im Bereich von Regimen nahe dem anfänglichen als linear betrachtet.

Eine große Störung ist eine Störung, deren Einfluss auf die Art des Verhaltens des Systems von der Zeit des Bestehens, der Größe und dem Ort des Auftretens der Störwirkung abhängt.

In dieser Hinsicht sollte bei der Untersuchung der dynamischen Stabilität das System im gesamten Bereich der Untersuchung als nichtlinear betrachtet werden.

Die Hauptmethode zur Untersuchung der dynamischen Stabilität elektrischer Systeme weiter gegenwärtige Stufe ist ein Numerische Integration Differentialgleichungen, die das Verhalten des Systems beschreiben.

Diese Berechnungen werden auf Computern durchgeführt, die nach Programmen arbeiten, die die Genauigkeit der Berechnungen steuern, indem sie den Integrationsschritt verringern, bis der Betrag der Differenz zwischen den berechneten Werten der Funktion kleiner als einige gegeben ist positive Zahl e.

Je nach Zweck der Berechnungen werden in der Praxis oft vereinfachte Verfahren verwendet, die keinen Anspruch auf hohe Genauigkeit erheben. Diese Methoden werden verwendet, wenn eine Begrenzung möglich ist gemeinsames Merkmal Prozess. Unter den vereinfachten Methoden am weitesten verbreitet erhielt die Methode der aufeinanderfolgenden Intervalle, deren Kern die ungefähre Berechnung des Integrals ist.

Aber es gibt ein einfacheres und visuelle Methode, basierend auf dem Energieansatz zur Analyse der dynamischen Stabilität, der als Flächenmethode bezeichnet wird. Bei dieser Methode wird die kinetische Energie des Systems durch die Fläche des Graphen des transienten Prozesses bestimmt. Die Aufgabe der Studie besteht darin, die Beschleunigungs- und Verzögerungsbereiche zu vergleichen, dh die beim Beschleunigen des Generatorrotors erhaltene kinetische Energie mit der Energie zu vergleichen, die beim Verzögern des Rotors verbraucht wird.

Dynamische Stabilität- die Fähigkeit des Systems, nach einer großen Störung in seinen ursprünglichen Zustand zurückzukehren. R-m begrenzen- p-m, bei dem ein sehr geringer Lastanstieg zu einer Verletzung seiner Stabilität führt. Bandbreitenelement Systeme rufen die höchste Macht, Kat. kann unter Berücksichtigung aller einschränkenden Faktoren durch das Element geleitet werden. Positionssystem- ein solches System, in der Katze. par-ry p-ma hängen vom aktuellen Zustand ab, der relativen Position, unabhängig davon, wie dieser Zustand erreicht wurde. Gleichzeitig sind die echten dynamischen Eigenschaften des e-sist. durch statische ersetzt. Statische Statistiken- dies ist der Zusammenhang der Parameter des p-ma des Systems, analytisch oder grafisch dargestellt, unabhängig von der Zeit. Dynamische Eigenschaften– Verbindungen von Paaren, die unter der Bedingung erhalten werden, dass sie von der Zeit abhängen. Spannungsreserve: k u =. Energie reserve: k R =. Annahmen in der Stabilitätsanalyse: 1. Die Drehzahl der Rotoren von Synchronmaschinen während des Flusses der elektromechanischen. PP ändert sich innerhalb kleiner Grenzen (2-3%) der Synchrondrehzahl. 2. Die Spannung und Ströme des Stators und Rotors des Generators ändern sich sofort. 3. Die Nichtlinearität der Paare des Systems wird normalerweise nicht berücksichtigt. Die Nichtlinearität der p-ma-Paare wird berücksichtigt, wenn eine solche Abrechnung abgelehnt wird, wird dies festgelegt und das System wird als linearisiert bezeichnet. 4. Gehen Sie von einem r-ma el.sist. für andere ist es möglich, ihre eigenen und gegenseitigen Widerstandskreise, EMF von Generatoren und Motoren zu ändern. 5. Die Untersuchung der dynamischen Stabilität mit asymmetrischen Störungen wird in der Direktsequenzschaltung durchgeführt.Die Bewegung der Rotoren von Generatoren und Motoren ist auf die Momente zurückzuführen, die durch die Ströme der Direktsequenz erzeugt werden. Probleme der dynamischen Stabilitätsanalyse verbunden mit dem Übergang des Systems von einem stationären Zustand in einen anderen. a) Berechnung der Paardynamik. Übergang während der Betriebs- oder Notabschaltung von belasteten Elementen des elektrischen Systems. b) Definition von Paaren dynamisch. Übergänge während eines Kurzschlusses im System unter Berücksichtigung von: - möglichem Übergang von 1 asymmetrischem Kurzschluss zu anderen; - Funktion zum automatischen Wiedereinschalten eines nach einem Kurzschluss abgeschalteten Elements. Die Ergebnisse der Berechnung der Dynamik. Stabilität sind: - die maximale Abschaltzeit des berechneten Kurzschlusstyps an den gefährlichsten Stellen des Systems; - pausiert syst. automatische Wiedereinschaltvorrichtungen, die in verschiedenen elektrischen Systemen installiert sind; - parry syst. automatische Eingabe einer Reserve (ATS).

Das elektrische Energiesystem ist dynamisch stabil, wenn bei starken Störungen der Gleichlauf aller seiner Elemente erhalten bleibt. Betrachten Sie zur Verdeutlichung der Grundstellung der dynamischen Stabilität die Phänomene, die auftreten, wenn einer der beiden Parallelkreise der Hochspannungsleitung plötzlich abgeschaltet wird (Abb. a). Der resultierende Widerstand im Normalmodus ist gegeben durch , und nach dem Trennen eines der Stromkreise - durch den Ausdruck Da , dann die Relation

Im Fall einer plötzlichen Unterbrechung einer der Energieübertragungsleitungen hat der Rotor aufgrund der Trägheit keine Zeit, den Winkel δ sofort zu ändern. Daher wird das Regime durch den Punkt gekennzeichnet sein b auf einer anderen Winkelcharakteristik des Generators - der Charakteristik 2 in Abb.

Nach einer Abnahme seiner Leistung entsteht ein überschüssiges Beschleunigungsmoment, unter dessen Einfluss die Winkelgeschwindigkeit des Rotors und der Winkel δ zunehmen. Mit zunehmendem Winkel erhöht sich die Generatorleistung entsprechend der Kennlinie 2 . Beim Beschleunigen passiert der Generatorrotor 61.1. Punkt mit, wonach sein Drehmoment führend wird. Der Rotor beginnt zu verlangsamen und ausgehend von dem Punkt d seine Winkelgeschwindigkeit nimmt ab. Wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rotors auf einen Wert = Punkt ansteigt e, dann fällt der Generator aus dem Gleichlauf. Die Stabilität des Systems kann anhand der zeitlichen Änderung des Winkels δ beurteilt werden. Die Änderung von δ in Abb. a, entspricht dem stabilen Betrieb des Systems. Bei Änderung von δ entlang der in Abb. b, das System ist instabil.

Besonderheiten der statischen und dynamischen Stabilität: bei statischer Stabilität ändert sich die Generatorleistung während des Auftretens von Störungen entlang der gleichen Winkelcharakteristik, und nach ihrem Verschwinden bleiben die Systemparameter dieselben wie vor dem Auftreten von Störungen; für Lautsprecher gilt das Gegenteil.

Analyse der dynamischen Stabilität der einfachsten Systeme mit einem graphischen Verfahren. Wenn die statische Stabilität den eingeschwungenen Zustand des Systems charakterisiert, zeigt die Analyse der dynamischen Stabilität die Fähigkeit des Systems, einen synchronen Betriebsmodus mit großen Störungen aufrechtzuerhalten. Große Störungen treten während verschiedener Kurzschlüsse, Unterbrechungen von Stromleitungen, Generatoren, Transformatoren usw. auf. Eine der Folgen der aufgetretenen Störung ist die Abweichung der Drehzahlen der Generatorrotoren von der Synchronität. Wenn nach einer Störung die gegenseitigen Winkel der Rotoren bestimmte Werte annehmen (ihre Schwingungen sterben um einige neue Werte herum aus), wird davon ausgegangen, dass die dynamische Stabilität erhalten bleibt. Wenn bei mindestens einem Generator der Rotor beginnt, sich relativ zum Statorfeld zu drehen, dann ist dies ein Zeichen für eine Verletzung der dynamischen Stabilität. Aus den Abhängigkeiten b = kann im allgemeinen Fall die dynamische Stabilität des Systems beurteilt werden f (t) erhalten als Ergebnis der gemeinsamen Lösung der Bewegungsgleichungen der Generatorrotoren. Analyse der dynamischen Stabilität des einfachsten Systems durch ein graphisches Verfahren. Betrachten wir den einfachsten Fall, wenn das Kraftwerk G arbeitet über eine Zweikreisleitung zu Bussen mit unendlicher Leistung (siehe Abb. a). a - schematisches Diagramm; b - Ersatzschaltbild im Normalmodus; c - Ersatzschaltbild im Nachunfallmodus; d - grafische Darstellung des dynamischen Übergangs: Eigenschaften des Normal- und Notfallmodus (Kurven 1 bzw. 2) Der Zustand konstanter Spannung an den Systembussen ( U = konst) eliminiert Schwingungen der Generatoren des Empfangssystems und vereinfacht die Analyse der dynamischen Stabilität erheblich. Die dem normalen (Vor-Notfall-) Modus entsprechende Leistungskennlinie kann aus dem Ausdruck erhalten werden ohne Berücksichtigung der zweiten Harmonischen, was in praktischen Berechnungen durchaus akzeptabel ist. Nehmen E q = E, dann . Nehmen wir die Linie an L 2 geht plötzlich aus. Betrachten Sie den Betrieb des Generators nach dem Abschalten. Das Ersatzschaltbild des Systems nach dem Abschalten der Leitung ist in Abb. c dargestellt. Die Gesamtnachbruchfestigkeit steigt im Vergleich dazu an X dZ(Gesamtnormalmoduswiderstand). Dies führt zu einer Abnahme der maximalen Leistungskennlinie des Nach-Unfall-Modus (Kurve 2, Fig. d). Nach einer plötzlichen Abschaltung 61.2. Linie erfolgt ein Übergang von Leistungskennlinie 1 zu Kennlinie 2. Aufgrund der Trägheit des Rotors kann sich der Winkel nicht schlagartig ändern, sodass sich der Arbeitspunkt vom Punkt wegbewegt a zu Punkt b. An der Welle tritt ein Drehmomentüberschuss auf, der durch die Differenz zwischen der Turbinenleistung und der neuen Generatorleistung bestimmt wird (P = P 0 – P (0)). Unter dem Einfluss dieser Differenz beginnt die Rotormaschine zu beschleunigen und bewegt sich in Richtung großer Winkel . Diese Bewegung wird der Drehung des Rotors mit Synchrondrehzahl überlagert, und die resultierende Rotordrehzahl ist w = w 0 + , wobei w 0 die Synchrondrehzahl ist; - Relativgeschwindigkeit. Durch die Beschleunigung des Rotors beginnt sich der Arbeitspunkt gemäß Kennlinie 2 zu verschieben. Die Generatorleistung steigt, das Überschussmoment sinkt. Die Relativgeschwindigkeit steigt auf den Punkt mit. Am Punkt mit das überschüssige Moment wird gleich Null und die Geschwindigkeit wird maximal. Die Bewegung des Rotors mit Geschwindigkeit hört an diesem Punkt nicht auf mit, passiert der Rotor diesen Punkt durch Trägheit und bewegt sich weiter. Aber das überschüssige Moment ändert gleichzeitig das Vorzeichen und beginnt, den Rotor zu verlangsamen. Die relative Rotationsgeschwindigkeit beginnt zu sinken und an dem Punkt d wird Null. Der Winkel an diesem Punkt erreicht seinen Maximalwert. Aber auch an der Stelle d Die Relativbewegung des Rotors stoppt nicht, da das Bremsüberschussmoment auf die Welle der Einheit wirkt, sodass der Rotor beginnt, sich in Richtung des Punktes zu bewegen mit, die Relativgeschwindigkeit wird dann negativ. Punkt mit der Rotor geht durch Trägheit, in der Nähe des Punktes b der Winkel wird minimal und ein neuer Zyklus relativer Bewegung beginnt. Winkeloszillation (t) sind in Abb. d dargestellt. Die Schwingungsdämpfung wird durch Energieverluste bei der Relativbewegung des Rotors erklärt. Überschüssiges Drehmoment wird durch den Ausdruck mit überschüssiger Leistung in Verbindung gebracht , wobei ω die resultierende Rotordrehzahl ist.