پایداری سیستم انرژی اطلاعات کلی. راه های افزایش تاب آوری

پایداری استاتیکی سیستم های قدرت الکتریکی..

پایداری استاتیک توانایی یک سیستم برای بازگرداندن حالت اولیه یا نزدیک به حالت اولیه پس از اختلال است.

پایداری دینامیکی توانایی یک سیستم برای بازگرداندن حالت اولیه یا نزدیک به حالت اولیه پس از یک اختلال بزرگ است.

بر اساس تعریف پایداری استاتیکی سیستم، می توان نتیجه گرفت که رژیمی وجود دارد که در آن افزایش بسیار اندک بارها باعث نقض پایداری آن می شود. این حالت حالت حد نامیده می شود و بارهای سیستم در شرایط پایداری استاتیکی حداکثر یا حداکثر بار نامیده می شوند.

سیستم برق باید به گونه ای عمل کند که برخی از تغییرات (وخامت) در رژیم منجر به اختلال در پایداری عملکرد آن نشود. ساده ترین ارزیابی حاشیه پایداری آن بر اساس مقایسه شاخص های حالت آزمایش شده (اولیه) و شاخص های مشخص کننده حالتی است که حداکثر پایداری را دارد.

پایداری استاتیک عملکرد EPS در شرایط پس از اضطرار معمولاً از طریق اقداماتی که نیازی به سرمایه گذاری اضافی ندارند تضمین می شود:

- افزایش کوتاه مدت ولتاژ در پایانه های ژنراتور.

– کاهش سریعبارهای انتقال نیرو با خاموش کردن بخشی از ژنراتورها در نیروگاه ها و غیره.

- علاوه بر این، اقداماتی وجود دارد که ثبات استاتیکی را افزایش می دهد، اما نیاز به سرمایه گذاری دارد:

- استفاده از سیستم تحریک با سرعت بالا برای ژنراتورها.

- استفاده از جبران کننده های سنکرون در پست های میانی؛

- استفاده از جبران کننده های تریستور ساکن

- جبران خازنی طولی مقاومت القایی انتقال نیرو با استفاده از خازن های ساکن و غیره.

- تقریباً همه این اقدامات افزایش پایداری دینامیکی را ممکن می کند.

در عملیات، در مواردی که این امر برای جلوگیری از محدودیت مصرف کنندگان یا از دست دادن منابع هیدرولیک ضروری است، عملیات طولانی مدت انتقال قدرت در حالت عادی با حاشیه پایداری استاتیک به 5-10٪ بسته به نقش مجاز مجاز است. انتقال نیرو در سیستم قدرت و پیامدهای نقض احتمالی پایداری.

با محاسبه تمام ریشه های معادله مشخصه، می توان پاسخ دقیقی به سوال در مورد پایداری (یا ناپایداری) یک سیستم به دست آورد. با این حال، روش محاسبه ریشه ها برای معادلات مرتبه بالا بسیار کار بر است، بنابراین تعدادی از شرایط ریاضی ویژه ایجاد شده است که بدون محاسبه ریشه های معادله مشخصه، تعیین مکان آنها در مجتمع را ممکن می کند. صفحه و بنابراین به طور دقیق به سوال پایداری یا ناپایداری سیستم پاسخ دهد. به این شرایط ریاضی معیارهای پایداری می گویند. معیارهای جبری و فرکانس برای ثبات وجود دارد. معیارهای جبری شامل گروهی از شرایط (گروهی از نابرابری ها) است که بر اساس قواعد خاصی از ضرایب معادله مشخصه جمع آوری شده است، مشروط به اینکه ثبات رخ می دهد. اگر حداقل یکی از آنها نقض شود، بی ثباتی رخ می دهد. برای انجام یک تحلیل با استفاده از معیارهای جبری، بدیهی است که ابتدا ضرایب چند جمله ای در سمت چپ معادله مشخصه محاسبه شود. لازم و شرایط کافیثبات یک سیستم همگن خطی معادلات دیفرانسیل در قالب نابرابری های جبری توسط دانشمند انگلیسی روث و ریاضیدان سوئیسی Hurwitz ایجاد شد.

معیارهای ثبات جبری:

o معیار هورویتز

سیستم نابرابری هاورویتز به صورت زیر ساخته شده است. ضرایب چند جمله ای مشخصه برای ساخت ماتریس مربع هورویتز استفاده می شود. شرایط لازم و کافی برای پایداری این است که همه n مینور مورب باید مثبت باشند.

o معیار روت

برای سیستم های مرتبه بالا با ضرایب عددی مشخص شده معادله مشخصه راحت تر است. از ضرایب چند جمله ای مشخصه، جدول Routh تهیه می شود که هر عنصر از طریق چهار عنصر دو ردیف قبلی محاسبه می شود. الگوریتم محاسبه به وضوح از جدول قابل مشاهده است. ردیف های (n+1) در جدول وجود دارد. الزامات پایداری Routh به صورت زیر فرموله می شود: برای پایداری سیستم، لازم و کافی است که تمام ضرایب ستون اول مثبت باشد.

معیارهای ثبات فرکانس

در تمرین مطالعه پایداری سیستم ها، مواردی وجود دارد که نه تنها محاسبه ریشه های معادله مشخصه، بلکه به دست آوردن خود معادله به شکل یک چند جمله ای مشخصه در سمت چپ نیز دشوار است. در اینگونه موارد

معیارهای فرکانس راحت تر هستند، که

مانند معیارهای جبری، تعیین وجود یا عدم وجود ریشه های معادله مشخصه در نیم صفحه سمت راست در صفحه ریشه ها را ممکن می کنند. معیارهای فرکانس بر اساس آنچه در آن شناخته شده است می باشد ریاضیات بالاتراصل استدلال .

مبانی فیزیکی پایداری سیستم‌های برق پایداری استاتیک یک سیستم قدرت، پایداری در شرایط نابسامانی‌های کوچک رژیم است. از در نظر گرفتن ساده ترین سیستم های مکانیکی نتیجه می شود که حالت هایی (رژیم ها) وجود دارد که در آن سیستم، پس از یک اختلال تصادفی، تمایل به بازیابی حالت اصلی یا نزدیک به آن دارد. در رژیم های دیگر، یک اختلال تصادفی سیستم را از حالت اولیه خود دور می کند. در مورد اول، سیستم پایدار است، در مورد دوم - ناپایدار.

مبانی فیزیکی پایداری سیستم های قدرت الکتریکی در حالت پایدار، بین انرژی منبع ورودی به سیستم و انرژی صرف شده در بار و برای پوشش تلفات تعادل وجود دارد. با هر گونه اختلال، که در تغییر پارامتر حالت ظاهر می شود، این تعادل مختل می شود. اگر سیستم دارای چنین ویژگی هایی باشد که انرژی پس از یک اختلال با شدت بیشتری نسبت به تولید نیروگاه ها مصرف شود، رژیم جدیدی که در نتیجه اختلال ایجاد شده است را نمی توان با انرژی و حالت پایدار قبلی یا نزدیک به آن تامین کرد. باید در سیستم بازیابی شود. چنین سیستمی پایدار است.

مبانی فیزیکی پایداری سیستم های قدرت الکتریکی از تعریف پایداری چنین بر می آید که شرط حفظ پایداری سیستم (معیار پایداری) یک نسبت یا به صورت دیفرانسیل است. کمیت را انرژی اضافی می گویند. این انرژی در صورتی مثبت است که انرژی تولیدی اضافی که در طول اختلال ظاهر می شود، با در نظر گرفتن تلفات موجود در آن، شدیدتر از بار سیستم افزایش یابد.

مبانی فیزیکی پایداری سیستم های قدرت الکتریکی در این شرایط، معیار پایداری به شکلی نوشته می شود، یعنی اگر مشتق انرژی اضافی نسبت به پارامتر تعیین کننده منفی باشد، حالت پایدار است.

مبانی فیزیکی پایداری سیستم های قدرت الکتریکی برای اطمینان از پایداری سیستم، حاشیه پایداری استاتیکی آن که با زوایای جابجایی روتورهای ژنراتور و بردارهای ولتاژ در نقاط گرهی سیستم مشخص می شود، ضروری است. پراهمیتدارای ذخیره پایداری استاتیکی در حالت پس از اضطرار است - از نظر توان انتقال الکتریکی باید 5 - 10٪ باشد، در حالت عادی 15 - 20٪. با این حال، این اعداد به شدت محدود نیستند.

مبانی فیزیکی پایداری سیستم‌های برق برای بررسی پایداری استاتیکی یک سیستم، لازم است معادلات دیفرانسیل نوسانات کوچک برای تمام عناصر و دستگاه‌های کنترلی آن جمع‌آوری شود و سپس ریشه‌های معادله مشخصه برای پایداری بررسی شود. از آنجایی که یک راه حل دقیق برای چنین مسئله ای بسیار دشوار است، محاسبات مهندسی از روش های تقریبی برای مطالعه پایداری استفاده می کند که مبتنی بر استفاده از معیارهای پایداری عملی است.

پایداری استاتیکی سیستم "ژنراتور معادل - باس‌های ولتاژ ثابت" سیستمی که در آن یک نیروگاه از راه دور به باس‌های ولتاژ ثابت (سیستم) متصل است، ساده‌ترین سیستم نامیده می‌شود (شکل 11. 1، a). اعتقاد بر این است که توان کل ایستگاه های الکتریکی سیستم به طور قابل توجهی از توان ایستگاه مورد نظر بیشتر است. این به ما اجازه می دهد تا ولتاژ گذرگاه های سیستم را تحت هر حالت عملیاتی بدون تغییر در نظر بگیریم. ساده ترین سیستم را مدل تک ماشینی یک سیستم قدرت یا مدل "Machine-bus" نیز می نامند.

پایداری استاتیکی نیروگاه مورد تجزیه و تحلیل از طریق اتصالات ترانسفورماتور و یک خط انتقال نیرو به ژنراتورهای یک سیستم قدرت متمرکز قدرتمند متصل می شود، به طوری که باس های دریافت کننده آن به عنوان اتوبوس های برق بی نهایت (IBP) تعیین می شوند. ویژگی های متمایز کننده BBM ولتاژی است که مدول ثابت و فرکانس ثابت این ولتاژ است. هنگام استفاده از BBM، سیستم های قدرت مربوطه در نمودارهای الکتریکی، به عنوان یک قاعده، به تصویر کشیده نمی شوند. در مدارهای معادل، گذرگاه های قدرت نامحدود به عنوان عنصری که یک سیستم قدرتمند را نشان می دهد استفاده می شود.

پایداری استاتیکی در شکل. 11. 1، b دو واحد اصلی یک نیروگاه حرارتی را نشان می دهد: یک توربین و یک ژنراتور. گشتاور توربین به مقدار انرژی عرضه شده بستگی دارد: برای توربین بخار- این بخار است، برای یک توربین هیدرولیک - آب. در حالت عادی، پارامترهای اصلی حامل انرژی پایدار هستند، بنابراین گشتاور ثابت است. توان عرضه شده توسط ژنراتور به سیستم توسط چندین پارامتر تعیین می شود که تأثیر آنها به ویژگی های توان ژنراتور بستگی دارد.

پایداری استاتیکی برای به دست آوردن ویژگی های توان ژنراتور، یک نمودار برداری از انتقال توان ساخته شد (شکل 11. 1، c). در اینجا بردار جریان کل به اجزای واقعی و فرضی خود تجزیه می شود و مقاومت از مدار معادل سیستم نشان داده شده در شکل 1 به دست می آید. 11. 1، g:

پایداری استاتیکی از نمودار برداری چنین است که، جایی که جزء فعال جریان است، زاویه جابجایی بردار EMF نسبت به بردار ولتاژ است. با ضرب هر دو طرف تساوی در، به دست می آوریم (11.1) که در آن توان اکتیو عرضه شده توسط ژنراتور (بر حسب واحدهای نسبی) است.

پایداری استاتیکی وابستگی (11.1) ماهیت سینوسی دارد و مشخصه توان ژنراتور نامیده می شود. در EMF و ولتاژ ثابت ژنراتور، زاویه چرخش روتور ژنراتور فقط با توان فعال آن تعیین می شود که به نوبه خود توسط توان توربین تعیین می شود. قدرت توربین به مقدار حامل انرژی بستگی دارد و در مختصات با یک خط مستقیم نشان داده می شود.

پایداری استاتیکی در مقادیر مشخصی از emf ژنراتور و ولتاژ سمت گیرنده، مشخصه توان دارای حداکثر است که با فرمول محاسبه می شود. (11.2) مقدار را حد توان "ایده آل" سیستم الکتریکی نیز می نامند. هر مقدار توان توربین مربوط به دو نقطه تقاطع ویژگی های a و b است (شکل 11.2، a)، که در آن توان ژنراتور و توربین برابر است.

پایداری استاتیکی اجازه دهید حالت عملیاتی را در نقطه a در نظر بگیریم. اگر توان ژنراتور یک مقدار افزایش یابد، آنگاه زاویه به دنبال یک وابستگی سینوسی، یک مقدار تغییر می کند. از شکل 11.2، اما نتیجه می شود که در نقطه a یک افزایش مثبت در توان با یک افزایش مثبت در زاویه مطابقت دارد. هنگامی که قدرت ژنراتور تغییر می کند، تعادل توربین و گشتاور ژنراتور مختل می شود. با افزایش قدرت ژنراتور، گشتاور ترمز بر روی محور روتور متصل به توربین ظاهر می شود که بیشتر از گشتاور توربین است. گشتاور ترمز باعث کاهش سرعت روتور ژنراتور می شود که باعث می شود روتور و بردار EMF مرتبط به سمت یک زاویه کاهشی حرکت کنند (شکل 11. 2، b).

پایداری استاتیکی باید تاکید کرد که حرکت روتور تحت تاثیر گشتاور اضافی بر حرکت آن در جهت مثبت با سرعت سنکرون چند برابر سرعت این حرکت سوار می شود. در نتیجه، در نقطه a حالت عملیاتی اولیه بازیابی می‌شود و همانطور که از تعریف پایداری استاتیک برمی‌آید، این حالت پایدار است. همین نتیجه را می توان با کاهش توان ژنراتور در نقطه a به دست آورد.

پایداری استاتیکی اگر قدرت ژنراتور را در نقطه b کاهش دهید، گشتاور اضافی شتاب دهنده روی شفت روتور ژنراتور ظاهر می شود که باعث افزایش زاویه می شود. با افزایش زاویه، قدرت ژنراتور بیشتر کاهش می یابد، این منجر به افزایش اضافی در گشتاور شتاب می شود، بنابراین، یک فرآیند بهمن مانند رخ می دهد که به آن از دست دادن همزمانی می گویند. روند خارج شدن از سنکرونیسم و ​​حالت ناهمزمان که ژنراتور در نهایت خود را پیدا می کند با حرکت مداوم بردار EMF نسبت به ولتاژ سیستم گیرنده مشخص می شود.

پایداری استاتیکی اگر قدرت ژنراتور در نقطه b افزایش یابد، گشتاور ترمز اضافی ایجاد می شود که باعث می شود نقطه عملکرد سیستم توربین ژنراتور به نقطه a حرکت کند. بنابراین، نقطه a از مشخصه توان، نقطه تعادل پایدار گشتاورهای توربین و ژنراتور است، نقطه b نقطه تعادل ناپایدار است. به طور مشابه، تمام نقاطی که روی قسمت فزاینده مشخصه توان قرار دارند، نقاط عملکرد پایدار سیستم هستند و نقاطی که روی قسمت سقوط مشخصه قرار دارند، نقاط عملکرد ناپایدار هستند. مرز بین مناطق عملیات پایدار و ناپایدار، مشخصه حداکثر توان است.

پایداری استاتیکی بنابراین، نشانه پایداری استاتیکی یک سیستم الکتریکی، علامت افزایش توان نسبت به افزایش زاویه است. اگر، پس سیستم پایدار است، اگر این نسبت منفی باشد، ناپایدار است. با عبور از حد، معیار پایداری را بدست می آوریم ساده ترین سیستم: . افزایش توان توربین از مقدار به (شکل 11. 2، a) منجر به افزایش زاویه روتور از مقدار به مقدار و کاهش پایداری استاتیکی می شود.

پایداری استاتیکی بدیهی است که در شرایط عملیاتی، ژنراتور نباید به حداکثر توان خود بارگذاری شود، زیرا هر گونه انحراف جزئی در پارامترهای حالت می تواند منجر به از دست دادن همزمانی و تغییر ژنراتور به حالت ناهمزمان شود. در صورت بروز اختلالات پیش بینی نشده، ذخیره ای برای بارگذاری ژنراتور فراهم می شود که با ضریب ایمنی پایداری استاتیک مشخص می شود. (11.3)

پایداری استاتیکی دستورالعمل‌های پایداری سیستم‌های قدرت تصریح می‌کند که در حالت‌های عادی سیستم‌های قدرت، حاشیه پایداری انتقال نیرو که ایستگاه را به اتوبوس‌های سیستم قدرت متصل می‌کند باید حداقل 20 درصد در حالت عادی و 8 درصد در حالت عادی تضمین شود. حالت کوتاه مدت پس از اورژانس در شدیدترین حالت ها، که در آن افزایش جریان برق در امتداد خطوط، کاهش محدودیت های مصرف کننده یا تلفات منابع هیدرولیک را ممکن می سازد، حاشیه پایداری را می توان به 8٪ کاهش داد. منظور ما از کوتاه مدت شرایط پس از اضطرار است که تا 40 دقیقه طول می کشد، که طی آن دیسپاچر باید حاشیه پایداری استاتیک عادی را بازگرداند.

ویژگی های قدرت یک ژنراتور قطب برجسته برای مشخص کردن توان یک ماشین قطب برجسته، عبارت قدرت فعال ارائه شده به سیستم را یادداشت می کنیم، با توجه به اینکه در شکل، عبارت قدرت را بازنویسی می کنیم

مشخصه توان یک ژنراتور قطب برجسته از عبارت آخر چنین بر می آید که مشخصه توان یک ژنراتور قطب برجسته، علاوه بر مولفه اصلی سینوسی، شامل یک جزء دوم - جزء هارمونیک دوم است که دامنه آن متناسب با تفاوت راکتانس های القایی و. هارمونیک دوم مشخصه حداکثر توان را به سمت یک زاویه کاهشی تغییر می دهد (شکل 11. 3). بخش اول، اصلی به بزرگی EMF بستگی دارد، که نشان می دهد ژنراتور باید برانگیخته شود. جزء دوم به تحریک ژنراتور بستگی ندارد، نشان می دهد که یک ژنراتور قطب برجسته می تواند به دلیل گشتاور راکتیو، توان فعال را بدون تحریک تولید کند، اما این توان فعال به سینوس زاویه دوتایی بستگی دارد.

مشخصه قدرت یک ژنراتور قطب برجسته دامنه مشخصه توان در مقایسه با مشخصه یک ماشین غیر قطبی افزایش می‌یابد. اما این افزایش فقط در مقادیر کم EMF ظاهر می شود (زمانی که مولفه های اول و دوم به یک ترتیب هستند). در شرایط عادی، دامنه هارمونیک دوم 10 تا 15 درصد هارمونیک اصلی است و تأثیر قابل توجهی روی مشخصه توان ندارد.

ویژگی های قدرت یک ژنراتور با ARV فرض کنید که ژنراتور در شکل 1. 11. 1 سیستم تنظیم ولتاژ غیر فعال است. بیایید یک نمودار برداری از سیستم مورد بررسی بسازیم و ولتاژ روی باس های ژنراتور را در آن برجسته کنیم (شکل 11. 4، a). این بستگی به افت ولتاژ در مقاومت خارجی سیستم دارد: سیستم کجاست. مقاومت خارجی

ویژگی های توان ژنراتور با ARV بردار ولتاژ در شین های ژنراتور بردار افت ولتاژ را به دو قسمت متناسب با راکتانس های القایی و. اجازه دهید توان اکتیو ارسالی و در نتیجه زاویه را افزایش دهیم. این باعث تغییر در توان راکتیو منتقل شده به سیستم می شود. برای به دست آوردن وابستگی توان راکتیو به زاویه، عبارت زیر را از نمودار برداری نشان داده شده در شکل می نویسیم. 11. 1، در

ویژگی های قدرت یک ژنراتور با ARV با ضرب دو طرف چپ و راست آخرین برابری در به دست می آوریم. پس از بیان، از آخرین رابطه، یک عبارت برای توان راکتیو عرضه شده توسط ژنراتور از زاویه به دست می آوریم: .

ویژگی های توان یک ژنراتور با ARV از نمودار به دست می آید که افزایش زاویه باعث کاهش ولتاژ در اتوبوس های ژنراتور می شود. بیایید فرض کنیم که رگولاتور تحریک خودکار روشن است و ولتاژ را کنترل می کند. هنگامی که این ولتاژ کاهش می یابد، تنظیم کننده جریان تحریک و همراه با آن EMF را افزایش می دهد تا مقدار ولتاژ قبلی بازیابی شود. هنگام در نظر گرفتن شرایط عملیاتی حالت پایدار یک ژنراتور با ARV در مقادیر مختلف زاویه، اغلب یک ولتاژ ثابت فرض می شود. در شکل 11. 4، b خانواده ای از ویژگی های ساخته شده را نشان می دهد معانی مختلف EMF.

ویژگی های توان یک ژنراتور با ARV اگر نقطه a را به عنوان نقطه شروع حالت عادی در نظر بگیریم، سپس برای افزایش توان (همراه با افزایش زاویه)، نقاط حالت های جدید حالت پایدار تعیین می شود. با انتقال از یک مشخصه به مشخصه دیگر مطابق با نمودار برداری (شکل 11. 4، a). با اتصال نقاط ایجاد شده در سطوح مختلف تحریک، مشخصه خارجی ژنراتور را به دست می آوریم. حتی در آن افزایش می یابد

ویژگی های توان ژنراتور با رگولاتورهای ARV Proportional-type (RPT) با ضریب بهره 50...100 این امکان را فراهم می کند که ولتاژ روی شینه های ژنراتور تقریباً ثابت بماند. بهره به عنوان نسبت تعداد واحدهای تحریک و واحدهای ولتاژ ژنراتور تعریف می شود. اما حداکثر توان انتقال چنین ژنراتوری، مجهز به ARV با چنین بهره ای، کمی بیشتر از حداکثر توان یک ژنراتور تنظیم نشده است.

ویژگی های قدرت یک ژنراتور با ARV این به این دلیل است که با افزایش توان در یک نقطه مشخص در ویژگی های قدرت (نقطه 3 در شکل 11.5، a)، خود نوسانی ژنراتور شروع می شود، یعنی دوره ای. نوسانات روتور با افزایش دامنه منجر به خارج شدن ژنراتور از سنکرونیک می شود. بنابراین، تنظیم کننده های نوع متناسب سعی نمی کنند آن را حفظ کنند، و اجازه می دهند با افزایش بار، کمی کاهش یابد. در این حالت، حداکثر توان قابل دستیابی به طور قابل توجهی بیشتر از توان است (شکل 11.5، ب).

مشخصه توان یک ژنراتور با ARV مشخصه توان در ضرایب افزایش مرتبه 20... 40 تقریباً همان حداکثر مشخصه ژنراتور را دارد. در نتیجه، یک ژنراتور مجهز به یک تنظیم کننده نوع متناسب را می توان در مدارهای معادل با EMF و مقاومت گذرا نشان داد.

مشخصه توان یک ژنراتور با ARV مشخصه توان ژنراتور جایگزین شده با یک EMF را می توان به همان روشی که مشخصه یک ژنراتور قطب برجسته به دست آورد.

ویژگی های توان یک ژنراتور با ARV اگر RPT دارای یک منطقه مرده باشد، حالت در o بحرانی در نظر گرفته می شود، یعنی حداکثر توان در نقطه در نقطه به دست می آید.

ویژگی های قدرت یک ژنراتور با ARV رگولاتور تنها پس از رسیدن انحراف ولتاژ در یک جهت یا دیگری به مقدار معینی شروع به کار می کند. برای انحرافات کوچکتر در منطقه مرده، تنظیم کننده کار نمی کند. مرزهای منطقه مرده با دو ویژگی خارجی مطابقت دارد (شکل 11. 6).

ویژگی های قدرت یک ژنراتور با ARV نقطه a مطابق با حالت اولیه باشد. با یک اختلال جزئی که باعث افزایش زاویه می شود، ولتاژ روی شینه های ژنراتور کاهش می یابد، اما تا زمانی که انحراف زاویه در ناحیه مرده قرار دارد، رگولاتور کار نمی کند. با افزایش زاویه، گشتاور اضافی شتاب دهنده روی شفت ژنراتور ظاهر می شود که باعث افزایش بیشتر آن می شود. هنگامی که زاویه حرکت از مرز منطقه مرده (نقطه b) عبور می کند، کنترل کننده شروع به کار می کند.

مشخصه قدرت ژنراتور با ARV افزایش جریان تحریک و در نتیجه EMF ژنراتور کاهش توان را کاهش می دهد و نقطه کار را روی مشخصه توان حرکت می دهد که مربوط به EMF بزرگ (نقاط c, d) است. در نقطه e توان اضافی می شود برابر با صفر، اما به دلیل اینرسی روتور زاویه همچنان افزایش می یابد. در نقطه f زاویه به حداکثر می رسد و پس از آن شروع به کاهش می کند.

ویژگی های قدرت یک ژنراتور با ARV پس از عبور از نقطه g، دراز کشیدن روی ویژگی های خارجی، رگولاتور شروع به کاهش ولتاژ تحریک کننده می کند و منحنی تغییر توان عبور می کند ویژگی های داخلیقدرت در جهت معکوس بنابراین، به دلیل ناپایداری داخلی، نوسانات بدون میرای روتور ژنراتور (نوسانات زاویه) رخ می دهد. دامنه این نوسانات به عرض ناحیه مرده کنترلر بستگی دارد. ولتاژ، توان و جریان ژنراتور همراه با زاویه در نوسان است. چنین نوساناتی کنترل عملکرد ژنراتور را دشوار می کند و باعث می شود در چنین حالت هایی از کارکرد آن صرف نظر شود.

ویژگی های قدرت یک ژنراتور با ARV o. می توان با استفاده از تنظیم کننده های تحریک پیچیده تر که نه تنها به تغییرات ولتاژ، بلکه به سرعت و حتی شتاب تغییرات ولتاژ پاسخ می دهند، از عملکرد پایدار ژنراتور اطمینان حاصل کرد. به چنین تنظیم کننده هایی رگولاتور می گویند اقدام قوی. تنظیم کننده های با عملکرد قوی ولتاژ ثابتی را در پایانه های ژنراتور (بدون خود نوسانی) ارائه می دهند، بنابراین یک ژنراتور مجهز به چنین رگولاتوری را می توان با یک منبع ولتاژ ثابت با مقاومت صفر در هنگام محاسبه پایداری استاتیکی در یک مدار معادل نشان داد.

وضعیت سیستم در هر زمان یا در یک بازه زمانی معین نامیده می شود رژیم سیستم های. حالت با نشانگرهایی مشخص می شود که به طور کمی شرایط عملکرد سیستم را تعیین می کند. این شاخص ها نامیده می شوند پارامترهای حالت . اینها شامل مقادیر توان، ولتاژ، فرکانس، زوایای جابجایی بردارهای EMF، ولتاژ و جریان است.

حالت سیستم الکتریکی می تواند باشد ایجاد یا انتقالی .

در هر فرآیند گذرا، تغییرات متوالی طبیعی در پارامترهای حالت رخ می دهد که به هر دلیلی ایجاد می شود. به این دلایل گفته می شود تاثیرات مزاحم . آنها انحرافات اولیه پارامترهای حالت را ایجاد می کنند - اغتشاشات رژیم .

که در شرایط عادیعملیات همیشه تغییرات بار کوچک وجود دارد. بنابراین، یک رژیم کاملاً تغییرناپذیر در سیستم وجود ندارد و وقتی از یک رژیم حالت ثابت صحبت می‌شود، همیشه به معنای رژیم اغتشاشات کوچک است.

اختلالات کوچک نباید باعث نقض پایداری سیستم شود، یعنی نباید منجر به تغییر تدریجی در پارامترهای حالت اولیه سیستم شود.

پایداری استاتیک -این توانایی سیستم برای بازیابی حالت اصلی (یا نزدیک به حالت اولیه) پس از یک اختلال کوچک است.

تحت شرایط خاص، حالت پایدار ممکن است ناپایدار باشد. این زمانی اتفاق می‌افتد که سیستم در حالت‌های شدید کار می‌کند (قدرت ارسالی خیلی زیاد یا کم است، افت ولتاژ در گره‌های بار و غیره). در این موارد، اختلالات کوچک منجر به افزایش تدریجی تغییرات در پارامترهای رژیم می شود که در ابتدا بسیار آهسته رخ می دهد و خود را به شکل یک تغییر خود به خود نشان می دهد که گاهی اوقات نامیده می شود. لغزش (سیالیت) پارامترهای حالت عادی سیستم

هنگام مطالعه پایداری استاتیک، از قبل فرض می شود که ارزش های مطلقهنگامی که پارامترهای حالت از مقادیر تعیین شده منحرف می شوند، غیرممکن است. علت و محل وقوع آنها مشخص نیست. اینها تعدادی هستند اختلالات رایگان ، دارای ماهیت احتمالی است.

بنابراین، وظیفه مطالعه پایداری استاتیکی تنها به تعیین ماهیت تغییر در پارامترهای رژیم بدون تعیین بزرگی اختلالات کاهش می یابد. در این مورد، تجزیه و تحلیل به یک ناحیه کوچک e محدود می شود، که در ناحیه مقادیر پارامتر حالت پایدار مشخص شده است.

پایداری استاتیکی یک سیستم الکتریکی را می توان ارزیابی کرد راه های مختلف:

1. استفاده از معیارهای عملی مبتنی بر ساده سازی فرضیات. در این صورت پاسخ فقط به صورت «بله - نه»، «رژیم برمی‌گردد یا نمی‌رود» از حالت اولیه‌اش با یک اخلال کوچک در نظام به دست می‌آید.

2. استفاده از روش ارتعاشات کوچک، بر اساس بررسی معادلات حرکت. در این مورد، ماهیت فیزیکی پدیده های رخ داده به طور کامل روشن می شود: نه تنها ثبات رژیم برقرار می شود، بلکه ماهیت حرکت (ناپریودیک یا نوسانی، افزایش یا کاهش) نیز برقرار می شود.

حالت های اضطراری در سیستم الکتریکی در هنگام اتصال کوتاه، خاموش شدن اضطراری واحدها یا خطوط بارگذاری شده و غیره رخ می دهد. تحت تأثیر اغتشاشات بزرگ، تغییرات ناگهانیحالت

اختلالات بزرگ نیز می تواند در حالت های عادی رخ دهد: خاموش و روشن کردن ژنراتورها، خطوط، راه اندازی موتورهای قدرتمند و غیره.

در رابطه با اغتشاشات بزرگ، مفهوم پایداری دینامیکی معرفی شده است.

پایداری دینامیکیتوانایی یک سیستم برای بازگرداندن حالت اولیه خود پس از یک اختلال بزرگ است.

مفاهیم اختلالات "کوچک" و "بزرگ" که در بالا معرفی شدند مشروط هستند. یک اختلال کوچک در این مورد به عنوان یک اختلال درک می شود که تأثیر آن بر رفتار سیستم تقریباً مستقل از محل اختلال و بزرگی آن آشکار می شود. در این راستا، در محدوده رژیم های نزدیک به رژیم اصلی، سیستم خطی در نظر گرفته می شود.

اختلال بزرگ اختلالی است که تأثیر آن بر رفتار سیستم به زمان وجود، بزرگی و مکان اختلال بستگی دارد.

در این راستا هنگام مطالعه پایداری دینامیکی، سیستم در کل محدوده مطالعه باید غیرخطی در نظر گرفته شود.

روش اصلی برای مطالعه پایداری دینامیکی سیستم های الکتریکی در مرحله مدرناست ادغام عددی معادلات دیفرانسیل که رفتار سیستم را توصیف می کنند.

این محاسبات بر روی رایانه هایی انجام می شود که با استفاده از برنامه هایی کار می کنند که دقت محاسبات را با کاهش مرحله ادغام کنترل می کنند تا زمانی که مقدار مطلق تفاوت بین مقادیر محاسبه شده تابع کمتر از مقدار مشخص شده باشد. عدد مثبته.

بسته به هدف محاسبات، در عمل اغلب از روش های ساده شده ای استفاده می کنند که تظاهر به دقت بالایی ندارند. این روش ها زمانی استفاده می شوند که امکان محدود کردن وجود داشته باشد ویژگی کلیروند. از جمله روش های ساده شده بیشترین توزیعروش فواصل متوالی را دریافت کرد که ماهیت آن محاسبه تقریبی انتگرال است.

اما ساده تر و وجود دارد روش بصری، بر اساس یک رویکرد انرژی به تجزیه و تحلیل پایداری دینامیکی به نام روش منطقه. با این روش انرژی جنبشی سیستم از ناحیه نمودار فرآیند گذرا تعیین می شود. هدف از این مطالعه مقایسه نواحی شتاب و ترمز، یعنی مقایسه انرژی جنبشی به دست آمده در طول شتاب روتور ژنراتور با انرژی مصرف شده در طول ترمز روتور است.

پایداری دینامیکی- توانایی سیستم برای بازگشت به حالت اولیه پس از یک اختلال بزرگ. حداکثر اندازه- راه حلی که در آن افزایش بسیار کم بار باعث نقض پایداری آن می شود. پهنای باند عنصرسیستم های بالاترین قدرت، گربه نامیده می شوند. می تواند از طریق عنصر با در نظر گرفتن تمام عوامل محدود کننده منتقل شود. سیستم موقعیت- چنین سیستمی در یک گربه. پارامترهای پارامترها به وضعیت فعلی، موقعیت نسبی بستگی دارد، صرف نظر از اینکه چگونه این حالت به دست آمده است. در عین حال، ویژگی های دینامیکی واقعی سیستم الکتریکی. با استاتیک جایگزین می شوند. ویژگی های استاتیک- اینها ارتباط بین پارامترهای سیستم هستند که به صورت تحلیلی یا گرافیکی و مستقل از زمان ارائه می شوند. ویژگی های دینامیکی- اتصالات جفت ها به شرطی به دست می آیند که به زمان بستگی دارند. ذخیره ولتاژ: ک تو =. ذخیره انرژی: ک آر =. مفروضات ساخته شده در تحلیل پایداری: 1. سرعت چرخش روتورهای ماشین سنکرون در طول جریان الکترومکانیکی. PP در محدوده های کوچک (2-3٪) سرعت سنکرون تغییر می کند. 2. ولتاژ و جریان استاتور و روتور ژنراتور فورا تغییر می کند. 3. غیر خطی بودن جفت های سیستم معمولاً در نظر گرفته نمی شود. غیرخطی بودن جفت‌های r-ma در نظر گرفته می‌شود، وقتی چنین در نظر گرفتن رد می‌شود، این شرط می‌شود و سیستم خطی نامیده می‌شود. 4. حرکت از یک منطقه از سیستم الکتریکی. برای دیگران، با تغییر مدارهای مقاومتی خود و متقابل، EMF ژنراتورها و موتورها امکان پذیر است. 5. مطالعه پایداری دینامیکی تحت اغتشاشات نامتقارن در یک طرح توالی مستقیم انجام می شود.حرکت روتورهای ژنراتورها و موتورها توسط ممان های ایجاد شده توسط جریان های توالی مستقیم ایجاد می شود. مشکلات تحلیل پایداری دینامیکیبا انتقال سیستم از یک حالت ثابت به حالت دیگر مرتبط است. آ) محاسبه جفت پویا انتقال در هنگام خاموش شدن عملیاتی یا اضطراری عناصر بارگذاری شده سیستم الکتریکی. ب) تعیین جفت پویا انتقال در طول یک اتصال کوتاه در سیستم، با در نظر گرفتن: - انتقال احتمالی 1 اتصال کوتاه نامتقارن به دیگری. - کار راه اندازی مجدد خودکار دستگاه الکتریکی که پس از اتصال کوتاه خاموش شده است. نتایج حاصل از محاسبه دینامیک پایداری عبارتند از: - حداکثر زمان برای قطع نوع اتصال کوتاه محاسبه شده در خطرناک ترین نقاط سیستم. - سیستم مکث می کند بازسازهای خودکار نصب شده بر روی عناصر مختلف سیستم الکتریکی؛ - par-ry system. انتقال خودکار ذخیره (ATR).

سیستم قدرت الکتریکی از نظر دینامیکی پایدار است، اگر تحت هر گونه اختلال شدید، عملکرد همزمان همه عناصر آن حفظ شود. برای روشن شدن مفاد اساسی پایداری دینامیکی، اجازه دهید پدیده هایی را در نظر بگیریم که هنگام قطع ناگهانی یکی از دو مدار خط برق موازی اتفاق می افتد (شکل 1). آ). مقاومت به دست آمده در حالت عادی با عبارت داده می شود , و پس از قطع یکی از مدارها - توسط عبارت از آنجا که، پس رابطه معتبر است

اگر یکی از مدارهای خط انتقال نیرو به طور ناگهانی خاموش شود، روتور زمان تغییر فوری زاویه δ را به دلیل اینرسی ندارد. بنابراین، حالت با نقطه مشخص می شود بدر یکی دیگر از ویژگی های زاویه ای ژنراتور - مشخصه 2 در شکل

پس از کاهش قدرت آن، گشتاور شتاب دهنده اضافی ایجاد می شود که تحت تأثیر آن، سرعت زاویه ای روتور و زاویه δ افزایش می یابد. با افزایش زاویه، توان ژنراتور با توجه به مشخصه افزایش می یابد 2 . در طول شتاب، روتور ژنراتور عبور می کند 61.1. نقطه با، پس از آن گشتاور آن پیشرو می شود. روتور شروع به کاهش سرعت می کند و از نقطه شروع می شود دسرعت زاویه ای آن کاهش می یابد. اگر سرعت زاویه ای روتور به مقدار = نقطه افزایش یابد ه، سپس ژنراتور از هماهنگی خارج می شود. پایداری سیستم را می توان با تغییر زاویه δ در طول زمان قضاوت کرد. تغییر در δ نشان داده شده در شکل. آ، مربوط به عملکرد پایدار سیستم است. هنگامی که δ در امتداد منحنی نشان داده شده در شکل تغییر می کند. ب، سیستم ناپایدار است.

ویژگی های متمایز پایداری استاتیکی و دینامیکی:با پایداری استاتیکی، در هنگام ظهور اختلالات، قدرت ژنراتور مطابق با همان مشخصه زاویه ای تغییر می کند و پس از ناپدید شدن آنها، پارامترهای سیستم مانند قبل از ظهور اختلالات باقی می مانند. برای نصب پویا برعکس است.

تجزیه و تحلیل پایداری دینامیکی ساده ترین سیستم ها به روش گرافیکی.اگر پایداری استاتیک حالت پایدار سیستم را مشخص کند، آنگاه تجزیه و تحلیل پایداری دینامیکی توانایی سیستم را برای حفظ حالت عملکرد همزمان تحت اختلالات بزرگ نشان می دهد. اغتشاشات بزرگ در هنگام اتصال کوتاه مختلف، قطع شدن خطوط برق، ژنراتورها، ترانسفورماتورها و غیره رخ می دهد که یکی از پیامدهای اختلال ناشی از انحراف سرعت چرخش روتورهای ژنراتور از سنکرون است. اگر پس از برخی اختلالات، زوایای متقابل روتورها مقادیر خاصی را به خود اختصاص دهند (نوسانات آنها در اطراف مقادیر جدید خاموش شود)، آنگاه در نظر گرفته می شود که پایداری دینامیکی حفظ می شود. اگر حداقل یک روتور ژنراتور نسبت به میدان استاتور شروع به چرخش کند، این نشانه نقض پایداری دینامیکی است. در حالت کلی، پایداری دینامیکی سیستم را می توان از روی وابستگی های b = قضاوت کرد f (تی) که در نتیجه حل مشترک معادلات حرکت روتورهای ژنراتور به دست می آید. تجزیه و تحلیل پایداری دینامیکی ساده ترین سیستم با روش گرافیکی.بیایید ساده ترین مورد را در نظر بگیریم، زمانی که یک نیروگاه جیاز طریق یک خط دو مدار به اتوبوس های با توان بی نهایت عمل می کند (شکل a را ببینید). الف - نمودار شماتیک؛ ب - مدار معادل در حالت عادی. ج - مدار معادل در حالت پس از اضطرار. د - تصویر گرافیکی انتقال دینامیکی: مشخصات حالت های عادی و اضطراری (به ترتیب منحنی های 1 و 2) وضعیت ولتاژ ثابت در باس های سیستم ( U = پایان) نوسان ژنراتورهای سیستم گیرنده را حذف می کند و تجزیه و تحلیل پایداری دینامیکی را بسیار ساده می کند. مشخصه توان مربوط به حالت عادی (پیش اضطراری) را می توان از عبارت بدست آورد بدون در نظر گرفتن هارمونیک دوم که در محاسبات عملی کاملا قابل قبول است. گرفتن E q = E، سپس . بیایید فرض کنیم که خط L 2 ناگهان خاموش می شود. بیایید عملکرد ژنراتور را پس از خاموش شدن در نظر بگیریم. مدار تعویض سیستم پس از قطع خط در شکل، ج نشان داده شده است. مقاومت کل حالت پس از اضطرار نسبت به ایکس dZ(مقاومت کلی حالت عادی). این باعث کاهش مشخصه حداکثر توان حالت پس از اضطرار می شود (منحنی 2، شکل d). بعد از خاموش شدن ناگهانی 61.2. خط انتقال از مشخصه توان 1 به مشخصه 2 وجود دارد. به دلیل اینرسی روتور، زاویه نمی تواند فورا تغییر کند، بنابراین نقطه عملیاتی از نقطه حرکت می کند. آبه نقطه ب گشتاور اضافی روی شفت ظاهر می شود که با تفاوت بین توان توربین و توان ژنراتور جدید تعیین می شود (P = P 0 - P (0)). تحت تأثیر این تفاوت، ماشین روتور شروع به شتاب گرفتن می کند و به سمت زوایای بزرگتر حرکت می کند. این حرکت بر روی چرخش روتور با سرعت سنکرون قرار می گیرد و سرعت روتور حاصل w = w 0 + خواهد بود که w 0 سرعت همزمان چرخش است. - سرعت نسبی در نتیجه شتاب روتور، نقطه عملیاتی شروع به حرکت در امتداد مشخصه 2 می کند. قدرت ژنراتور افزایش می یابد و گشتاور اضافی کاهش می یابد. سرعت نسبی تا یک نقطه افزایش می یابد با.در نقطه باگشتاور اضافی صفر و سرعت به حداکثر می رسد. حرکت روتور با سرعت در نقطه متوقف نمی شود با، روتور با اینرسی از این نقطه عبور کرده و به حرکت خود ادامه می دهد. اما گشتاور اضافی علامت را تغییر می دهد و شروع به کاهش سرعت روتور می کند. سرعت چرخش نسبی در نقطه شروع به کاهش می کند دبرابر صفر می شود. زاویه در این نقطه به حداکثر مقدار خود می رسد. اما همچنین در نقطه دحرکت نسبی روتور متوقف نمی شود، زیرا گشتاور ترمز اضافی بر روی شفت واحد عمل می کند، بنابراین روتور شروع به حرکت به سمت نقطه می کند. با، سرعت نسبی منفی می شود. توقف کامل باروتور با اینرسی، نزدیک نقطه عبور می کند بزاویه به حداقل می رسد و چرخه جدیدی از حرکت نسبی آغاز می شود. نوسانات زاویه (تی) در شکل، د نشان داده شده است. میرایی نوسانات با تلفات انرژی در حین حرکت نسبی روتور توضیح داده شده است. , که در آن ω سرعت چرخش روتور حاصل است.