Enerji sistemi kararlılığı. Genel bilgi. Dayanıklılığı arttırmanın yolları

Elektrik güç sistemlerinin statik kararlılığı..

Statik kararlılık, bir sistemin bozulduktan sonra orijinal durumuna geri dönme veya orijinal durumuna yakın duruma gelme yeteneğidir.

Dinamik kararlılık, bir sistemin büyük bir bozulma sonrasında orijinal durumuna geri dönme veya orijinal durumuna yakın duruma gelme yeteneğidir.

Sistemin statik kararlılığının tanımına dayanarak, yüklerdeki çok küçük bir artışın sistemin kararlılığının ihlaline neden olduğu bir rejimin olduğu sonucuna varabiliriz. Bu moda limit modu adı verilir ve sistem yüklerine statik kararlılık koşulları altında maksimum veya maksimum yükler adı verilir.

Elektrik güç sistemi, rejimdeki bazı değişikliklerin (bozulmaların) işleyişinin istikrarının bozulmasına yol açmayacağı şekilde çalışmalıdır. Kararlılık marjının en basit değerlendirmesi, test edilen (başlangıç) modun göstergeleri ile maksimum kararlılığa sahip modu karakterize eden göstergelerin karşılaştırılmasına dayanır.

Acil durum sonrası koşullarda EPS operasyonunun statik istikrarı, kural olarak, ek sermaye yatırımı gerektirmeyen önlemlerle sağlanır:

– jeneratör terminallerindeki gerilimde kısa süreli artış;

– Hızlı düşüş Enerji santralleri vb. yerlerde jeneratörlerin bir kısmını kapatarak güç aktarım yükleri.

– Ayrıca statik istikrarı artıran ancak bir miktar sermaye yatırımı gerektiren önlemler de vardır:

- jeneratörler için yüksek hızlı uyarma sisteminin kullanılması;

– ara trafo merkezlerinde senkron kompansatörlerin kullanılması;

– statik tristör kompansatörlerinin kullanılması;

- Statik kapasitörler vb. kullanılarak güç aktarımının endüktif direncinin uzunlamasına kapasitif kompanzasyonu.

– Bu önlemlerin neredeyse tamamı dinamik stabilitenin arttırılmasını mümkün kılmaktadır.

İşletmede, tüketicilerin sınırlandırılmasını veya hidrolik kaynakların kaybını önlemek için bunun gerekli olduğu durumlarda, güç aktarımının normal modda uzun süreli çalışmasına, rolüne bağlı olarak %5-10'a düşürülen statik stabilite marjı ile izin verilir. Güç sistemindeki güç aktarımı ve olası bir istikrar ihlalinin sonuçları.

Bir sistemin kararlılığı (veya kararsızlığı) ile ilgili soruya kesin bir cevap, karakteristik denklemin tüm köklerinin hesaplanmasıyla elde edilebilir. Bununla birlikte, yüksek dereceli denklemlerin köklerini hesaplama prosedürü son derece emek yoğun olduğundan, karakteristik denklemin köklerini hesaplamadan kompleks üzerindeki konumlarını belirlemeyi mümkün kılan bir dizi özel matematiksel koşul geliştirilmiştir. düzlem ve böylece sistemin kararlılığı veya kararsızlığı sorusuna doğru bir şekilde cevap verir. Bu matematiksel koşullara kararlılık kriterleri denir. Kararlılık için cebirsel ve frekans kriterleri vardır. Cebirsel kriterler, kararlılığın meydana geldiği karakteristik denklemin katsayılarından belirli kurallara göre derlenen bir grup koşulu (bir eşitsizlik grubu) içerir. Bunlardan en az birinin ihlal edilmesi durumunda istikrarsızlık ortaya çıkar. Cebirsel kriterleri kullanarak bir analiz gerçekleştirmek için öncelikle karakteristik denklemin sol tarafındaki polinomun katsayılarını hesaplamak gerekir. Gerekli ve yeterli koşullar Cebirsel eşitsizlikler biçimindeki doğrusal homojen bir diferansiyel denklem sisteminin kararlılığı, İngiliz bilim adamı Routh ve İsviçreli matematikçi Hurwitz tarafından kurulmuştur.

Cebirsel kararlılık kriterleri:

o Hurwitz kriteri

Hurwitz eşitsizlik sistemi aşağıdaki şekilde oluşturulmuştur. Karakteristik polinomun katsayıları kare bir Hurwitz matrisi oluşturmak için kullanılır. Kararlılık için gerekli ve yeterli koşullar, tüm n köşegen küçüklerin pozitif olması gerektiğidir.

o Routh kriteri

Karakteristik denklemin sayısal olarak belirlenmiş katsayılarına sahip yüksek dereceli sistemler için daha uygundur. Karakteristik polinomun katsayılarından, her bir elemanı önceki iki satırın dört elemanı aracılığıyla hesaplanan bir Routh tablosu derlenir. Hesaplama algoritması tablodan açıkça görülmektedir. Tabloda (n+1) satır bulunmaktadır. Routh'un kararlılık gereksinimleri şu şekilde formüle edilmiştir: Sistemin kararlı olması için, ilk sütunun tüm katsayılarının pozitif olması gerekli ve yeterlidir.

Frekans kararlılığı kriterleri.

Sistemlerin kararlılığını inceleme pratiğinde, yalnızca karakteristik denklemin köklerini hesaplamanın değil, aynı zamanda denklemin kendisini sol taraftaki karakteristik bir polinom biçiminde elde etmenin de zor olduğu durumlar vardır. Bu gibi durumlarda

Sıklık kriterlerinin daha uygun olduğu ortaya çıktı;

cebirsel kriterler gibi, karakteristik denklemin köklerinin düzleminde sağ yarı düzlemde köklerinin varlığını veya yokluğunu belirlemeyi mümkün kılarlar. Sıklık kriterleri bilinenlere dayanmaktadır. yüksek Matematik argüman ilkesi. .

Elektrik güç sistemlerinin kararlılığının fiziksel temelleri Bir güç sisteminin statik kararlılığı, rejimin küçük bozuklukları altında kararlılıktır. En basit mekanik sistemlerin değerlendirilmesinden, sistemin rastgele bir bozulmadan sonra orijinal veya ona yakın modunu geri yükleme eğiliminde olduğu durumlar (rejimler) olduğu sonucu çıkar. Diğer rejimlerde rastgele bir bozulma sistemi başlangıç ​​durumundan uzaklaştırır. İlk durumda sistem kararlıdır, ikinci durumda ise kararsızdır.

Elektrik güç sistemlerinin kararlılığının fiziksel temelleri Kararlı durumda, sisteme giren kaynak enerjisi ile yükte harcanan enerji arasında ve kayıpları karşılayacak bir denge vardır. Mod parametresindeki bir değişiklikle ortaya çıkan herhangi bir bozulma ile bu denge bozulur. Sistem, bir arıza sonrasında enerjinin santrallerin ürettiğinden daha yoğun tüketilmesi gibi özelliklere sahipse, bu durumda arıza sonucu ortaya çıkan yeni rejime, önceki kararlı durum veya buna yakın bir enerji ile sağlanamaz. sisteme geri yüklenmesi gerekir. Böyle bir sistem kararlıdır.

Elektrik güç sistemlerinin kararlılığının fiziksel temelleri Kararlılığın tanımından, sistemin kararlılığını sürdürme koşulunun (kararlılık kriteri) bir oran veya diferansiyel formda olduğu anlaşılmaktadır. Bu miktara fazla enerji denir. Bozulma sırasında ortaya çıkan ilave üretilen enerji, sistemdeki kayıplar dikkate alınarak sistem yükünden daha yoğun bir şekilde artarsa ​​bu enerji pozitiftir.

Elektrik güç sistemlerinin kararlılığının fiziksel temelleri Bu koşul altında, kararlılık kriteri şu şekilde yazılacaktır; yani, fazla enerjinin tanımlayıcı parametreye göre türevi negatifse mod kararlıdır.

Elektrik güç sistemlerinin kararlılığının fiziksel temelleri Sistemin kararlılığını sağlamak için, jeneratör rotorlarının kayma açıları ve sistemin düğüm noktalarındaki gerilim vektörleri ile karakterize edilen statik kararlılık marjı önemlidir. Büyük önem Acil durum sonrası modda statik stabilite rezervi vardır - elektrik iletim gücü açısından bu oran% 5 - 10, normal modda% 15 - 20 olmalıdır. Ancak bu sayılar kesin olarak sınırlı değildir.

Elektrik güç sistemlerinin kararlılığının fiziksel temelleri Bir sistemin statik kararlılığını kontrol etmek için, tüm elemanları ve kontrol cihazları için küçük salınımların diferansiyel denklemlerini derlemek ve ardından kararlılık için karakteristik denklemin köklerini incelemek gerekir. Böyle bir problemin kesin çözümü çok zor olduğundan, mühendislik hesaplamaları stabiliteyi incelemek için pratik stabilite kriterlerinin kullanımına dayanan yaklaşık yöntemler kullanır.

“Eşdeğer jeneratör - sabit voltajlı otobüsler” sisteminin statik kararlılığı Tek bir uzak enerji santralinin sabit voltajlı otobüslere (sistem) bağlandığı sisteme en basit denir (Şekil 11. 1, a). Sistemin elektrik istasyonlarının toplam gücünün, söz konusu istasyonun gücünü önemli ölçüde aştığı düşünülmektedir. Bu, herhangi bir çalışma modunda sistem veriyolu üzerindeki voltajın değişmediğini düşünmemize olanak tanır. En basit sisteme aynı zamanda bir güç sisteminin tek makineli modeli veya “makine-veri yolu” modeli de denir.

STATİK KARARLILIK Analiz edilen enerji santrali, trafo bağlantıları ve bir güç iletim hattı aracılığıyla, güçlü bir konsantre güç sisteminin jeneratörlerine bağlanmıştır; o kadar güçlü ki, alıcı veriyolları sonsuz güç veriyolları (IBP) olarak belirlenmiştir. Ayırt edici özellikleri BBM, modülü sabit olan ve bu voltajın sabit frekansı olan bir voltajdır. BBM'leri kullanırken, elektrik şemalarındaki ilgili güç sistemleri kural olarak gösterilmemiştir. Eşdeğer devrelerde güçlü bir sistemi temsil eden eleman olarak sonsuz güç baraları kullanılır.

STATİK KARARLILIK Şek. Şekil 11. 1, b, bir termik santralin iki ana ünitesini göstermektedir: bir türbin ve bir jeneratör. Türbin torku sağlanan enerji miktarına bağlıdır: buhar türbünü- bu bir hidrolik türbin için buhardır - su. Normal modda enerji taşıyıcısının ana parametreleri sabittir, dolayısıyla tork da sabittir. Jeneratörün sisteme sağladığı güç, etkisi jeneratörün güç özelliklerine bağlı olan çeşitli parametrelerle belirlenir.

STATİK KARARLILIK Jeneratörün güç özelliklerini elde etmek için, güç aktarımının bir vektör diyagramı oluşturulmuştur (Şekil 11.1, c). Burada toplam akım vektörü gerçek ve sanal bileşenlerine ayrıştırılır ve direnç, Şekil 2'de gösterilen sistemin eşdeğer devresinden elde edilir. 11.1,g:

STATİK KARARLILIK Vektör diyagramından, akımın aktif bileşeninin, EMF vektörünün gerilim vektörüne göre kayma açısı olduğu sonucu çıkar. Eşitliğin her iki tarafını da (11.1) ile çarparak jeneratör tarafından sağlanan aktif gücü (göreceli birimler halinde alınır) elde ederiz.

STATİK KARARLILIK Bağımlılık (11.1) doğası gereği sinüzoidaldir ve jeneratör güç karakteristiği olarak adlandırılır. Sabit jeneratör EMF'sinde ve voltajında, jeneratör rotorunun dönme açısı yalnızca aktif gücüyle belirlenir ve bu da türbinin gücüyle belirlenir. Türbinin gücü, enerji taşıyıcısının miktarına bağlıdır ve koordinatlarda düz bir çizgi ile temsil edilir.

STATİK KARARLILIK Jeneratörün emf'sinin ve alıcı tarafın voltajının belirli değerlerinde, güç karakteristiği formülle hesaplanan bir maksimuma sahiptir. (11.2) Değer aynı zamanda elektrik sisteminin “ideal” güç limiti olarak da adlandırılır. Her türbin güç değeri, jeneratör ve türbin güçlerinin eşit olduğu a ve b özelliklerinin (Şekil 11.2, a) iki kesişme noktasına karşılık gelir.

STATİK KARARLILIK a noktasındaki çalışma modunu ele alalım. Jeneratörün gücü bir miktar arttırılırsa, sinüzoidal bir bağımlılığı takiben açı bir miktar değişecektir. Şek. Şekil 11.2, ancak buradan güçteki pozitif bir artışın açıdaki pozitif bir artışa karşılık geldiği sonucu çıkar. Jeneratör gücü değiştiğinde türbin ve jeneratör torklarının dengesi bozulur. Jeneratörün gücü arttıkça türbine bağlanan rotor milinde türbin torkunu aşan bir frenleme torku oluşur. Frenleme torku jeneratör rotorunun yavaşlamasına neden olur, bu da rotorun ve ilgili EMF vektörünün azalan bir açıya doğru hareket etmesine neden olur (Şekil 11.2, b).

STATİK KARARLILIK Rotorun aşırı torkun etkisi altındaki hareketinin, bu hareketin hızından birçok kez daha yüksek bir senkron hız ile pozitif yöndeki hareketinin üzerine bindirildiği vurgulanmalıdır. Sonuç olarak, a noktasında orijinal çalışma modu geri yüklenir ve statik kararlılık tanımından da anlaşılacağı üzere bu mod kararlıdır. Aynı sonuca a noktasında jeneratör gücü azaltılarak da ulaşılabilir.

STATİK KARARLILIK Jeneratörün gücünü b noktasında azaltırsanız, jeneratör rotor milinde hızlanan bir aşırı tork belirir ve bu da açıyı artırır. Açı arttıkça jeneratörün gücü daha da azalır, bu da hızlanma torkunda ilave bir artışa yol açar, böylece senkronizasyon kaybı adı verilen çığ benzeri bir süreç meydana gelir. Jeneratörün sonuçta kendini bulduğu senkronizasyon ve asenkron moddan düşme süreci, EMF vektörünün alıcı sistemin voltajına göre sürekli hareketi ile karakterize edilir.

STATİK KARARLILIK Jeneratörün gücü b noktasında arttırılırsa aşırı frenleme torku ortaya çıkacak ve bu durum türbin-jeneratör sisteminin çalışma noktasının a noktasına kaymasına neden olacaktır. Dolayısıyla, güç karakteristiğinin a noktası, türbin ve jeneratörün momentlerinin kararlı bir denge noktasıdır, b noktası ise kararsız bir denge noktasıdır. Benzer şekilde, güç karakteristiğinin artan kısmında yer alan tüm noktalar sistemin kararlı çalışma noktalarıdır ve karakteristiğin düşen kısmında yer alan noktalar ise kararsız çalışma noktalarıdır. Kararlı ve kararsız çalışma bölgeleri arasındaki sınır maksimum güç karakteristiğidir.

STATİK KARARLILIK Dolayısıyla bir elektrik sisteminin statik kararlılığının işareti, açı artışına göre güç artışının işaretidir. Eğer bu oran negatif ise sistem kararlıdır; bu oran negatif ise sistem kararsızdır. Limite geçerek stabilite kriterini elde ederiz en basit sistem: . Türbin gücünün değerden (Şekil 11.2, a)'ya artması, rotor açısının değerden değere artmasına ve statik kararlılığın azalmasına yol açar.

STATİK KARARLILIK Açıkçası, çalışma koşulları altında jeneratör maksimum gücüne yüklenmemelidir, çünkü mod parametrelerindeki en ufak bir sapma senkronizasyon kaybına ve jeneratörün asenkron moda geçmesine neden olabilir. Öngörülemeyen arızalar durumunda, jeneratörün yüklenmesi için statik stabilite güvenlik faktörü ile karakterize edilen bir yedek sağlanır. (11.3)

STATİK KARARLILIK Güç sistemlerinin kararlılığına ilişkin kılavuzlar, güç sistemlerinin normal modlarında, istasyonu güç sisteminin veri yollarına bağlayan güç aktarımının stabilite marjının normal modda en az %20 ve normal modda en az %8 sağlanması gerektiğini şart koşar. Kısa süreli acil durum sonrası mod. Hatlar boyunca güç akışındaki artışın tüketici kısıtlamalarını veya hidrolik kaynak kayıplarını azaltmayı mümkün kıldığı en zorlu modlarda stabilite marjı %8'e düşürülebilir. Kısa vadede, sevk görevlisinin normal statik stabilite marjını yeniden sağlamak zorunda olduğu, 40 dakikaya kadar süren acil durum sonrası koşulları kastediyoruz.

Çıkık kutuplu jeneratörün gücünün özellikleri Çıkık kutuplu bir makinenin gücünü karakterize etmek için sisteme sağlanan aktif gücün ifadesini yazacağız.Formda yeniden yazacağımızı düşünürsek, güç ifadesini

Çıkık kutuplu bir jeneratörün güç karakteristiği Son ifadeden, bir çıkıntılı kutuplu jeneratörün güç karakteristiğinin, ana sinüzoidal bileşene ek olarak, genliği orantılı olan ikinci bir bileşen - ikinci harmonik bileşen içerdiği anlaşılmaktadır. endüktif reaktanslardaki fark ve. İkinci harmonik maksimum güç karakteristiğini azalan bir açıya doğru kaydırır (Şekil 11.3). İlk ana kısım, jeneratörün uyarılması gerektiğini gösteren EMF'nin büyüklüğüne bağlıdır. İkinci bileşen jeneratörün uyarılmasına bağlı değildir; çıkık kutuplu bir jeneratörün reaktif torktan dolayı uyarılma olmadan aktif güç üretebileceğini ancak bu aktif gücün çift açının sinüsüne bağlı olduğunu gösterir.

Çıkık kutuplu bir jeneratörün güç karakteristiği Güç karakteristiğinin genliği, çıkıntısız kutuplu bir makinenin karakteristiğine kıyasla artar. Ancak bu artış yalnızca düşük EMF değerlerinde (birinci ve ikinci bileşenler aynı sırada olduğunda) ortaya çıkar. Normal koşullar altında, ikinci harmoniğin genliği temel harmoniğin %10-15'idir ve güç karakteristiği üzerinde gözle görülür bir etkisi yoktur.

ARV'li bir jeneratörün güç özellikleri Şekil 2'deki jeneratörün olduğunu varsayalım. 11. 1 voltaj regülasyon sistemi devre dışı. Söz konusu sistemin bir vektör diyagramını oluşturalım ve jeneratör veriyollarındaki voltajı vurgulayalım (Şekil 11.4, a). Sistemin dış direncindeki voltaj düşüşüne bağlıdır: sistem nerede. dış direnç

ARV'li jeneratör gücünün özellikleri Jeneratör baralarındaki voltaj vektörü, voltaj düşüşü vektörünü endüktif reaktanslarla orantılı olarak iki parçaya böler ve. İletilen aktif gücü ve dolayısıyla açıyı artıralım. Bu durum sisteme aktarılan reaktif gücün değişmesine neden olacaktır. Reaktif gücün açıya bağımlılığını elde etmek için, Şekil 2'de gösterilen vektör diyagramından aşağıdaki ifadeyi yazıyoruz. 11.1, saat

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri Son eşitliğin sol ve sağ taraflarını çarparak elde ederiz. Son bağıntıyı ifade ettikten sonra jeneratör tarafından sağlanan reaktif güç için şu açıdan bir ifade elde ederiz: .

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri Diyagramdan, açıdaki bir artışın jeneratör baraları üzerindeki voltajda bir azalmaya neden olduğu anlaşılmaktadır. Otomatik uyarma regülatörünün açık olduğunu ve voltajı kontrol ettiğini varsayalım. Bu voltaj düştüğünde, regülatör, önceki voltaj değeri geri yüklenene kadar uyarma akımını ve onunla birlikte EMF'yi artırır. Çeşitli açı değerlerinde ARV'li bir jeneratörün kararlı durum çalışma koşulları dikkate alındığında, genellikle sabit bir gerilim varsayılır. İncirde. 11. 4, b, aşağıdakiler için oluşturulmuş bir özellikler ailesini göstermektedir: Farklı anlamlar EMF.

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri Normal modun başlangıç ​​noktası olarak a noktasını alırsak, gücü artırmak için (açıdaki artışla birlikte), yeni kararlı durum modlarının noktaları belirlenecektir. vektör diyagramına uygun olarak bir özellikten diğerine geçiş ile (Şekil 11.4, a) . Farklı uyarma seviyelerinde belirlenen noktaları birleştirerek jeneratörün dış karakteristiğini elde ederiz. Hatta artar

ARV ile jeneratör gücünün özellikleri 50... 100 kazanç faktörlü Oransal tip regülatörler (RPT), jeneratör baralarındaki voltajın neredeyse sabit tutulmasını mümkün kılar. Kazanç, uyarma birimlerinin sayısının ve jeneratör voltaj birimlerinin oranı olarak tanımlanır. Ancak böyle bir kazanca sahip bir ARV ile donatılmış böyle bir jeneratörün maksimum iletim gücü, düzenlenmemiş bir jeneratörün maksimum gücünden biraz daha yüksektir.

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri Bunun nedeni, güç özelliklerinde belirli bir noktada güç artışıyla (Şekil 11.5, a'daki 3. nokta), jeneratörün kendi kendine salınımının başlamasıdır, yani. periyodik Rotorun genliği artan salınımları jeneratörün senkronizasyonunun bozulmasına neden olur. Bu nedenle oransal tipteki regülatörler bunu korumaya çalışmaz ve artan yük ile biraz azalmasına izin verir. Bu durumda elde edilebilecek maksimum güç, güçten önemli ölçüde daha yüksektir (Şekil 11.5, b).

ARV'li bir jeneratörün güç karakteristiği 20... 40 düzeyindeki kazanç faktörlerindeki güç karakteristiği, jeneratör karakteristiği ile yaklaşık olarak aynı maksimuma sahiptir. Sonuç olarak, oransal tipte bir regülatörle donatılmış bir jeneratör, eşdeğer devrelerde geçici EMF ve direnç ile temsil edilebilir.

ARV'li bir jeneratörün güç karakteristiği EMF ile değiştirilen bir jeneratörün güç karakteristiği, çıkıntılı kutuplu bir jeneratörün karakteristiği ile aynı şekilde elde edilebilir.

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri RPT'nin ölü bölgesi varsa, o'daki mod kritik kabul edilir, yani maksimum güce şu noktada ulaşılır:

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri Regülatör, ancak bir yöndeki veya diğerindeki voltaj sapması belirli bir değere ulaştıktan sonra çalışmaya başlar. Ölü bölgede bulunan daha küçük sapmalar için regülatör çalışmaz. Ölü bölgenin sınırları iki dış özelliğe karşılık gelir (Şekil 11.6).

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri A noktasının başlangıç ​​moduna karşılık gelmesine izin verin. Açının artmasına neden olan hafif bir rahatsızlık ile jeneratör baralarındaki gerilim azalır ancak açı sapması ölü bölgede kaldığı sürece regülatör çalışmaz. Açı arttıkça, jeneratör şaftında hızlanan aşırı bir tork belirir ve bu da torkun daha da artmasına neden olur. Hareket açısı ölü bölge sınırını (b noktası) geçtiğinde kontrolör çalışmaya başlar.

ARV'li bir jeneratörün güç karakteristiği Uyarma akımını ve dolayısıyla jeneratörün EMF'sini arttırmak, güçteki azalmayı yavaşlatır, çalışma noktasını büyük EMF'ye (c, d noktaları) karşılık gelen güç karakteristiği üzerinde hareket ettirir. E noktasında aşırı güç olur sıfıra eşit ancak rotorun ataleti nedeniyle açı artmaya devam ediyor. F noktasında açı maksimum olur ve sonrasında azalmaya başlar.

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri g noktası geçildikten sonra, yatarak dış özellikler Regülatör, uyarıcı gerilimini düşürmeye başlayacak ve güç değişim eğrisi kesişecektir. iç özellikler güç ters yönde. Böylece, dahili kararsızlık nedeniyle jeneratör rotorunun sönümsüz salınımları (açılı salınımlar) meydana gelir. Bu salınımların genliği kontrolörün ölü bölgesinin genişliğine bağlıdır. Jeneratörün voltajı, gücü ve akımı açıyla birlikte dalgalanır. Bu tür dalgalanmalar jeneratörün çalışmasının kontrolünü zorlaştırmakta ve bu modlarda çalışmasının durdurulmasını zorunlu hale getirmektedir.

ARV'li bir jeneratörün gücünün özellikleri o.Sadece voltajdaki değişikliklere değil, aynı zamanda voltajdaki değişikliklerin hızına ve hatta hızlanmasına da yanıt veren daha karmaşık uyarma regülatörleri kullanarak jeneratörün kararlı çalışmasını sağlamak mümkündür. Bu tür düzenleyicilere düzenleyici denir güçlü eylem. Güçlü etkili regülatörler, jeneratörün terminallerinde (kendi kendine salınım olmadan) sabit bir voltaj sağlar, böylece böyle bir regülatörle donatılmış bir jeneratör, eşdeğer bir devrede statik kararlılığı hesaplarken sıfır dirençli sabit bir voltaj kaynağı ile temsil edilebilir.

Sistemin herhangi bir andaki veya belirli bir zaman aralığındaki durumuna denir. rejim sistemler. Mod, sistemin çalışma koşullarını niceliksel olarak belirleyen göstergelerle karakterize edilir. Bu göstergelere denir mod parametreleri . Bunlar, EMF vektörlerinin güç, voltaj, frekans, kayma açıları, voltaj ve akım değerlerini içerir.

Elektrik sistemi modu şunlar olabilir: kurulmuş veya geçiş .

Herhangi bir geçici süreçte, mod parametrelerinde herhangi bir nedenden dolayı doğal sıralı değişiklikler meydana gelir. Bu nedenlere denir rahatsız edici etkiler . Mod parametrelerinde ilk sapmaları yaratırlar - Rejim bozuklukları .

İÇİNDE normal koşullarçalışırken her zaman küçük yük değişiklikleri olur. Dolayısıyla sistemde kesinlikle değişmeyen bir rejim mevcut değildir ve durağan rejimden bahsederken daima küçük çalkantılar rejiminden söz edilir.

Küçük rahatsızlıklar sistemin kararlılığının ihlaline neden olmamalıdır, yani sistemin başlangıç ​​​​modunun parametrelerinde giderek artan bir değişikliğe yol açmamalıdır.

Statik kararlılık – Bu, sistemin küçük bir rahatsızlıktan sonra orijinal (veya orijinale yakın) moduna geri dönme yeteneğidir.

Belirli koşullar altında kararlı durum kararsız olabilir. Bu, sistem aşırı modlarda çalıştığında meydana gelir (iletilen gücün çok yüksek veya düşük olması, yük düğümlerinde voltaj düşüşü vb.). Bu durumlarda, küçük rahatsızlıklar, rejim parametrelerinde giderek artan değişikliklere yol açar; bunlar başlangıçta çok yavaş bir şekilde meydana gelir ve bazen kendiliğinden bir değişiklik şeklinde kendini gösterir. kayma (akışkanlık) normal sistem modunun parametreleri.

Statik kararlılık incelenirken, önceden varsayılır ki mutlak değerler Belirlenen değerlerden saptıklarında mod parametrelerini değiştirmek mümkün değildir. Oluşumlarının nedeni ve yeri sabit değildir. Bunlar bazıları ücretsiz rahatsızlıklar olasılıksal bir yapıya sahiptir.

Bu nedenle statik stabiliteyi inceleme görevi, bozuklukların büyüklüğünü belirlemeden yalnızca rejim parametrelerindeki değişimin niteliğini belirlemeye indirgenmiştir. Bu durumda analiz, kararlı durum parametre değerleri bölgesinde belirtilen küçük bir e bölgesi ile sınırlıdır.

Bir elektrik sisteminin statik kararlılığı değerlendirilebilir Farklı yollar:

1. Basitleştirilmiş varsayımlara dayalı pratik kriterlerin kullanılması. Bu durumda cevap ancak sistemin ufak bir rahatsızlığıyla ilk halinden “evet – hayır”, “rejim gider mi gitmez mi” şeklinde alınır.

2. Hareket denklemlerinin incelenmesine dayalı olarak küçük titreşimler yöntemini kullanmak. Bu durumda, meydana gelen olgunun fiziksel doğası daha kapsamlı bir şekilde açıklığa kavuşturulur: sadece rejimin istikrarı değil, aynı zamanda hareketin doğası da (periyodik veya salınımlı, artan veya azalan) sağlanır.

Elektrik sistemindeki acil durum modları, kısa devreler, yüklü ünitelerin veya hatların acil olarak kapatılması vb. sırasında meydana gelir. Büyük rahatsızlıkların etkisi altında, ani değişiklikler modu.

Normal modlarda da büyük arızalar meydana gelebilir: jeneratörlerin kapatılması ve açılması, hatlar, güçlü motorların çalıştırılması vb.

Büyük bozucu etkilerle ilgili olarak dinamik kararlılık kavramı ortaya atılmıştır.

Dinamik kararlılık bir sistemin büyük bir bozulma sonrasında orijinal durumuna geri dönme yeteneğidir.

Yukarıda tanıtılan “küçük” ve “büyük” bozulma kavramları şarta bağlıdır. Bu durumda küçük bir rahatsızlık, sistemin davranışı üzerindeki etkisi, rahatsızlığın konumundan ve büyüklüğünden neredeyse bağımsız olarak ortaya çıkan bir rahatsızlık olarak anlaşılmaktadır. Bu bakımdan orijinal rejime yakın rejimler aralığında sistem doğrusal kabul edilmektedir.

Büyük bir bozulma, sistemin davranışı üzerindeki etkisi, bozukluğun varoluş zamanına, büyüklüğüne ve konumuna bağlı olan bir bozulmadır.

Bu bağlamda, dinamik kararlılık incelenirken, tüm çalışma aralığı boyunca sistemin doğrusal olmadığı düşünülmelidir.

Elektrik sistemlerinin dinamik stabilitesini incelemek için ana yöntem modern sahne dır-dir Sayısal entegrasyon Sistemin davranışını tanımlayan diferansiyel denklemler.

Bu hesaplamalar, fonksiyonun hesaplanan değerleri arasındaki farkın mutlak değeri belirtilen belirli bir değerden az olana kadar entegrasyon adımını azaltarak hesaplamaların doğruluğunu kontrol eden programlar kullanılarak çalışan bilgisayarlarda gerçekleştirilir. pozitif sayı e.

Hesaplamaların amacına bağlı olarak, pratikte sıklıkla yüksek doğruluk iddiası taşımayan basitleştirilmiş yöntemler kullanılır. Bu yöntemler sınırlamanın mümkün olduğu durumlarda kullanılır. genel karakteristik işlem. Basitleştirilmiş yöntemler arasında en büyük dağıtımÖzü integralin yaklaşık hesaplanması olan ardışık aralıklar yöntemini aldı.

Ama daha basit bir yol var ve görsel yöntem Alan yöntemi olarak adlandırılan dinamik stabilite analizine yönelik bir enerji yaklaşımına dayanmaktadır. Bu yöntemle sistemin kinetik enerjisi, geçici sürecin grafiğinin alanından belirlenir. Çalışmanın amacı hızlanma ve frenleme alanlarını karşılaştırmak yani jeneratör rotorunun hızlanması sırasında elde edilen kinetik enerjiyi rotorun frenlenmesi sırasında tüketilen enerji ile karşılaştırmaktır.

Dinamik kararlılık- Sistemin büyük bir bozulma sonrasında orijinal durumuna dönme yeteneği. En büyük boy- yükteki çok küçük bir artışın stabilitesinin ihlaline neden olduğu bir çözüm. Öğe Bant Genişliği sistemlere en yüksek güç denir, kedi. tüm sınırlayıcı faktörler dikkate alınarak eleman aracılığıyla iletilebilir. Konumsal sistem- bir kedide böyle bir sistem. Parametrelerin parametreleri, bu duruma nasıl ulaşıldığına bakılmaksızın mevcut duruma, göreceli konuma bağlıdır. Aynı zamanda elektrik sisteminin gerçek dinamik özellikleri. statik olanlarla değiştirilir. Statik özellikler- bunlar sistemin parametreleri arasındaki, analitik veya grafiksel olarak sunulan ve zamandan bağımsız bağlantılardır. Dinamik özellikler- zamana bağlı olmaları koşuluyla elde edilen çiftlerin bağlantıları. Gerilim rezervi: k sen =. Güç rezervi: k R =. Kararlılık analizinde yapılan varsayımlar: 1. Elektromekanik akış sırasında senkronize makine rotorlarının dönüş hızı. PP, senkron hızın küçük sınırları (%2-3) dahilinde değişir. 2. Jeneratörün stator ve rotorunun voltajı ve akımları anlık olarak değişir. 3. Sistem çiftlerinin doğrusal olmaması genellikle dikkate alınmaz. R-ma çiftlerinin doğrusal olmayışı dikkate alınır, böyle bir değerlendirme reddedildiğinde bu şart koşulur ve sisteme doğrusallaştırılmış sistem adı verilir. 4.Elektrik sisteminin bir bölgesinden hareket edin. diğerlerine göre, kendi ve karşılıklı direnç devrelerini, jeneratörlerin ve motorların EMF'sini değiştirerek mümkündür. 5. Asimetrik bozulmalar altında dinamik kararlılığın incelenmesi doğrudan sıralı bir şemada gerçekleştirilir.Jeneratörlerin ve motorların rotorlarının hareketi, doğru sıralı akımların yarattığı momentlerden kaynaklanır. Dinamik kararlılık analizinin sorunları Sistemin bir kararlı durumdan diğerine geçişi ile ilişkilidir. A) dinamik çiftlerin hesaplanması elektrik sisteminin yüklü elemanlarının operasyonel veya acil olarak kapatılması sırasında geçiş. B) dinamik çiftlerin belirlenmesi aşağıdakileri dikkate alarak sistemdeki kısa devre sırasındaki geçişler: - 1 asimetrik kısa devrenin diğerine olası geçişi; - kısa devre sonrasında kapanan bir elektrikli cihazın otomatik olarak yeniden başlatılması işi. Dinamik hesaplamanın sonuçları kararlılık şunlardır: - sistemin en tehlikeli noktalarında hesaplanan kısa devre türünün bağlantısını kesmek için maksimum süre; - sistem duraklatılır Elektrik sisteminin çeşitli elemanlarına monte edilen otomatik tekrar kapatıcılar; - savuşturma sistemi. rezervin otomatik transferi (ATR).

Elektrik güç sistemi dinamik olarak kararlıdır, herhangi bir güçlü rahatsızlık altında tüm elemanlarının senkronize çalışması korunursa. Dinamik kararlılığın temel hükümlerini açıklığa kavuşturmak için, iki paralel güç hattı devresinden birinin bağlantısı aniden kesildiğinde ortaya çıkan olguyu ele alalım (Şekil 1). A). Normal modda ortaya çıkan direnç şu ifadeyle verilir: , ve devrelerden birinin bağlantısını kestikten sonra - ifadeye göre O zamandan beri ilişki geçerlidir

Enerji nakil hattı devrelerinden biri aniden kapanırsa, rotorun atalet nedeniyle δ açısını anında değiştirme zamanı yoktur. Bu nedenle mod, nokta ile karakterize edilecektir. B jeneratörün başka bir açısal özelliğinde - karakteristik 2 incirde.

Gücünü düşürdükten sonra, rotorun açısal hızının ve δ açısının arttığı etkisi altında aşırı bir hızlanma torku ortaya çıkar. Açı arttıkça jeneratör gücü karakteristiğe göre artar. 2 . Hızlanma sırasında jeneratör rotoru geçer 61.1. nokta İle bundan sonra torku lider hale gelir. Rotor yavaşlamaya başlar ve noktadan başlayarak D açısal hızı azalır. Rotorun açısal hızı bir değere = noktaya yükselirse e sonra jeneratör senkronizasyondan çıkar. Sistemin kararlılığı, zamanla δ açısındaki değişiklikle değerlendirilebilir. Şekil 2'de gösterilen δ'daki değişiklik. A, sistemin kararlı çalışmasına karşılık gelir. Şekil 2'de gösterilen eğri boyunca δ değiştiğinde. B, sistem kararsızdır.

Statik ve dinamik kararlılığın ayırt edici özellikleri: statik stabilite ile, arızaların ortaya çıkması sırasında jeneratörün gücü aynı açısal özelliğe göre değişir ve bunların ortadan kalkmasından sonra sistem parametreleri, arızaların ortaya çıkmasından önceki ile aynı kalır; dinamik kurulumda ise durum tam tersidir.

En basit sistemlerin dinamik kararlılığının grafik yöntemle analizi. Eğer statik kararlılık sistemin kararlı durumunu karakterize ediyorsa, dinamik kararlılık analizi sistemin büyük bozucu etkiler altında senkron çalışma modunu sürdürme yeteneğini ortaya çıkaracaktır. Çeşitli kısa devreler, güç hatlarının, jeneratörlerin, transformatörlerin vb. bağlantısının kesilmesi sırasında büyük arızalar meydana gelir. Ortaya çıkan rahatsızlığın sonuçlarından biri, jeneratör rotorlarının dönme hızlarının senkrondan sapmasıdır. Bir miktar rahatsızlıktan sonra rotorların karşılıklı açıları belirli değerler alırsa (salınımları bazı yeni değerler etrafında sönerse), o zaman dinamik stabilitenin korunduğu kabul edilir. En az bir jeneratörün rotoru stator alanına göre dönmeye başlarsa, bu dinamik stabilitenin ihlal edildiğinin bir işaretidir. Genel durumda, sistemin dinamik kararlılığı b = bağımlılıklarından değerlendirilebilir. F (T), jeneratör rotorlarının hareket denklemlerinin ortak çözümü sonucu elde edilmiştir. En basit sistemin dinamik kararlılığının grafik yöntemle analizi. Bir enerji santralinin en basit durumunu ele alalım. G sonsuz güçteki otobüslere çift devreli bir hat üzerinden çalışır (bkz. Şekil a). a - şematik diyagram; b - normal modda eşdeğer devre; c - acil durum sonrası modda eşdeğer devre; d - dinamik geçişin grafik gösterimi: normal ve acil durum modlarının özellikleri (sırasıyla 1, 2 eğrileri).Sistem veriyollarında sabit voltajın durumu ( sen = yapı) alıcı sistem jeneratörlerinin salınımını ortadan kaldırır ve dinamik stabilite analizini büyük ölçüde basitleştirir. Normal (acil durum öncesi) moda karşılık gelen güç karakteristiği ifadeden elde edilebilir. pratik hesaplamalarda oldukça kabul edilebilir olan ikinci harmoniği hesaba katmadan. Alma e Q = e, Daha sonra . Diyelim ki çizgi L 2 aniden kapanıyor. Jeneratörün kapatıldıktan sonra çalışmasını düşünelim. Hat bağlantısı kesildikten sonra sistemin değiştirilen devresi Şekil c'de gösterilmektedir. Acil durum sonrası modun toplam direnci, şuna kıyasla artacaktır: X dZ(normal modun toplam direnci). Bu, acil durum sonrası modun maksimum güç karakteristiğinde bir azalmaya neden olacaktır (eğri 2, Şekil d). Ani kapanmanın ardından 61.2. çizgisinde güç karakteristiği 1'den karakteristik 2'ye geçiş vardır. Rotorun ataletinden dolayı açı anında değişemez, dolayısıyla çalışma noktası noktadan hareket eder. A b noktasına. Türbin gücü ile yeni jeneratör gücü arasındaki farkla belirlenen şaft üzerinde aşırı bir tork belirir (P = P 0 - P (0)). Bu farkın etkisiyle rotor makinesi hızlanarak daha büyük açılara doğru ilerlemeye başlar. Bu hareket, rotorun senkron hızda dönüşünün üzerine bindirilir ve elde edilen rotor hızı w = w0 + olacaktır; burada w0, senkron dönme hızıdır; - göreceli hız. Rotorun hızlanmasının bir sonucu olarak çalışma noktası karakteristik 2 boyunca hareket etmeye başlar. Jeneratör gücü artar ve aşırı tork azalır. Bağıl hız bir noktaya kadar artar İle. Noktada İle aşırı tork sıfır olur ve hız maksimum olur. Rotorun hız ile hareketi bu noktada durmaz İle rotor bu noktadan ataletle geçer ve hareketine devam eder. Ancak aşırı tork işaret değiştirir ve rotoru yavaşlatmaya başlar. Bağıl dönüş hızı bu noktada azalmaya başlar. D sıfıra eşit olur. Bu noktada açı maksimum değerine ulaşır. Ama aynı zamanda bu noktada DÜnitenin şaftına aşırı bir frenleme torku etki ettiğinden rotorun göreceli hareketi durmaz, böylece rotor noktaya doğru hareket etmeye başlar. İle bağıl hız negatif olur. Tam durak İle rotor noktanın yakınında ataletle geçer B açı minimal hale gelir ve yeni bir göreli hareket döngüsü başlar. Açı dalgalanmaları (T) Şekil, d'de gösterilmektedir.Salınımların sönümlenmesi, rotorun bağıl hareketi sırasındaki enerji kayıpları ile açıklanmaktadır.Aşırı tork, ifade ile aşırı güç ile ilişkilendirilir. , burada ω elde edilen rotor dönüş hızıdır.