 |
И результирующей устойчивости
|
|
|
|
Рассмотрим простейшую электрическую систему, расчетная схема и схемы замещения которой представлены на рис. 1.3, 1.5, а угловая характеристика мощности 
согласно выражению (2.31) изображена на рис. 2.4.
Как известно, изменение мощности, отдаваемой генератором, на станции осуществляется воздействием на регулирующие органы турбины. В исходном режиме мощность турбины уравновешивается мощностью генератора 
, который вращается с неизменной частотой вращения. По мере открытия регулирующих клапанов (или направляющего аппарата гидравлических турбин) мощность турбины возрастает и равновесие вращающего и тормозящего моментов турбины и генератора нарушается, что вызывает ускорение его вращения.
При ускорении генератора вектор ЭДС 
перемещается относительно вращающегося с неизменной угловой скоростью 
вектора напряжения приемной системы 
. Связанное с этим увеличение угла 
и обуславливает согласно (2.31) соответствующее увеличение мощности генератора 
, возрастающей до тех пор, пока она вновь не уравновесит увеличивающуюся мощность турбины. Таким образом, величиной непосредственно определяющей значение активной мощности, отдаваемой генератором приемнику, является угол . Угол представляет угол между ЭДС 
, жестко связанным с поперечной осью ротора, и вектором напряжения системы 
.
Как вытекает из (2.31), зависимость мощности от имеет синусоидальный характер и, следовательно, с увеличением угла 
мощность 
сначала возрастает, а затем, достигнув максимального значения, начинает падать. При данном значении ЭДС 
и напряжении приемной системы существует определенный максимум передаваемой мощности:
|
|
|
, (2.37)
который может быть назван идеальным пределом мощности рассматриваемой простейшей электрической системы. Равновесие между мощностью турбины и генератора достигается лишь при значениях мощности, меньших 
, причем данному значению мощности турбины 
соответствуют, вообще говоря, две возможные точки равновесия на характерные мощности генератора и, следовательно, два значения угла 
и 
(рис. 2.5). Однако в действительности устойчивый установившийся режим работы электропередачи возможен только при угле 
. Режим, которому отвечает точка 
на падающей части характеристики, неустойчив и длительно существовать не может.
Рис. 2.5. Изменение мощности при приращениях угла (а),
выпадение из синхронизма (б)
Понятие о статической устойчивости.
Признаком устойчивости системы является такой характер изменения мощностей и моментов при небольшом отклонении от состояния равновесия, который вынуждает систему вновь возвращаться к исходному состоянию.
В режиме работы в точке 
. Если допустить, что угол 
получит небольшое приращение 
, то мощность генератора, следуя синусоидальной зависимости от угла, также изменится на величину 
, причем положительному 
соответствует положительной приращение 
. 
не зависит от 
и при любых углах остается одинаковой. Равновесие моментов генератора и турбины нарушается и на валу машины возникает избыточный момент тормозящего характера, поскольку тормозящий момент генератора в силу положительного изменения мощности 
преобладает над вращающим моментом турбины.
Под влиянием тормозящего момента ротор генератора начинает замедляться, что обуславливает перемещение связанного с ротором вектора ЭДС в сторону уменьшения угла 
, в результате чего вновь восстановится исходный режим в точке . К тому же выводу можно прийти при отрицательном перемещении угла 
в точке .
|
|
|
Иной картина получается в точке 
. Здесь 
соответствует 
генератора, которое вызовет появление избыточного момента ускоряющего характера (
в точке 
), под влиянием которого не уменьшается, а возрастает. С ростом угла мощность генератора продолжает падать, что вызывает дальнейшее увеличение угла и т.д. Процесс сопровождается непрерывным перемещением вектора ЭДС 
относительно вектора системы 
и генератор выпадает из синхронизма. Таким образом, режим в точке статически неустойчив и практически не осуществим.
Под статической устойчивостью понимают способность системы самостоятельно восстанавливать исходный режим работы при малых возмущениях. Статическая устойчивость является необходимым условием существования установившегося режима работы системы. Точка и любая другая точка на восходящей характеристике отвечают статически устойчивым режимам и все точки на спадающей части - статически неустойчивым. Из этого вытекает формальный признак статической устойчивости системы: приращение угла и мощности генератора 
должны иметь один и тот же знак, то есть 
или, переходя к пределу, - 
. 
носит название синхронизирующей мощности и, следовательно, критерием статической устойчивости системы в рассмотренных условиях является положительный знак синхронизирующей мощности. 
положительна при 
. Критическим, с точки зрения устойчивости, при чисто индуктивной связи генератора с системой (рис. 2.6) является угол 
, которому соответствует 
. Зная 
, можно определить коэффициент запаса статической устойчивости 
:
.
Рис. 2.6. Зависимость синхронизирующей мощности от угла
Понятие о динамической устойчивости.
Динамическая устойчивость связана с большими возмущениями - короткие замыкания, отключение или включение генераторов, линий передач, нагрузок, которые сопровождаются резкими изменениями характеристики мощности системы. Анализ характера процесса перехода системы от одного режима к другому требует учета инерционности машин и их реальных относительных перемещений. Вместо статической задачи приходится рассматривать задачу динамического перехода от одного режима к другому - динамическую устойчивость.
|
|
|
Под динамической устойчивостью понимают способность системы возвращаться после временного приложения больших возмущений к такому установившемуся режиму, при котором значения параметров режима в ее узловых точках близки к нормальным значениям.
Рассмотрим качания роторов генераторов и условия динамической устойчивости электропередачи при отключении одной из двух цепей линии (рис. 2.7).
Рис. 2.7. Схема электропередачи при отключении цепи
В каждом режиме мощность электропередачи при постоянстве ЭДС 
и напряжения 
определится по формуле
.
При отключении цепи линии сопротивление передачи 
возрастает и амплитуда характеристики мощности II уменьшится. В момент отключения цепи линии угол мгновенно измениться не может и, следовательно, новый режим будет соответствовать точке на характеристике II (рис. 2.8). Избыточная мощность 
вызывает ускорение машины и соответственно увеличение угла . В точке 
мощность уравновешивается (
), однако ротор, накопив относительную угловую скорость, по инерции проходит точку . При дальнейшем росте угла мощность 
, меняет свой знак и начинает тормозить машину. В период торможения ротор возвращает запасенную кинетическую энергию, т.к. генератор должен покрыть большую мощность, чем он получает от первичного двигателя. Относительная скорость вращения 
уменьшается и в некоторой точке 
вектор напряжения 
вращается с той же скоростью, что и вектор напряжения . В дальнейшем угол начинает уменьшаться и процесс на характеристике мощности II протекает в обратном направлении к точке 
.
Рис. 2.8. Колебание мощности относительной угловой скорости и угла
при отключении одной цепи
Эту точку ротор вновь проходит по инерции и около точки угол достигает своего минимального значения, после чего вновь начинает возрастать. После постепенно затухающих колебаний в точке установится новый стационарный режим с прежним значением передаваемой мощности 
.
Энергия ускорения и торможения ротора представлена на рис. 2.8 заштрихованными площадками 
и 
. Максимальная возможная площадь торможения ограничивается верхней частью характеристики послеаварийного режима II и линией до угла 
. Если эта площадь меньше площади ускорения, то динамическая устойчивость не обеспечивается, причем процесс увеличения угла 
быстро прогрессирует и машина выпадает из синхронизма. Отношение
|
|
|
называют коэффициентом запаса динамической устойчивости, по величине и знаку которого можно судить об обеспечении динамической устойчивости при больших возмущениях.
Если 
, то динамическая устойчивость обеспечивается, при 
- имеет место предельный по динамической устойчивости режим, при 
- нарушение динамической устойчивости и выпадение генератора из синхронизма.
Понятие о результирующей устойчивости.
Под результирующей устойчивостью понимают способность системы бесперебойно снабжать основных потребителей электроэнергией, самостоятельно восстанавливать режим синхронной работы после нарушения устойчивости одного или нескольких генераторов, отдельных частей системы и перехода их на несинхронную работу.
Вхождение системы в синхронизм после непродолжительного времени асинхронного хода должно происходить под действием регуляторов скорости, возбуждения, ресинхронизаторов, АЧР, специальных тормозящих и нагрузочных устройств.
|
|
|
