Виды устойчивости электроэнергетических систем

Дальневосточный Государственный Университет Путей Сообщения (г. Хабаровск) Far Eastern State Transportation University (city of Khabarovsk) Виды устойчивост и элект роэнергет ических систем Игнатенко И.В. Процесс вы работ ки элект рической энергии Турбина и генератор соединены общим валом. Энергоноситель – пар на тепловой станции, вода на гидростанции – поступает в турбину и приводит ее во вращение. Механическому моменту (Mмех=Мт ) турбины противодействует электромагнитный момент (Mэм=М) генератора. В установившемся режиме эти моменты взаимно уравновешиваются Мт=М (говорят существует баланс моментов на валу). Механическое представление вращение элект ромагнитного поля генератора и поля присоединяемой энергосистемы Диск 1 – поле генератора Диск 2 – поле системы Рис 1 – Холостой ход по активной мощности Рис 2 – Нагрузочный режим ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫ Е ПРОЦЕССЫ . ОБЩЕЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ СТАТОР B A' ωf f' C' MT M РОТОР MТ момент турбины (вращающий момент) электромагнитный момент (тормозящий момент или момент сопротивления) f q A M В' ωс (ω0 ) установившийся режим: MT = М = C d ωf = const f - частота вращения ωс - электрическая скорость (вращения поля) энергосистемы - электрическая скорость (вращения поля) генератора Установивший режим наблюдается при равенстве моментов турбины Мт и электромагнитного момента генератора, в этом случае электрические скорости генератора и системы будут постоянны и равны между собой Связь элект ромагнит ного момента (М) и элект ромагнитной мощности генератора (Р) Из представленных формул можно сделать вывод, что электромагнитный момент М и электромагнитная мощность P генератора прямо пропорциональны, а в относительных единицах (о.е.) можно сказать , что они равны. При каких условиях мож ет возникнуть переходной процесс (ПП)? ПП var ( I, U, φ = I, U) ПП – переходной процесс var – изменение const – постоянство I – ток; U – напряжение; φ – угол между током и напряжением; Р – активная мощность; Q – реактивная мощность var (P, Q, ...) M т = const Если количество пара в турбине не меняется М var Mт = M ωf = var Переходной процесс (ПП) возникает в следствии изменения параметров режима энергосистемы (I, U, φ, P, Q), что в свою очередь влияет на изменение электромагнитного момента генератора М. Так как при условии того, что количество пара в турбине не меняется, то момент турбины Мт остается неизменным (постоянным). Это приводит к неравенству моментов Мт ≠ М,из-за чего будет меняться электрическая скорость генератора . ПРОСТЕЙШЕЕ ПОЯСНЕНИЕ ПО В переходном режимеУСТОЙЧИВОСТИ появляется динамический момент, зависящий от момента инерции и ускорения ротора машины. Величина динамического момента может быть сопоставима с моментом турбины. Говорят «Динамический» момент, или избыточный момент, или суммарный момент, или существует небаланс моментов на валу, а обозначают так: M Равновесное состояние возможно в положении шара «1». Положение «2» отвечает неустойчивому равновесному состоянию Устойчивост ь элект роэнергет ических систе Устойчивост ь энергосистем – способность сохранит ь синхронизм меж ду электростанциями, другими словами - возвращаться к установившемуся реж иму после различного рода возмущений. Определение видов устойчивости Малое возмущение – это возмущение, влияние которого на характер поведения системы проявляется практически независимо от места появления возмущающего воздействия и его значения (т.е. парамет ры энергосистемы постоянны ). Примером малого возмущения может быть суточный график нагрузки. Большое возмущение – это возмущение, влияние которого на характер поведения системы существенно зависит от времени существования, значения и места появления возмущающего воздействия, в связи с чем система во всем диапазоне исследования должна рассматриваться как нелинейная (т.е. изменяются параметры энергосистемы ). Пример большого возмущения: это короткие замыкания КЗ, обрывы проводов системных ЛЭП, выход из строя электрических станций и подстанций. Г – генератор; Т1 – повышающий трансформатор; Л – линия электропередачи (ЛЭП); Т2 – понижающий трансформатор; Uc – напряжение на шинах приемной энергосистемы; С – энергосистема, которая включает в себя электрические станции, передающие ЛЭП. Автоматическое регулирование возбуждения (АРВ) Элект рические схемы замещения простейшей энергосис Eг – ЭДС генератора; Хг – сопротивление генератора; ХТ1 – сопротивление повышающего трансформатора; ХЛ – сопротивление линии электропередачи (ЛЭП); ХТ2 – сопротивление понижающего трансформатора; Uc – напряжение на шинах приемной энергосистемы являются неизменными; ХΣ – суммарное эквивалентное сопротивление. Векторная диаграмма передачи электрической энергии j I xΣ ЕГ = UC EГ = Eq А IxΣ φ О φ δ Iа xΣ угол нагрузки UC C I q В Iр xΣ Eг – ЭДС генератора; Хг – сопротивление генератора; ХТ1 – сопротивление повышающего трансформатора; ХЛ – сопротивление линии электропередачи (ЛЭП); ХТ2 – сопротивление понижающего трансформатора; Uc – напряжение на шинах приемной энергосистемы являются неизменными; ХΣ – суммарное эквивалентное сопротивление; φ – угол между напряжением и током; I – суммарный ток нагрузки; Iа – активная часть тока нагрузки; ; Iр – реактивная часть тока нагрузки; δ – угол нагрузки (между напряжением приемной системы и ЭДС генератора). Вы вод ф ормулы вы даваемой генератором активной мощнос P – активная мощность выдаваемая генератором; Eг – ЭДС генератора; Uc – напряжение на шинах приемной энергосистемы являются неизменными; ХΣ – суммарное эквивалентное сопротивление; φ – угол между напряжением и током; I – суммарный ток нагрузки; δ – угол нагрузки (между напряжением приемной системы и ЭДС генератора). P Pm P P0 δ0 π 2 Г – режим генератора ИР: PТ π исходный режим 3π 2 2π P = PТ = P0 δ = δ0 δ Д – режим двигателя P – активная мощность вы даваемая генератором; Pт –механическая мощность турбины генератора; Pm – идеальны й предел мощности; P0 – первоначальное значение вы рабаты ваемой мощности генератора; δ – угол нагрузки (между напряжением приемной системы и ЭДС генератора); δ0 – угол нагрузки, находящийся в точке пересечения графиков Р и Рт, данны й угол находится на восходящей части функции Р(δ).