Практические критерии оценки статической устойчивости

Анализ статической устойчивости можно разбить на несколько этапов. Вначале следует установить факт наличия устойчивости или неустойчивости установившегося режима, а затем по тем или иным признакам различить характер переходного процесса (апериодический или колебательный).

С физической точки зрения апериодическая неустойчивость возникает при нарушении баланса моментов на валу генератора, когда механический момент турбины превышает максимум возможного при данных условиях электромагнитного момента генератора. Анализ устойчивости заключается в нахождении предельных по устойчивости режимов на основе сползания или текучести параметров нормального режима с использованием уравнений установившегося режима.

На следующем этапе для установленной области устойчивых режимов выявляют условия колебательной неустойчивости. Она может появиться по следующим причинам:

из-за наличия параметрического самораскачивания или обратной связи в виде АРВ;

при возникновении самовозбуждения, когда синхронный генератор нагружен емкостью или линией с распределёнными параметрами;

из-за неустойчивости нагрузки.

При анализе колебательной устойчивости приходится учитывать динамику элементов системы с помощью её модели, описываемой дифференциальными уравнениями. При этом главной задачей является определение структуры и параметров элементов регулирующих устройств для обеспечения статической устойчивости режимов системы.

Наличие устойчивости или неустойчивости установившегося режима при сравнительно малых текущих изменениях его параметров (при «сползании» показателей установившегося режима) можно определить с помощью критических критериев, базирующихся на физических представлениях о механизме нарушения устойчивости. Оценка устойчивости по практическим критериям является грубой, завышенной по запасу устойчивости и устанавливает сам факт устойчивости данного режима.

Физическая оценка механизма нарушения устойчивости выполняется на основе силового или энергетического подходов. При энергетическом подходе условия устойчивости определяются на основе теоремы Дирихле, в соответствии с которой система является устойчивой, если потенциальная энергия ее в положении равновесия имеет минимум. При силовом подходе устойчивость системы определяется условием, что в положении равновесия сумма приложенных к телу сил должна быть равна нулю. В случае отклонения тела от положения равновесия должна возникнуть сила, возвращающая тело в положении равновесия. Если в положении равновесия тело имеет скорость, то возникающие при этом силы должны быть направлены против вектора скорости.

В основе применения практических критериев статической устойчивости СЭС лежат оценки устойчивости по энергетическому критерию (7.12), который предусматривает определение избыточной энергии во всей системе в целом.

Оценка статической устойчивости по практическим критериям позволяет установить предельный режим и границу устойчивости при выбранном способе воздействия на СЭС. Этот способ называют способом утяжеления режима. Он может быть выбран на основе заданной схемы электроснабжения и заданного состава электроприемников.

Расчетные схемы электроснабжения могут приводиться к различным видам:

· эквивалентный генератор – ЛЭП – шины неизменного напряжения;

· двухстороннее питание нагрузки с постоянным сопротивлением;

· эквивалентный источник питания – узловая точка сети;

· питание асинхронной нагрузки от мощной ЭС;

· эквивалентный источник, питающий комплексную нагрузку соизмеримой мощности.

Рассмотрим в качестве примера использования практического критерия для анализа статической устойчивости - схему с двухсторонним питанием нагрузки, рис. 9.2.

Рис. 9.2

Нагрузка имеет постоянное сопротивление. Энергетический критерий (7.12) можно косвенно характеризовать переменной режима - активной мощностью. Допустим, что генераторные ветви имеют одинаковую нагрузку(т.е. Р₁=Р₂=Р). Тогда установившийся режим схемы будет описываться системой уравнений:

; (9.16)

где

;

.

В уравнениях (9.16) свободной существенной переменной, от которой зависят изменяющиеся параметры режима (P, U_H), является угол . Поэтому производную можно использовать в качестве практического критерия статической устойчивости аналогично выражению (7.17):

. (9.17)

Предельный по сохранению устойчивости режим соответствует условию

, (9.18)

откуда

. (9.19)

При подстановке (9.19) в уравнение активной мощности генераторной станции (9.16) получим критическое значение переменной режима для угловой характеристики мощности:

. (9.20)

Коэффициент запаса статической устойчивости определяется выражением

. (9.21)

Примеры расчётных схем электроснабжения других видов будут рассмотрены в главе 10.