Лекция №15

Тема 5.2. Вопросы устойчивости работы энергосистем.

Как известно из курса «Переходные процессы» под устойчивостью работы систем подразумевают её способность возвращаться в исходное положение при возмущающих воздействиях. В зависимости от величины такого воздействия различают статическую (при малых возмущениях) и динамическую (при больших возмущениях). Типичным примером большого возмущающего воздействия является короткое замыкание в какой-либо части системы. Такие режимы приводят к отключению магистральных ЛЭП, крупных подстанций, может приводить к полному развалу энергосистемы. Такие аварийные режимы наблюдались и у нас в стране, и в других странах, в частности, в США.

Рассмотрим сначала статическую устойчивость. На рис. 1 приведена схема простейшей системы с одним источником питания, трансформаторной подстанцией и 2-ухцепной воздушной ЛЭП, связывающей их (1 а) и схема замещения этой системы (1b).

Рис. 1

Суммарное сопротивление системы: ,

а векторная диаграмма соответствующая нормальному напряжению представлена на рис. 2.

Рис. 2

Из треугольника abcследует, что с одной стороны

,

а с другой

.

Если учесть, что активная мощность может быть представлена как

, откуда ,

то получим:

.

Продифференцировав последнее выражение по и приравняв его нулю, получаем критерий статической устойчивости:

.

На рис. 3 представлена т.н. угловая характеристика системы .

Рис. 3

Точка «а» соответствует максимально возможному значению передаваемой мощности с заданными параметрами, после которой система становится неустойчивой.

Физическая интерпретация этого процесса заключается в том, что до т. «а» каждому приращению угла соответствует увеличение мощности, а когда мощность достигает значения, приращению угласоответствует уменьшение мощности. При этом генератор увеличивает частоту вращения, выходит из синхронизма (идет в разнос).

Точка «b» соответствует нормальному режиму работы.

Нетрудно видеть, что запас статической устойчивости определяется коэффициентом:

.

Чтобы проанализировать переходный процесс при большом возмущающем воздействии, которое может быть вызвано коротким замыканием, обратимся снова к рис. 1 и предположим, что К.З. произошло на одной из 2-ухцепной ЛЭП и она отключилась релейной защитой. Осталась одна цепь и теперь суммарное сопротивление ЛЭП станет больше:

и предел передаваемой мощности уменьшится – см. рис. 4.

Рис. 4

Переходный процесс теперь пойдет по другой угловой характеристике (показана пунктиром) с пределом передаваемой мощности .

Иначе говоря если т. «а» соответствовала нормальному режиму с , то после К.З. процесс переходит в т. «b». Т. к. положение задвижки, подающей пар в турбину не может мгновенно измениться. С этой точке «b» начинается восстановление режима: автоматика турбогенератора работает на открытие задвижки, и он будет стремиться принять ту же нагрузку, что и была раньше, но уже с большим углом.

Дойдя до т. «с» процесс не останавливается, т.к. за счет инерции маховых масс угол будет продолжать увеличиваться (точка «d») с определенным затуханием. Далее уголначнет уменьшаться и после нескольких таких колебаний вернется в точку «с». Критерием устойчивости является условие, чтобы «площадка торможения»cdeбыла бы больше площадки ускоренияabc:

.

В заключение заметим, что существуют следующие способы и средства повышения устойчивости систем:

1. Увеличение предела передаваемой мощности, что достигается применением быстродействующих регуляторов возбуждения, увеличивающих ЭДС генераторов.

2. Повышение напряжения ЛЭП.

3. Уменьшение индуктивного сопротивления ЛЭП путем расщепления проводов в фазе.

4. Применение быстродействующих выключателей релейной защиты и автоматики.