Статическая устойчивость узла нагрузки

Статическая устойчивость узла нагрузки

Введение

 

  Cтатическая устойчивость электроэнергетической системы - способность электроэнергетической системы восстанавливать исходное состояние (режим) после малых его возмущений.

 

 

  Определение условий устойчивости электрической нагрузки энергосистем является одним из необходимых этапов общего анализа устойчивости, который выполняется при выборе структуры энергосистемы, определении пропускной способности линий электропередачи, выборе средств управления, регулирования, защиты и противоаварийной автоматики в энергосистемах. Такие исследования выполняются как на различных этапах проектирования, так и при эксплуатации-главным образом для уточнения области допустимых режимов.

Общие положения  анализа устойчивости узлов нагрузки при малых возмущениях

 

     Малые возмущения могут возникать под действием системы питания (изменение напряжения и частоты), а также вследствие изменения работы самой системы и ее электропотребителей по условиям технологического процесса (изменение количества линий питания, оперативные переключения и т.п.). В таких условиях электроснабжения свойства и тип электроприемников узла нагрузки существенно влияет на его устойчивость.

 

     Статическую устойчивость узла промышленного нагрузки рассчитывают в такой последовательности:

• Заменяют узел нагрузки расчетной моделью и определяют ее параметры;
• Выделяют существенные параметры и критерии устойчивости для данной схемы электроснабжения;
• Оценивают допустимый режим по критическому значению существенных переменных запасом устойчивости.

 

Средний состав городской нагрузки

 

Потребитель	Доля  потребления, %
Асинхронные двигатели	48
Освещение	25
Синхронные двигатели	10
Печи и нагревательные установки, выпрямители	10
Потери в сетях	7

СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

 

 

 

Рисунок 1 – Механическая характеристика асинхронного двигателя

Процесс опрокидывания двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Критическое скольжение асинхронного двигателя

 

 

Максимальная электромагнитная мощность, развиваемая двигателем

 

 

Критическое напряжение асинхронного двигателя

 

Уровень статической  устойчивости как асинхронного двигателя, так и узлов нагрузки оценивают  путем расчета коэффициента запаса по напряжению:

 

СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2- Угловая характеристика мощности синхронного двигателя

 

Мощность синхронного  двигателя

 

 

 

Реактивная мощность синхронного двигателя

 

 

 

или

 

 

 

 

 

Статические характеристики синхронного двигателя

Расчетные модели узла нагрузки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Схема замещения системы:

а-схема системы; б-схема замещения; г –упрощенная схема замещения

Модель № 1 
Модель, где напряжение в узле нагрузки является независимой переменной, которая не зависит от режима работы электроприемников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Модель №1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  
Модель № 2 
Модель, где характерные группы электроприемников, радиально связанные с помощью внешнего сопротивления с шинами узла нагрузки, напряжение на которых является независимой переменной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Модель №2

 

Для синхронного  двигателя

 

 

 

 

 

 

 

 

Присутствие внешнего сопротивления при подключении к узлу нагрузки асинхронных и синхронных двигателей снижают предельное по статической устойчивостью значение максимальной активной мощности и повышают значение критического напряжения в узле нагрузки. Это, в свою очередь, делает более жесткими требованиями к стабильности напряжения питания.

 

 

Модель № 3 
Модель, где характерные группы электроприемников, радиально связанные с помощью внешнего сопротивления с шинами узла нагрузки, напряжение на которых не является независимой переменной.

В большинстве случаев  напряжение на шинах двигателя зависит  от режима двигателя. Условия нарушения  устойчивости двигателя в этом случае получаются существенно иными. Независимой  переменной в этом случае является не напряжение на шинах узла нагрузки, а ЭДС источника. Для оценки его  устойчивости используют главные критерии устойчивости:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Модель с E=const

 

Для асинхронных  двигателей

 

Для синхронных двигателей

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5- Механическая характеристика асинхронных двигателей, при U=const; E=const

Величина максимальной мощности двигателя в случае E=сonst будет значительно меньше мощности двигателя, определенной при U=const, критическое скольжение также оказалось намного меньше. Из этого следует, что опрокидывание двигателей получающих питание от системы соизмеримой мощности, может произойти при сравнительно небольших изменениях скольжения и небольших снижениях ЭДС в системе и тем более при небольших изменениях напряжения.

 

Модель № 4  
Модель, где характерные группы электроприемников, радиально связанные с шинами узла нагрузки через внешнюю сеть, напряжение на которых является независимой переменной.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6-Модель № 4

 

 

Когда о составе  комплексной нагрузки информации о  двигателях недостаточно, либо она  отсутствует совсем, определение  параметров эквивалентного двигателя  весьма сложно, а часто и проблематично, всвязи с этим для оценки устойчивости такой комплексной нагрузки используют вторичные критерии устойчивости, знак которых меняется, при изменении прямого критерия.

Смысл критерия: при снижении напряжения на шинах двигателя до значения критического, отвечающего границе устойчивости режима, производная от эквивалентной ЭДС по напряжению проходит через нуль.

Вторичный критерий устойчивости нагрузки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 7-Оценка устойчивости нагрузки по вторичному критерию:

а-схема замещения;б-зависимость ЭДС системы от напряжения на нагрузке

 

 

Модель № 5  
Модель, где узел нагрузки содержит все характерные составляющие, а также источник реактивной мощности (ИРМ).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 8-Модель № 5

 

 

 

Вторичный критерий

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 9-Оценка устойчивости нагрузки по вторичному критерию

 

 

 

 

 

 

 

 

Влияние конденсаторных батарей на устойчивость нагрузки

Мощность  конденсаторной батареи

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 10-Оценка влияния конденсаторных батарей на устойчивость нагрузки

 

 

 

 

 

 

 

1