Contenido didáctico
Sección 1 Conceptos básicos de estabilidad del sistema eléctrico
Puntos clave de conocimiento: estabilidad, estabilidad estática, estabilidad dinámica, estabilidad transitoria, "Estabilidad relacionada conceptos en "Directrices para la seguridad y estabilidad del sistema eléctrico".
Sección 2 Estabilidad estática del sistema de energía
Puntos clave de conocimiento: estabilidad estática de un sistema de energía simple, curva característica de potencia, condiciones de estabilidad estática, coeficiente de potencia de paso completo, mejora de la estática medidas comunes de estabilidad.
Sección 3 Estabilidad transitoria del sistema de energía
Puntos de conocimiento: formas de interferencia de la estabilidad transitoria del sistema de energía, los supuestos más básicos para aprobar el análisis de la estabilidad transitoria del sistema de energía, estabilidad transitoria del sistema de energía simple Análisis de estabilidad del estado, reglas de desarrollo de curvas características de potencia, regla de áreas iguales y medidas para mejorar la estabilidad transitoria.
Enseñanza de puntos clave y dificultades
1. Enfoque de la enseñanza: estabilidad, estabilidad estática, estabilidad dinámica, estabilidad transitoria, estabilidad estática de sistemas de energía simples, curvas características de potencia, condiciones para la estabilidad estática, coeficiente de potencia de paso completo, medidas comunes para mejorar la estabilidad estática, transitorios del sistema de energía Formas de interferencia estable, análisis simple de estabilidad transitoria de sistemas de potencia, reglas de desarrollo de curvas características de potencia, regla de áreas iguales y medidas para mejorar la estabilidad transitoria.
2. Dificultades de enseñanza: condiciones de estabilidad estática, análisis de estabilidad transitoria de sistemas eléctricos simples, reglas de desarrollo de curvas características de potencia y regla de áreas iguales.
En primer lugar, debemos comprender cuatro conceptos: estabilidad, estabilidad dinámica, estabilidad estática y estabilidad transitoria.
Estabilidad: La potencia electromagnética de salida, el flujo de potencia derivado y el voltaje de nodo de cada generador síncrono en el sistema de energía son valores constantes durante el funcionamiento.
Estabilidad dinámica: Después de que el sistema de energía se somete a interferencias grandes o pequeñas, no oscilará con amplitud creciente y perderá sincronización.
Estabilidad estática: Capacidad que tiene el sistema de energía de recuperar automáticamente su estado operativo original sin desincronización aperiódica después de haber sido sometido a pequeñas perturbaciones.
Estabilidad transitoria: Capacidad de cada motor síncrono de seguir funcionando y pasar a un estado operativo nuevo o antiguo después de una gran perturbación en el sistema eléctrico. Suele referirse al primer o segundo ciclo de oscilación sin perder la sincronización.
Veamos primero la estabilidad estática de un sistema eléctrico simple.
Un sistema de energía simple incluye una sola máquina y un bus de energía infinito.
Su potencia de transmisión es:
Podemos hacer su curva característica de ángulo de potencia a través de la potencia de transmisión.
El sistema puede regresar al punto 1 después de una pequeña perturbación, por lo que el sistema de energía en el punto 1 es estáticamente estable en cambio, en el punto 2, no puede regresar después de haber sido perturbado, por lo que el sistema de energía en el punto; 2 es estáticamente inestable.
Derivamos las condiciones para la estabilidad estática de esto:
Cuando δ es inferior a 90°, el rotor del generador acelerará o desacelerará hacia el punto de funcionamiento original, y dPe/dδ es un valor positivo.
Las dos fórmulas anteriores son equivalentes porque la imagen del coeficiente de potencia del paso completo es una característica coseno.
Entonces la pregunta es, ¿cómo podemos mejorar la estabilidad estática del sistema?
El principio de mejorar la estabilidad estática es aumentar la potencia máxima entregada por el generador, y reducir la reactancia puede lograr este objetivo.
Damos prioridad al uso de dispositivos de excitación de ajuste automático.
El siguiente paso es reducir la reactancia, lo que se puede hacer mediante el uso de cables divididos o compensación de condensadores en serie y aumentando el nivel de tensión nominal de la línea.
Por último, también podemos mejorar la estructura del sistema y utilizar equipos de compensación intermedios.
Existen tres formas de perturbaciones de la estabilidad transitoria: cambios repentinos en la estructura del sistema (más comúnmente cortocircuitos), aumentos o disminuciones repentinos en la salida del generador o grandes cargas.
También analizamos un sistema de potencia simple, que también se puede llamar sistema de bus infinito de una sola máquina.
La potencia electromagnética y la reactancia antes de la falla la obtenemos a través del diagrama del circuito equivalente.
Podemos simular un cortocircuito asimétrico añadiendo una reactancia.
La potencia electromagnética y la reactancia en la falla son:
Después de que ocurre la falla, el dispositivo de protección del relé desconecta rápidamente los disyuntores en ambos extremos de la falla.
La impedancia de la línea paralela se reducirá a la mitad de su valor original. Una vez eliminada la falla, solo quedará un bus, por lo que la reactancia de la línea volverá a su valor original. La reactancia antes de la falla es menor que la reactancia después de la falla. Dado que hay una reactancia adicional durante la falla, es la mayor de las tres.
Podemos concluir que la relación entre los tres es:
La curva característica de potencia de todo el proceso es la siguiente:
A través de la curva característica de potencia, Podemos usar reglas de áreas iguales para determinar la estabilidad transitoria de los sistemas de energía.
Si es estable, entonces el área de desaceleración máxima posible (edfg) es mayor que el área de aceleración máxima posible (abcd).
La estabilidad crítica es que el área de desaceleración máxima posible (edfg) es igual al área de aceleración máxima posible (abcd);
Inestable significa que el área de desaceleración máxima posible (edfg) es menor que el área de aceleración máxima posible (abcd).
El área de desaceleración máxima posible es edfg en la figura y el área de aceleración es abcd.
Además de la regla de áreas iguales, también podemos calcular los cambios del ángulo de potencia de cada unidad generadora durante una falla.
Si es estable, entonces el ángulo tenderá a un valor constante.
Por último, aún falta analizar medidas para mejorar la estabilidad transitoria. En principio, cómo reducir la diferencia de potencia después de una perturbación (potencia mecánica - potencia electromagnética).
La primera medida es utilizar un dispositivo de eliminación rápida de fallos o un dispositivo de reconexión automática.
El dispositivo de eliminación rápida de fallas puede reducir el área de aceleración y aumentar el área de desaceleración, y el reenganche automático puede volver a cerrar rápidamente el disyuntor después de cortar la falla.
La segunda medida es reducir la potencia mecánica entregada por el generador.
La tercera medida es aumentar la potencia electromagnética producida por el generador, como por ejemplo el frenado eléctrico (reduciendo la diferencia de potencia), poniendo a tierra el punto neutro del transformador mediante una pequeña resistencia (frenado eléctrico en caso de cortocircuito) , utilizando ajuste automático del dispositivo de excitación (excitación forzada).