Результирующая устойчивость
Результирующая устойчивость характеризует способность системы самопроизвольно восстанавливать синхронную работу после кратковременного нарушения устойчивости.
Если выпавшая из синхронизма система после устранения причины нарушения устойчивости вновь втягивается в синхронизм, то считают, что система с подключенными к ней генераторами обладает результирующей устойчивостью.
При расчете переходных процессов, вызванных нарушением устойчивости, пользуются понятиями асинхронного режима и асинхронного момента.
Асинхронным называется режим работы системы при больших отклонениях частоты вращения роторов генераторов или двигателей от синхронной частоты. Выпадение генератора из синхронизма сопровождается резким повышением частоты вращения ротора.
К асинхронным режимам относятся:
· работа синхронной машины после ее выпадения из синхронизма;
· асинхронный пуск двигателей или синхронных компенсаторов;
· самозапуск двигателей.
При асинхронном ходе и частоте, большей чем синхронная, генератор работает как асинхронный и генерирует активную мощность, которая называется асинхронной,
Причинами появления асинхронного режима могут быть: исчезновение тока возбуждения; нарушение динамической устойчивости после резкого возмущения; нарушение статической устойчивости сильно перегруженной системы при слабом возмущении.
Возникновение асинхронного режима приводит к различным нарушениям нормальной работы СЭС:
могут появляться периодические понижения напряжения, при которых затормаживаются двигатели и отключаются пускатели в сети напряжением 0,4 кВ, а также понижается устойчивость параллельной работы генераторов в синхронно работающих частях ЭЭС;
из-за снижения напряжения и увеличения тока может нарушиться селективная работа релейной защиты;
возникают колебания активной мощности, при которых появляется знакопеременный момент на валу турбины, приводящий к дополнительным механическим усилиям;
возможно возникновение резонансных колебаний, опасных для оборудования и синхронной работы частей ЭЭС;
при наличии между отдельными частями ЭЭС большого активного сопротивления увеличивается дефицит активной мощности в приемной части системы.
Рассмотрим переход генератора в асинхронный режим работы из-за нарушения динамической устойчивости (рис.17).
Рис.17 Переход в асинхронный режим синхронного генератора: характеристики мощности в нормальном и асинхронном режиме (кривые 1, 2); изменение скольжения линии и асинхронного момента (кривые 3, 4)
Рис.18. К анализу динамической устойчивости простейшей системы: а - принципиальная схема; б — схема замещения в нормальном режиме; в - схема замещения в послеаварийном режиме; г - графическая иллюстрация динамического перехода: характеристики нормального и аварийного режимов (кривые 1, 2 соответственно)
Пусть одна из линий электропередачи (ее схема показана на рис.18 а) внезапно отключается, а затем включается вновь. При этом происходит переход с характеристики 1 на характеристику 2 и обратно. Но угол включения dВКЛ (рис.17) столь велик, что площадь ускорения fabcd превосходит наибольшую возможную площадь торможения fdef . Угол вектора эквивалентного генератора G превышает критическое значение dкр. На ротор начинает действовать ускоряющий избыточный момент, приводящий к дальнейшему увеличению угла d.
Как только скорость ротора станет отличаться от синхронной, появляется скольжение S, растущее с увеличением разности скоростей. Скольжение обусловливает появление асинхронного момента, который также зависит от напряжения на зажимах генератора и его параметров. Причем приближенно можно принять Рас = Mас = j(S).
С увеличением скольжения начинают действовать регуляторы мощности турбины, уменьшая Рт. Синхронная мощность приобретает пульсирующий характер и, являясь функцией скольжения, будет, в свою очередь, влиять на него, вызывая его пульсации. При некотором значении скольжения S¥момент турбины уравновесится средним асинхронным моментом (Мт = Мас). Это условие определяет начало установившегося асинхронного режима (хода).
В асинхронном режиме генератор, кроме момента, обусловленного его возбуждением, развивает еще и асинхронный момент под действием свободных токов, которые возникают в его обмотке возбуждения и демпферных контурах из-за движения ротора по отношению к полю, созданному внешними э. д. с.
Средний асинхронный момент генератора, подключенного непосредственно к шинам неизменного напряжения, определяется выражением
(26)
где s - скольжение (в отличие от асинхронных двигателей здесь за положительное принято скольжение при частоте вращения ротора, большей чем синхронная);
T'd - постоянная времени обмотки возбуждения при замкнутой обмотке статора;
T''d и T''q - сверхпереходные постоянные времени генератора в продольной и поперечной осях;
xd, x'd, x''d - синхронное, переходное и сверхпереходное сопротивления генератора по продольной оси;
xq, x''q -синхронное и сверхпереходное сопротивления генератора по поперечной оси.
Из (26) следует, что асинхронный момент генератора имеет три составляющие:
(27)
которые обусловлены действием обмотки возбуждения (M'd), а также демпферных продольной (M''d) и поперечной (M''q) обмоток.
Зависимость асинхронного момента генератора и его составляющих от скольжения изображена на рис.19. Видно, что наибольший вклад в Mac вносит составляющая M''q.
Рис. 19. Зависимость асинхронного момента генератора и его составляющих от скольжения
Скольжения, соответствующие максимальным значениям отдельных составляющих асинхронного момента, можно определить, если продифференцировать выражения
, ,
по скольжению и приравнять производные к нулю.
Тогда (28)
Из (28) следует, что чем больше постоянная времени контура, в котором находятся свободные токи, тем меньше скольжение, соответствующее максимуму асинхронного момента.
Установившийся асинхронный ход характеризуется скольжением S¥, которое в соответствии с рис.20 определяется точкой пересечения характеристик момента турбины и асинхронного момента.
Рис.20. Определение скольжения в установившемся асинхронном режиме
Если выпавшая из синхронизма машина возбуждена, то кроме взаимно уравновешивающих друг друга асинхронного момента и момента турбины на вал генератор-турбина будет действовать также синхронный вращающий момент. Этот знакопеременный момент вызывает периодическое изменение скорости вращения ротора в асинхронном режиме, а следовательно, и пульсации скольжения, изменяющегося от Smin до Smaxоколо своего среднего значения S¥(рис.21).
Рис.21. Изменение асинхронного момента и скольжения в асинхронном режиме.
Уравнение движения ротора генератора в асинхронном режиме может быть записано в следующем виде:
(29)
Преобразуя это уравнение получим:
(30)
Проинтегрировав уравнение (30), получим
откуда можно найти значение скольжения в любой момент времени
Дата добавления: 2015-12-08; просмотров: 3829;