Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  

Загрузка...

Лекции - Теория переходных процессов - файл per_proc2.doc


Загрузка...
Лекции - Теория переходных процессов
скачать (841.8 kb.)

Доступные файлы (2):

per_proc1.doc1336kb.03.01.2006 15:10скачать
per_proc2.doc2968kb.03.01.2006 15:11скачать

per_proc2.doc

1   2   3   4   5   6
Реклама MarketGid:
Загрузка...
^

3. ПОНЯТИЕ О СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ



В рассматриваемых простейших условиях признаком устойчивости системы является такой характер изменения мощностей и моментов при небольшом отклонении от состояния равновесия, который вынуждает систему вновь возвращаться к исходному состоянию. В режиме работы в точке а (рис. 3.1), мощности генератора и турбины уравновешивают друг друга. Если допус­тить, что угол получает небольшое приращение , то мощность гене­ратора, следуя синусоидальной зависимости от угла, также изменится на некоторую величину , причем, как видно из рис. 3.1, в точке а поло­жительному приращению угла соответствует также положительное изме­нение мощности генератора . Что же касается мощности турбины, то она не зависит от угла и при любых изменениях последнего остается посто­янной и равной. В результате изменения мощности генератора равно­весие моментов турбины и генератора оказывается нарушенным и на валу машины возникает избыточный момент тормозящего характера, поскольку тормозящий момент генератора в силу положительного изменения мощности преобладает над вращающим моментом турбины.

Под влиянием тормозящего момента ротор генератора начинает замедляться, что обусловливает перемещение связанного с ротором вектора э.д.с. генератора Е в сторону уменьшения угла . В результате уменьшения угла вновь вос­станавливается исходный режим работы в точке а и, следовательно, этот режим должен быть признан устойчивым. К тому же выводу можно прийти и при отрица­тельном приращении угла в точке а.




Рисунок 3.1 – Изменение мощности при приращениях угла




Рисунок 3.2 - Выпадение из синхронизма



Рисунок 3.3 – Зависимость синхронизирующей мощности от угла





Совершенно иной получается картина в точке b. Здесь положительное прираще­ние угла сопровождается не положи­тельным, а отрицательным изменением мощности генератора . Изменение мощ­ности генератора вызывает появление избы­точного момента ускоряющего характера, под влиянием которого угол не умень­шается, а возрастает. С ростом угла мощ­ность генератора продолжает падать, что обусловливает дальнейшее увеличение угла и т. д. Процесс сопровождается непрерывным перемещением вектора э. д. с. Е относительно вектора напря­жения приемной системы U (рис. 3.2) и станция выпадает из синхронизма. Таким образом, режим работы в точке b статически неустойчив и практи­чески неосуществим.

^ Под статической устойчивостью, вообще говоря, понимают способность системы самостоятельно восстановить исходный режим работы при малом возмущении. Статическая устойчивость является необходимым условием существования установившегося режима работы системы, но отнюдь не предопределяет способности системы продолжать работу при резких наруше­ниях режима, например при коротких замыканиях.

Итак, точка а и, любая другая точка на возрастающей части синусои­дальной характеристики мощности отвечают статически устойчивым режи­мам и, наоборот, все точки падающей части характеристики — статически неустойчивым. Отсюда вытекает следующий формальный признак статической устойчивости рассмотренной простейшей системы: при­ращения угла и мощности генератора Р должны иметь один и тот же знак, т. е. или, переходя к пределу:




(3.1)


Производная , как известно, носит название синхронизирующей мощ­ности, и, следовательно, критерием статической устойчивости системы в рас­смотренных условиях является положительный знак синхронизирующей мощ­ности. Производная мощности по углу согласно (2.1) равна:





(3.2)


Она положительна при < 90° (рис. 3.3). В этой области и возможны устойчивые установившиеся режимы работы системы. Критическим с точки зрения устойчивости в рассматриваемых условиях (при чисто индуктивной связи генератора с шинами приемной системы) является значение угла = 90°, когда достигается максимум характеристики мощности.

Метод малых отклонений, или малых колебаний широко используется при анализе устойчивости системы.

Следует отметить, что причиной нарушения статической устойчивости может быть работа автоматики при ошибке в установке регулировочных коэффициентов или выходе режима за пределы зоны устойчивости.


^

4. ПОНЯТИЕ О ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ



То обстоятельство, что система сохраняет статическую устойчивость в уста­новившемся режиме работы, еще не позволяет утверждать, что она окажется устойчивой и при резких внезапных нарушениях режима ее работы, подоб­ных короткому замыканию (к.з.), отключению генераторов или линий и т.д. Эта сторона проблемы должна быть исследована самостоятельно и затра­гивает круг вопросов, относящихся к так называемой «динамической устой­чивости» электрических систем.

Если в исследовании статической устойчивости приходится иметь дело с малыми возмущениями рабочего режима работы системы (перерастающими в выпадение из синхронизма при неустойчивости системы), то предметом исследования динамической устойчивости являются значительные возмущения, причем существенное значение приобретают самый характер и размеры возмущения.

Для выяснения принципиальных положений динамической устойчивости рассмотрим явления, возникающие при внезапном отключении одной из двух параллельных цепей линии электропередачи (рис. 4.1), связывающей удаленную станцию с шинами неизменного напряжения. Схема замещения электропередачи в нормальном режиме (до отключения цепи) представлена на рис. 4.2,а. Индуктивное сопротивление системы, равное , определяет амплитуду характеристики мощности в этих усло­виях:





Рисунок 4.1 – Принципиальная схема электропередачи при отключении цепи



Рисунок 4.2 - Схема замещения электропередачи

при нормальном режиме (а) и при отклю­чении цепи (б).


Опуская влияние переходных электромагнитных процессов в генераторах, можно установить, что при отключении одной из цепей линии электро­передачи индуктивное сопротивление системы получает новое значение (рис. 4.2,б): - большее, чем в нормальном режиме, поскольку индуктивное сопротивление линии при отключении цепи возрастает с 0,5 до . Амплитуда характеристики мощности при отключенной цепи соответственно уменьшается до . Характеристики мощности в условиях нормального режима и при отключенной цепи показаны на рис. 4.3. Если режим работы, предшествовавший отключению цепи, определялся точкой а на характеристике мощности () нормального режима при передаваемой мощности и угле , то после отключения этому режиму должна соот­ветствовать новая характеристика мощности (), причем нетрудно устано­вить, какая именно точка этой характеристики будет определять режим в момент отключения цепи. Этой точкой является точка b при том же зна­чении угла , что и в нормальном режиме. Угол сохраняет свое зна­чение в момент отключения, поскольку вектор э. д. с. генератора E может перемещаться относительно вектора напряжения приемной системы U только при изменениях частоты вращения ротора генератора. Последняя же не может претерпевать скачкообразных изменений в силу существования механической инерции у ротора генератора.

В момент отключения цепи режим работы изменяется и характеризуется не точкой а, а точкой b на новой характеристике, что обусловливает внезапное уменьшение мощности генератора. Мощность турбины остается при этом неизменной и равной , так как регуляторы турбин реагируют на изменение частоты вращения агрегата, которая в мо­мент отключения цепи сохраняет свое нормальное значение, как это только что было отмечено.

В дальнейшем скорость машины будет изменяться, однако и в этой стадии процесса можно в первом приближении считать, что регуляторы не успевают сколько-нибудь заметно повлиять на мощность, развиваемую турбиной.

Неравенство мощностей, а следовательно, и моментов на валу турбины и генератора вызывает появление избыточного момента, под влиянием которого агрегат турбина-генератор начинает ускоряться. Связанный с рото­ром генератора вектор э. д. с. E начинает вращаться быстрее, чем вращаю­щийся с неизменной синхронной угловой скоростью вектор напряжения шин приемной системы U. Изменения скорости v перемещения вектора э. д. с. генератора E относительно напряжения шин приемной системы U, представ­ляющей разность угловых скоростей вращения векторов E и U, показаны на рис. 4.3.

Возникновение относительной скорости вращения v приводит к увеличе­нию угла , и на характеристике мощности генератора при отклю­ченной цепи рабочая точка перемещается из точки b по направлению к точке с. При этом мощность генератора начинает возрастать. Однако вплоть до точки с мощность турбины все еще превышает мощность генератора и избыточный момент, хотя и уменьшается, но сохраняет свой знак, благодаря чему относительная скорость вращения непрерывно возрас­тает. В точке с мощности турбины и генератора вновь уравновешивают друг друга и избыточный момент равен нулю. Однако процесс не оста­навливается в этой точке, так как относительная скорость вращения ротора достигает здесь наибольшего значения и ротор проходит точку с по инерции.

При дальнейшем росте угла мощность генератора уже превышает мощность турбины и избыточный момент изменяет свой знак. Он начинает тормозить агрегат. Относительная скорость вращения теперь уменьшается и в некоторой точке d становится равной нулю. Это означает, что в точке d вектор э. д. с. Е вращается с той же угловой скоростью, что и вектор напряжения U, и, следовательно, угол между ними больше не возрастает. Угол в этой точке достигает своего максимального значения . Однако и теперь процесс не останавливается, так как вследствие неравенства мощ­ностей турбины и генератора на валу агрегата существует избыточный момент тормозящего характера, под влиянием которого частота вращения продолжает уменьшаться и относительная скорость становится отрица­тельной. Угол начинает уменьшаться, и рабочая точка, характеризующая процесс на характеристике мощности, перемещается в обратном направлении к точке с. Эту точку ротор вновь проходит по инерции, и около точки b угол достигает своего нового минимального значения, после чего вновь начинает возрастать. После ряда постепенно затухающих колебаний в точке с устанавливается новый установившийся режим с прежним значением пере­даваемой мощности и новым значением угла . Картина колебаний угла во времени показана на рис. 4.4. Постепенное уменьшение ампли­туды обусловливается потерями энергии при колебаниях частоты вращения генератора.

Такой характер перехода к новому режиму не влечет за собой каких-либо осложнений. Во всяком случае в нарисованной картине нарушение устойчи­вости не имело места. Можно отметить лишь, что в переходном электро­механическом процессе угол достигал значений (), превышающих значе­ние нового установившегося режима.

Возможен и другой исход процесса (рис. 4.5). Торможение ротора, начиная с точки с, уменьшает относительную скорость вращения . Однако угол в этой фазе процесса все еще возрастает, и если он успеет достигнуть критической величины в точке с на пересечении падающей ветви сину­соиды мощности генератора с горизонталью мощности турбины прежде, чем относительная скорость упадет до нуля, в дальнейшем избыточный момент на валу машины становится вновь ускоряющим, скорость начнет быстро возрастать и генератор выпадает из синхронизма (рис. 4.6).




Рисунок 4.3 - Колебания мощности и относительной угловой скорости генератора при от­ключении цепи.

I—характеристика мощности при нормальном режиме;

II—характеристика мощности при отключении цепи,




Рисунок 4.4 - Колебания угла при отключении одной параллельной цепи электропередачи.




Рисунок 4.5 - Нарушение динамической устойчивости при отключении одной параллельной цепи электропередачи






Рисунок 4.6 – Нарастание угла при нарушении устойчивости





Если в процессе качаний будет пройдена точка с', то возврат к установившемуся режиму уже невозможен.

Несмотря на теоретическую возмож­ность существования нового установившегося (и статически устойчивого) режима в точке с, процесс качания машины при переходе к этому режиму может привести к выпадению машины из синхронизма. Такой характер нарушения устойчивости может быть назван динамическим.

Основной причиной нарушений динамической устойчивости электрических систем являются обычно короткие замыкания, резко уменьшающие ампли­туду характеристики мощности.


1   2   3   4   5   6



Скачать файл (841.8 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru