Практические критерии статической устойчивости нагрузки

Практический критерий статической устойчивости простейшей электрической системы был сформулирован выше: режим электропередачи статически устойчив, если производная электрической мощности Р по углу δ больше нуля().

Статическая устойчивость узла нагрузки определяется прежде всего свойствами двигательной нагрузки, то есть свойствами синхронных и асинхронных двигателей, так как именно их работа может быть нарушена в результате возмущений нормального режи­ма. Статическая нагрузка (освещение, преобразователи, электрические печи, электросвар­ка и др.) после устранения возмущения обычно восстанавливает исходный режим работы. Двигательная нагрузка в ряде случаев восстановить свой исход­ный режим без специальных мер не может.

Устойчивость нагрузки можно оценить, используя уже известные намстатические характеристики нагрузки.

Статические характеристики нагрузки, содержащие в своём составе асинхронные двигатели, показаны на рис. 2.16. Видно, что при снижении напряжения реактивная мощность сначала уменьшается, а потом начинает возрастать. Уменьшение peaктивной мощности объясняется уменьшением тока намагничивания двигателей. Последующее увеличение потребляемой мощности при снижении напряжения обусловлено увеличивающимся скольжением двигателей.

Если обратиться к схеме замещения асинхронного двигателя (рис. 2.9), можно видеть, что при резком увеличении скольжения, которое происходит при остановке двигателя, сопротивление увеличивается, что приводит к возрастанию тока в цепи рассеяния. Точка, в которой , соответствует моменту опрокидывания двигателя (рис. 2.13).

Если нагрузка питается от шин постоянного напряжения Е через линию сопротивлением х _вн (рис. 2.21), то признаком нарушения устойчивости будет соотношение

Рис. 2.21. Схема замещения при питании нагрузки от одного источника

 

Приближенно связь между U и Е может быть представлена в виде

.

Дифференцируя по Е, получим:

.

Отсюда при имеем или . Следовательно, равенство соответствует моменту опрокидывания двигателей. До момента опрокидывания .

Таким образом, критерий устойчивости комплексной нагрузки можно сформулировать как положительность производной от ЭДС источника питания по напряжению в узле нагрузки:

.

Рассматриваемый критерий используется обычно для расчётов устойчивости нагрузки, получающей питание от одного источника. Задаваясь различными значениями напряжения на нагрузке U, определяют по статическим характеристикам нагрузки величины Р _н и Q _н. Затем подсчитывают ЭДС Е источника питания и строят характеристику E=f(U) (рис. 2.22). Минимум характеристики () даёт значение критического напряжения комплексной нагрузки U _кр.

 

Рис. 2.22. Определение U _кр с помощью критерия

 

В тех случаях, когда комплексная нагрузка питается от нескольких источников удобнее использовать другой критерий устойчивости.

На рис. 2.23 показаны зависимости суммарной реактивной мощности, генерируемой различными источниками Q _ΣГ, и суммарной реактивной мощности, потребляемой нагрузкой Q _ΣН, от напряжения на нагрузке U.

 

2.23. Статические характеристики генераторов Q _ΣГ и нагрузки Q _ΣН

 

Зависимость суммарной реактивной мощности, потребляемой нагрузкой, от шин с напряжением U представляет собой обычную статическую характеристику Q _H =f(U). Характеристика Q _ΣГ =f(U) вычисляется при неизменных ЭДС источников в зависимости от напряжения на нагрузке и при условии, что суммарная активная мощность источников изменяется в соответствии с активной мощностью нагрузки P_ΣГ = Р_ΣН, причём последняя следует за напряжением по статической характеристике Р_Н= f(U).

Построенные характеристики имеют две точки пересечения (точки а и б на рис. 2.23). В этих точках баланса реактивных мощностей источников и нагрузки возможны установившиеся режимы. Однако только в точке а режим является устойчивым, режим в точке б неустойчив, что легко обнаружить, создавая малые возмущения в режимах, соответствующих этим точкам.

Если изобразить зависимость , показанную на рис. 2.24, то можно видеть, что при устойчивом режиме работы , при неустойчивом .

Рис. 2.24. Определение U _кр с помощью критерия устойчивости

 

Границей устойчивости будет равенство , соответствующее критическому напряжению U _кр.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите схему замещения асинхронного двигателя.

2. Поясните термин «скольжение».

3. Приведите типовую характеристику мощности (момента) асинхронного двигателя от скольжения.

4. Запишите условия устойчивой работы асинхронного двигателя.

5. Как зависит момент асинхронного двигателя от напряжения?

6. Поясните термин «критическое напряжение» асинхронного двигателя.

7. Поясните термин «опрокидывание» двигателя.

8. Дайте определение узлу нагрузки.

9. Что такое комплексная нагрузка?

10. Что такое статические характеристики нагрузки?

11. Поясните термин «регулирующий эффект нагрузки».

12. Как представляются нагрузки при расчетах устойчивости?

13. Приведите типовые характеристики механизмов.

14. Какие механизмы имеют характеристику, не зависящую от скольжения?

15. Какие механизмы имеют вентиляторную характеристику?

16. Какими факторами определяется напряжение в узле нагрузки?

17. Какими факторами определяется частота в энергосистеме?

18. Как влияет изменение частоты на работу асинхронных двигателей?

19. Приведите критерии статической устойчивости нагрузки, получающей питание от одного источника.

20. Приведите критерии статической устойчивости нагрузки, получающей питание от нескольких источников.