Понятие о динамической устойчивости энергосистемы. Ее отличие от статической устойчивости

Для выяснения принципиальных положений анализа динамической устойчивости рассмотрим явления, возникающие при внезапном отключении одной из двух параллельных цепей линии электропередачи одномашинной энергосистемы (рис. 3.1,а).                                                                   Взаимное реактивное сопротивление схемы замещения

определяет максимум РIм угловой характеристики мощности генератора РI(δ) в исходном режиме

После отключения одной из цепей линии электропередачи (рис. 3.1,в) будет получено новое большее по значению сопротивление

Максимум новой угловой характеристики РII(δ) составит, соответственно, меньшую величину (рис. 3.2):

Точке пересечения а характеристики мощности турбины PT(δ) = const и угловой характеристики генератора РI(δ) = Р1м sin(δ) в нормальном режиме соответствуют угол δ0, мощность Р0 и скорость (частота) ω0, установившиеся в этом режиме. При отключении цепи происходит резкий сброс активной мощности, отдаваемой генератором в сеть, до величины, соответствующей точке b. В результате нарушается баланс мощностей (моментов) на валу ротора генератора и турбины за счет уменьшения тормозящего момента, обусловленного электрической нагрузкой. Угол δ0 и относительная скорость сохраняют свои значения в момент отключения цепи в силу инерции ротора генератора. В дальнейшем под действием избыточного ускоряющего момента относительная скорость нарастает и при значении угла δС становится наибольшей. В точке с ускоряющий и тормозящий моменты уравновешиваются, но ротор по инерции, за счёт дополнительной кинетической энергии, накопленной на участке bc, будет продолжать относительное движение. Однако это движение будет происходить с замедлением, поскольку справа от точки с ускоряющий момент турбины меньше, чем тормозящий электромагнитный момент генератора. Увеличение угла прекратится при значении δm, когда дополнительная кинетическая энергия, приобретённая ротором на участке be компенсируется равной по величине потенциальной энергией на участке ст. Очевидно, что при значении угла δm режим не установится, поскольку в этом состоянии тормозящий момент генератора выше ускоряющего момента турбины. Под действием избыточного тормозящего момента от точки т ротор будет возвращаться к углу δС и снова по инерции его пройдёт. Однако к начальному углу δ0 ротор не возвратится вследствие потерь на трение и действия демпфирующих моментов. Амплитуда изменения угла при дальнейших качаниях ротора будет уменьшаться (рис. 3.2,б), и окончательно режим системы установится в новой точке устойчивого равновесия - точке с. Однако возможен и другой исход процесса. Если угол достигнет критической величины δкр, соответствующей точке f (рис. 3.3,а) прежде, чем относи-тельная скорость примет нулевое значение, то избыточный момент на валу ротора генератора становится вновь ускоряющим.

Относительная скорость ротора опять начинает возрастать до выпадения генератора из синхронизма. Такой характер нарушения устойчивости называется динамическим. Основной причиной динамических нарушений устойчивости энергосистем являются короткие замыкания, приводящие к резким изменениям электромагнитных моментов синхронных машин.