1. Введение

Аварии, связанные с нарушениями устойчивости работы в крупных электрических системах, влекут за собой расстройство электро­снабжения больших районов и городов. Ликвидация таких аварий и восста­новление нормальных условий работы электрических систем представляют большие трудности и требуют много времени и внимания диспетчера и остального дежурного персонала. При сравнительно небольшом числе ава­рий, вызывающих нарушение устойчивости, наибольший аварийный недоотпуск энергии падает именно на этот вид аварий. Тяжелые последствия таких аварий заставляют уделять значительное внима­ние вопросам увеличения устойчивости как при проектировании электри­ческих станций и сетей, так и в эксплуатации. Проблема устойчивости наложила глубокий отпечаток на схемы коммутации, режимы работы и параметры оборудования электрических систем, необходимость при­менения быстродействующих выключателей, релейной защиты (использование систем автоматического регулирования возбуждения генераторов, систем противоаварийной автоматики), а также проведения других мероприятий, которые способствуют уменьшению аварийности в электрических системах России.

Исключительно велико значение проблемы устойчивости при передаче энер­гии на большие расстояния. Можно утверждать, что устойчивость систем является одним из основных факторов, ограничивающих пропускную способность электропередач переменного тока большой протяженности.

Разнообразие подходов к анализу устойчивости, трудности понимания факторов, влияющих на проблему устойчивости, заставили составить данное пособие.

2. Характеристика мощности

Рассмотрим схему электропередачи (рис. 2.1),в которой генератор работает через трансформатор и линию электропередачи на шины приемной системы, мощность которой настолько велика по сравнению с мощностью рассматри­ваемой электропередачи, что напряжение приемникаUможно считать не­изменным по абсолютному значению и фазе при любых условиях работы электропередачи. На рис. 2.2дана схема замещения электропередачи, в кото­рой элементы схемы пред­ставлены только их индуктивными сопротивлениями. Сумма индуктивных сопротивлений генераторов, трансформаторов и линий дает результирующее индуктивное сопротивление системы:

На рис. 2.3показана векторная диаграмма нормального режима работы электропередачи, из которой ввиду равенства отрезковвытекает соотношение:

где -активный ток; —угол сдвига вектора э. д. с.относительно век­тора напряжения приемной системы .

Умножая обе части равенства на ,получаем:

,

или

(2.1)

где Р —активная мощность, выдаваемая генератором.

Рисунок 2.1 - Схема простейшей энергосистемы	Рисунок 2.2 – Схема замещения простейшей энергосистемы
Рисунок 2.3 – Векторная диаграмма нормальною режима работы электропередачи.	Рисунок 2.4 - Движение вектора э. д. с. генератора при ускорении генератора
Рисунок 2.5 – Зависимость активной мощности от угла

При постоянстве э.д.с. Еи напряженияUизменение передаваемой мощностиР может быть обусловлено лишь соответ­ствующим изменением угла .Как известно, изменение мощности, отдаваемой генерато­ром, на станции осуществляется воздей­ствием на регулирующие органы турбины. В исходном режиме мощность турбины уравновешивается мощностью генератора, который вращается с неизменной частотой вращения. По мере открытия регулирую­щих клапанов (или направляющего аппа­рата у гидравлических турбин) мощность турбины возрастает и равновесие вращаю­щего и тормозящего моментов турбины и генератора нарушается, что вызывает ускорение его вращения.

При ускорении генератора вектор э. д. с. Е на рис. 2.4перемещается относительно вращающегося с неизменной угловой ско­ростью вектора напряжения приемной сис­темы U.Связанное с этим увеличение углаи обусловливает согласно (2.1)соответ­ствующее изменение мощности генератораР,возрастающей до тех пор, пока она вновь не уравновесит увеличивающуюся мощность турбины. Таким образом, вели­чиной, непосредственно определяющей зна­чение активной мощности, отдаваемой ге­нератором энергосистеме, является угол .

Как вытекает из уравнения (2.1),зависи­мость мощности от угла имеет синусои­дальный характер (рис. 2.5)и, следовательно, с увеличением угламощностьРсначала возрастает, но затем, достигнув максималь­ного значения, начинает падать.

При данном значении э. д. с. генератора Еи напряжения приемника Uсуществует определенный максимум передаваемой мощности:

(2.2)

Он может быть назван идеальным пределом мощности рассматриваемой простейшей электрической системы. Равновесие между мощ­ностью турбины и генератора достигается лишь при значениях мощности, меньших , причем данному значению мощности турбинысоответствуют, вообще говоря, две возможные точки равновесия на характеристике мощ­ности генератора и, следовательно, два значения углаи (рис. 2.5). Однако в действительности устойчивый установившийся режим работы электропередачи возможен только при угле. Режим, которому на рис. 2.5 отвечает точкаbна падающей части характеристики, неустойчив и длительно существовать не может, т.к даже при малом возмущении генератор выпадет из синхронизма.