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 уголполучает небольшое приращение, то мощность гене­ратора, следуя синусоидальной зависимости от угла, также изменится на некоторую величину, причем, как видно из рис. 3.1,в точкеаполо­жительному приращению угласоответствует 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 мощностипреобладает 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 точкеаи, следовательно, этот режим должен быть признан устойчивым. К тому же выводу можно прийти и при отрица­тельном приращении угла в точкеа.

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 угласопровождается 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 системыU(рис. 3.2) и станция выпадает из синхронизма. Таким образом, режим работы в точкеbстатически 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 аи, 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 генератораРдолжны 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.