מבוא

הפעולה האמינה של מערכות כוח מודרניות תלויה בשמירה על יציבות ברשת עצומה של גנרטורים, קווי שידור, ועומסים. אוסוציאציות והשלכות - בין אם מופעלות על ידי תקלות, שינוי אירועים, או שינוי דפוסי עומס - יכול להפיץ במהירות, ואם לא נבדקו, להוביל לרכיבים נרחבים של מערכת ההפעלה.

מערכת חשמל אוסוציאציות: סיווג והשפעה

oscillations מערכת החשמל מתייחס להחלפה המחזורית של אנרגיה בין רכיבי מערכת - גנרטורים נטולי רחמים, עומסים ועיגולי שידור - אשר מתבטאים כתנודות במתח, זרם הנוכחי או זרימת הכוח.

המונחים: scillations

בין גנרטור יחיד לשאר המערכת, בדרך כלל בטווח של 0.8-2.0 הרץ.הם נובעים מהדינמיקה האלקטרומכנית של הגנרטור מול הרשת; אם הוא נחסם, הם יכולים לגרום לטרנרטור או איטינג.

המונחים: inter-area Oscillations

קבוצות מעורבות של גנרטורים באזור אחד מתנדנדות נגד קבוצות באחר, עם תדרים בין 0.1-0.8 הרץ. אלה הם מאתגרים במיוחד כי הם מעורבים מכונות רבות ולעתים קרובות להתרבות על פני מרחקים ארוכים.

התחדשות סובנכרון (SSR)

מחלקה מיוחדת של oscillation המתרחשת כאשר התדרים הטבעיים של פיר טורבינות-גן עולה בקנה אחד עם חזרות חשמליות של קווי שידור מותאמים סדרה. SSR יכול לגרום ללחץ מכני חמור עייפות פיר, והוא דורש ניתוח ייעודי באמצעות טכניקות רכיב סימטרי.

סליחות

הקשור למערכת פיר מכני של מגני טורבינות גדולות, לעתים קרובות נרגש על ידי תקלות או בקרה אינטראקציות. מרכיבים סיממטריים עוזרים לבודד את מצבי הטורציונאליים אינטראקציה עם שחזור מערכת חשמל.

ההשפעה של נקודות אלה נע בין יכולת העברת חשמל מופחתת וציוד ללבוש להתמוטטות מערכת קטסטרופלית.השחורה הצפון אמריקאית המערבית 1996, למשל, הוטבעה על ידי oscillations בין-area, אשר עקב סדרה של טיולי קו.

הקרן ההוריטרית של Components סימפמטרי

שיטת מרכיבים סימטריים, שהציע לראשונה צ'ארלס ל פורטסקו בשנת 1918, הופכת קבוצה של שלושה phasors לא מאוזנים (מתחים או זרמים) לשלושה מרכיבים רצף מאוזנים: רצף חיובי, רצף שלילי ואפס רצף.הטרנספורמציה היא ליניארית ובלתי נמנעת, המוגדרת על ידי המבשלות הידועות:

[V012] = [A]⁻¹ [Vabc]
where [A] = [[1, 1, 1], [1, a², a], [1, a, a²]]
and a = 1∠120°

המונחים: different sequence Components

הרצף החיובי מורכב משלושה phasors של גודל שווה, מופרד על ידי 120 מעלות, ומסתובב באותו כיוון כמו המערכת המקורית (חשבון עבור סיבוב שלב סטנדרטי) רכיב זה מייצג את החלק המאוזן, כוח-העוצמה של המערכת בתנאים יציבים-מדינתיים.עבור כל מצב לא מאוזן, הרצף החיובי והמתח מתייחס ישירות להעברה של הכוח הנקי והם הכמויות העיקריות בשימוש במחקרים ויציבות.

שקיפות שלילית

הרצף השלילי קובע גם את הפזורים בגודל שווה ב-120 מעלות הפרדה, אבל מסתובב בכיוון ההפוך.רכיבי רצף שליליים מתעוררים מעומסים לא מאוזנים, קווים לא פתורים, ופגמים סימטריים כגון תקלות קו-לשורה. הם גורמים לחום רוטורי ב גנרטורים ומנועים אינדוקציה (בשל זרם כפול המושרה) ותורמים להפחתה אלקטרו-קימית שיכולה להגביר את חוסר יציבות האלקטרומגנטית.

אפס ניצחונות

רצף אפס מורכב משלושה phasors כי הם שווים בגודל ובשלב (ללא הפרדה סיבובית) רצף אפס מופיע בעיקר במהלך תקלות קרקע (בשטח או כפול-קו-קרקע) וכאשר המערכת יש נתיב נייטרלי. רצף רצף אפס הוא חיוני להגנה על הקרקע וניתוח ההשפעה של תקלות לא מאוזנות על יציבות.

רשתות

לניתוח, כל רכיב סימטרי מטופל באופן עצמאי על ידי בניית רשתות רצף נפרדות (חיובי, שלילי, אפס) המייצג את האימפולס שנראה על ידי כל רכיב.רשתות אלה קשורות אז למיקום הפגמים על פי סוג של אשמה (למשל, סדרה או שורט) זה decomposition הוא הבסיס לקביעת זרמים ומתחים לא מאוזנים, והוא מרחיב ישירות ניתוח דינמי - יכול לאבחון של רכיבי בקרה לא מאוזנת.

יישום של Components סימפמטריים לניתוח אוסוציאלציה

oscillations של מערכת החשמל המודרנית מנתחים באמצעות מודלים ליניאריים סביב נקודה הפעלה (יציבות קטנה-חתומה) משוואות דיפרנציאליות-אלגיות של המערכת מובעות בצורת מדינה, וערכים אגניים הם כפופים לזיהוי מצבי oscillatory. מרכיבים סיממטריים לשפר את הניתוח הזה בכמה דרכים:

ניתוח עם Sequence Decomposition

כאשר מערכת תלת-phase חווה הפרעה לא מאוזנת, הoscillations אלקטרו-מכניים המתקבלים מכילים מרכיבים רצף חיובי ושלילי.על ידי הפיכת התגובה הדינמית לתחום רכיב סימטרי, מהנדסים יכולים לזהות אילו מרכיבים רצף מעורבים בעיקר בכל מצב אוסטיטורי. לדוגמה, מצב המציג השתתפות רצף שלילי גבוה עשוי להצביע על קו שידור לא מאוזן או לטעון את שורש זה פעולות אובייקטיביות.

רגישות לקיום

רכיבים סיממטריים מאפשרים חישוב של רגישות ערכית של ערכים עצמיים ביחס למכשולים רצף.אם מצב מסוים של אווסצילציה הוא לחיק באופן לא נעים, מהנדסים יכולים להתאים את הרצף החיובי לחבק דרך מייצבי חשמל (PSS), בעוד אפקטים רצף שלילי ניתן להפחית על ידי איזון עומסים או שינוי הרשת.

יציבות עם Faults לא מאוזנת

במהלך תקלות לא מאוזנות - כגון טעות חד-צדדית - המערכת נותרה ללא איזון למשך השבר. מרכיבים סיממטריים מפשטים את סימולציה היציבות הטרנספורמטיבית על ידי צמצום הרשת הלא מאוזנת לשלוש רשתות רצף.התנהגותו של הגנרטור במהלך האשמה נקבעת על ידי העלפוזיציה של הרצף.

אסטרטגיות של מיגור באמצעות תובנות סימטריות

התובנות שהתקבלו מניתוח רכיב סימטרי מודיעות ישירות על עיצוב של בקרות לחות ותוכניות הגנה.אסטרטגיות של קי מייגציה כוללות:

Power System Stabilizers (PSS)

(PSS הם בקרים משלימים על גנרטורים סינכרוניים המאמת את מתח השדה או את מושל המהירות לח לחות אלקטרומכניקה oscillations.באופן מסורתי, עיצובים PSS משתמשים בסיגנל חיובי שמקורן במדידות מקומיות (מהירות טור, כוח) עם זאת, במערכות לא מאוזנות, רכיבי רצף שליליים יכולים להשחית את ה-PSS קלט, להפחית את יעילותו.

מערכות Transmission Systems (FACTS)

מכשירים כגון Static Var Compensators (SVC), Static Synchronous Compensators (STATCOM), ו-Unified Power Flow Controller (UPFC) ניתן לשלוט על מנת לספק פיצוי ספציפי רצף.לדוגמה, STATCOM יכול להזריק מתח שלילי כדי למנוע רצף שלילי של oscillations, ובכך לחות מצבי מערכת בין-are אשר כרוכים במסלולים בלתי מאוזנים.

בקרים של סכרת

עבור oscillations ו oscillations , בקרים כי מצבים ספציפיים באופן סלקטיבי מסתמכים לעתים קרובות על רכיבים סימטריים.על ידי מדידה של הרצף השלילי הנוכחי במסופים הגנרטור, ניתן לזהות את האינטראקציה הטוררית ולהפיק אות לחות באמצעות מערכת הציטוט. השימוש של רכיבים סימטריים מבטיח כי הפעולה היא ממוקדת למצבים ולא מצבי מכני אחר.

יחידות מעקב רחבות-שטח ו- Phasor Measurement Units (PMUs)

ראשי התיבות של PMUs מספקים מדידות סימטריות מסונכרנות (מתחים רצף חיובי וזרמים) ברחבי הרשת.רחב-area oscillation ניטור מערכות לנתח את רכיבי הרצף החיוביים של PMUs מרובים כדי להעריך צורות ביניים-area ויחסי לחות.בנוסף, שלילי ואפס PMU ניתן להשתמש כדי לזהות בתנאים בלתי מאוזנים שעשויים לגדול לתקני ניטור LTS (RUS) של LTFUS (RUS) LTS).

מקרה מחקר: Damping Inter-area Oscillations לאחר טיול קו

שקול תרחיש שבו קו שידור 500 kV חווה פגם חד-ליין-קרקע כי הוא מנקה לאחר ארבעה מחזורים.האשם יוצר מצב לא מאוזן הממחיש 0.3Hz בין-שטח-שטחי בין שני אזורי דור גדולים.מדת פוסט-דיסקרטיג מראה כי החנק הוא חרישי, עם יחס לחות של רק 2%.

באמצעות ניתוח רכיב סימטרי, מהנדסים מצמידים את רכיבי הרצף של המתח והנוכח במספר תת-התתות.הם מוצאים כי רכיב הרצף השלילי במסדרון המושפע הוא גבוה באופן יוצא דופן (5% מהגודל הרצף החיובי) וכי רכיב רצף אפס הוא רשלני, המציין אפקט שלב לא מאוזן במיוחד לphase.

עם ידע זה, הם מיישמים שני אמצעי מניעה: (1) לתקן את ה-PSS על שני גנרטורים גדולים באזור הייצוא כדי להגדיל את רצף שלילי של ספיגת כוח תגובתי, ו (2) להתאים את השליטה של STATCOM באמצע הדרך של הקו כדי להזריק מתח רצף שלילי שמתנגד לתנוחת שתן.לאחר שינויים אלה, היחס החמצוץ משתפר ל-15%, ואת התפוררות בתוך חמש דרגות בקרה מדויקות של תאים.

היתרונות והמגבלות של הגישה

יתרונות

  • (FLT:0)Simplified Analysis: FLT:1 Decomposing מערכות ללא מאוזנות לשלוש רשתות מאוזנות מקטין מורכבות מתמטית ומאפשר שימוש במודלים רצף חיובי למחקרי יציבות רבים.
  • (FLT:0) ,Targeted Damping: FLT:1 ,זיהוי אשר רצף אחראי על אסטרטגיות בקרת סלקטיביות, הימנעות מהתאמות מיותרות לרכיבים מאוזנים.
  • (FLT:0) תאימות עם מערכות הגנה: FLT:1 ממסרים רבים כבר משתמשים מרכיבים סימטריים לאיתור תקלות; אותו מידע ניתן לחזר על ניתוח אווסוציאציה ללא חומרה חדשה.
  • (ב) ⁇ :0) ,השיטה מתייחסת להערכות יציבות מקומיות ורחבות, מ גנרטור יחיד לרשתות בקנה מידה יבשתי.

הגבלות

  • (FLT:0) הנחה של רשת קוויאר:FLT:1; מרכיבים סיממטריים חלים בקפדנות על רשתות ליניאריות, זמן-שחלויות. מרכיבים לא לינאריים גבוהים (מהפכה בלתי-סבירה, HVDC) מציגים הרמוניות המפחיתות את הדיוק של הפירוק.
  • (FLT:0) תלות עקבית:FLT:1 , הסתברות משתנה עם תדירות, במיוחד עבור קווי שידור ארוכים וכבלים. ניתוח רכיב סימטרי מניח תדירות בסיסית אחת, אשר לא יכול לתפוס את ההתנהגות של תת- וסמלים סופרונכרוניים.
  • (FLT:0) מוקדש למקורות מאוזנים:FreaLT:1) השיטה מניחה כי הלחצים הפנימיים של הגנרטור הם רצף חיובי מאוזן.למעשה, מעגלים רוטורים לא מאוזנים (עמודים גמישים) או כפייתנים בלתי מופרעים יכולים לייצר מתחים שליליים קטנים.
  • (FLT:0) איכות נתונים: ההרחבה 1 רחבה-area שימוש ברכיבים סימטריים מסתמכים על מדידות שלב מדויקות של PMUs, אשר עלול להיות מושפע מעיכובי GPS או תקשורת.

כיוונים עתידיים: קומפרסים סיממטריים ברשתות מודרניות

כמו מערכות כוח משלבות כמויות גדלות של אנרגיה מתחדשת ואלקטרוניקה כוח, התפקיד של רכיבים סימטריים בניתוח יציבות מתפתח.המשאבים מתקדמים (wind, Solar, סוללה אחסון) לייצר מתחים מבוקרים שיכולים ליצור באופן פעיל רכיבים רצף שלילי או אפסיים לתמוך יציבות רשת.לדוגמה, משווקים ברשת יכולים להיות מתוכנתים להזריק זרמים שליליים במהלך תקלות לא מאוזנות כדי לשמור על מתח שלילי או אפסי של הפרעות (Factortical) עם גירויים של גירויים של סימטריים (Facter-Facter-Facter-Facter:

ניטור oscillation מקוון באמצעות נתוני PMU ו חישוב רכיב סימטרי בזמן אמת הופך סטנדרטי במרכזי בקרה.מכונות למידה אלגוריתמים כי תהליכים מגמות רכיב רצף יכולים לחזות שניות ספורות לפני שהם עולים. השילוב של תיאוריית רכיב סימטרי עם עיבוד נתונים במהירות גבוהה מבטיח אפילו יותר פעילות רשת יעילה יותר.

מסקנה

מרכיבים סיממטריים נשארים אבן הפינה של ניתוח מערכת כוח לטיפול בתנודות ובחוסר יכולת. על ידי מתן ניתוק נקי של תנאים לא מאוזנים לתוך רצף חיובי, שלילי, אפס, השיטה מאפשרת למהנדסים לאבחן את הסיבה השורש של תופעות אווסטוריות ועיצוב יעיל אסטרטגיות לחות של PSS קונבנציונאלי מודרני רחב שליטה רחבה באמצעות PMUs ו- FASCT, הם בעיקר עבור פונקציות פיתוח חיוני של כוח.