پایداری سیستم قدرت، به توانایی ماشین‌های سنکرون سیستم برای باقی ماندن در حالت سنکرون در مواجهه با هر گونه اغتشاش گفته میشود. به همین دلیل است که به این نوع پایداری، پایداری سنکرون نیز گفته میشود.
سرویس آموزش و آزمون برق نیوز، پایداری سیستم قدرت، به توانایی ماشین‌های سنکرون سیستم برای باقی ماندن در حالت سنکرون در مواجهه با هر گونه اغتشاش گفته میشود. به همین دلیل است که به این نوع پایداری، پایداری سنکرون نیز گفته میشود. پایداری سیستم قدرت را در سه دسته پایداری ماندگار (Steady-state stability)، پایداری دینامیکی (Transient stability) و پایداری گذرا (Dynamic stability) تقسیم‌بندی می‌کنند.
پایداری ماندگار، توانایی ماشین‌های مختلف سیستم در بازیابی و ماندن در حالت سنکرون، بعد از یک اغتشاش کوچک و آرام، مانند تغییر تدریجی بار است.
پایداری گذرا، به پایداری بعد از یک اغتشاش بزرگ ناگهانی مانند خطا (Fault)، از کار افتادن ژنراتور، عملیات کلیدزنی و تغییر بار بزرگ اتلاق میشود.
پایداری دینامیکی، حالتی بین پایداری ماندگار و گذرا است و توسط تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، کنترل‌کننده‌ها و گاورنر‌ها برطرف میشود. در این نوع پایداری، اغتشاشات کوچک ۱۰ تا ۳۰ ثانیه‌ای مورد نظر است.
پایداری ماندگار، توانایی ماشین‌های مختلف سیستم در بازیابی و ماندن در حالت سنکرون، بعد از یک اغتشاش کوچک و آرام، مانند تغییر تدریجی بار است.
پایداری گذرا، به پایداری بعد از یک اغتشاش بزرگ ناگهانی مانند خطا (Fault)، از کار افتادن ژنراتور، عملیات کلیدزنی و تغییر بار بزرگ اتلاق میشود.
پایداری دینامیکی، حالتی بین پایداری ماندگار و گذرا است و توسط تنظیم‌کننده‌های ولتاژ، کنترل‌کننده‌ها و گاورنر‌ها برطرف میشود. در این نوع پایداری، اغتشاشات کوچک ۱۰ تا ۳۰ ثانیه‌ای مورد نظر است.
شکل ۱: یک سیستم قدرت دو ماشینه
سیستم قدرت دو ماشینه شکل ۱ را در نظر بگیرید. هر ماشین را می‌توان با یک نیروی محرکه الکتریکی (emf) ثابت سری با راکتانس سنکرون نشان داد. فرض کنید ماشین سمت چپ به‌عنوان ژنراتور و ماشین دیگر به‌عنوان موتور عمل می‌کند. مقدار emf دو ماشین را می‌توان به‌صورت قطبی زیر نوشت:
جریان گذرنده از مدار نیز با رابطه زیر محاسبه میشود:
که در آن:
توان حقیقی تحویلی از ژنراتور به موتور را می‌توان به‌صورت زیر به‌دست آورد:
همان‌طور که می‌بینیم، توان تزریق شده ژنراتور به موتور، به‌صورت سینوسی با آرگومانی برابر اختلاف زاویه فاز دو emf (زاویه بین دو رتور) تغییر می‌کند.
حداکثر توانِ Pmaxرا که می‌توان در حالت ماندگار از ژنراتور به موتور انتقال داد، با قرار دادن δ=۹۰∘در رابطه (۳) قابل محاسبه است:
مقدار Pmaxحد پایداری ماندگار (steady-state stability limit) نامیده میشود. این مقدار را می‌توان با افزایش ولتاژ‌های داخلی (emf) از طریق تنظیم جریان تحریک آن‌ها یا کاهش راکتانس سری خط انتقال بین دو ماشین افزایش داد.
نمودار توان منتقل شده بر حسب زاویه جابه‌جایی که منحنی توان-زاویه (Power-angle curve) نامیده میشود، در شکل ۲ نشان داده شده است.
شکل ۲: منحنی توان-زاویه
شکل بالا نشان می‌دهد سیستم در ناحیه کاری 90∘<δ پایدار است که در آن، مشتق P نسبت به مثبت است. در این حالت، افزایش زاویه جابه‌جایی موجب افزایش توان انتقالی خواهد شد.
به نقطه A در منحنی توان-زاویه شکل 3 توجه کنید که مربوط به عملکرد سیستم در حالت ماندگار است. فرض کنید ژنراتور، توان را در زاویه به موتور منتقل می‌کند که یک بار مکانیکی به شفت آن متصل است.
چند حالت ممکن است رخ دهد:
حالت اول: فرض کنید بار شفت، یک افزایش کوچک پیدا کند. این گشتاور خالص، موتور را کُند کرده و سرعت آن را کاهش می‌دهد که در اثر آن، δ. افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه، توان ورودی تا زمانی که سیستم در نقطه کار جدید B. به تعادل برسد زیاد میشود.
حالت دوم: فرض کنید بار موتور به‌صورت تدریجی زیاد شود تا سیستم به نقطه حداکثر توان C. برسد. اگر این بار اضافه به موتور اعمال شود، δ. مانند حالت قبل زیاد میشود و به فراتر از ۹۰ درجه افزایش خواهد یافت. در این لحظه، به جای آنکه توان ورودی زیاد شود، کاهش می‌یابد که خود سبب افزایش گشتاور ترمزی و در نهایت از سنکرون خارج شدن موتور میشود.
حالت سوم: فرض کنید یک افزایش بار ناگهانی بزرگ به موتور اعمال شود. کمبود توان ورودی با کاهش موقتی انرژی جنبشی جبران میشود. سپس سرعت موتور کم شده و δ. و توان ورودی زیاد میشود. اگر بار جدید کمتر از Pmax باشد، δ. به یک مقدار جدید خواهد رسید که توان ورودی موتور با توان بار آن برابر است. وقتی این اتفاق رخ داد، موتور هنورز با سرعت پایین می‌چرخد، بنابراین، افزایش δ. به مقداری بالاتر از اندازه مناسب آن، سبب شتاب گشتاور و افزایش سرعت موتور خواهد شد. هرچند، وقتی موتور به سرعت نرمال می‌رسد، ممکن است δ. از نقطه D. رد کند و در نتیجه توان ورودی موتور کمتر از بار شود. این شرایط موجب از سنکرون خارج شدن موتور میشود.
حالت چهارم: در این حالت، فرض کنید یک بار افزایشی ناگهانی به موتور اعمال شود که خیلی بزرگ نباشد. بنابراین، قبل از اینکه تغییر زیاد شود، موتور به سرعت نرمال خود باز می‌گردد. سرعت موتور، به دلیل گشتاور در حال شتاب، افزایش می‌یابد و بزرگتر از حالت نرمال خواهد شد. وقتی این اتفاق بیفتد، δ. کاهش خواهد یافت و به مقدار مناسب خود خواهد رسید. به دلیل وجود گشتاور میراکننده، این نوسانات پس از مدتی به دلیل گشتاور‌های میراکننده از بین خواهد رفت و موتور به شرایط عملکرد پایدار در نقطه E. خواهد رسید.
حد بالا برای افزایش ناگهانی بار که موتور قادر است بدون خارج شدن از حالت سنکرون، آن را تحمل کند، حد پایداری گذرا نامیده میشود. این مقدار همیشه پایین‌تر از حد حالت ماندگار است و بسته به ماهیت و اندازه اغتشاش، می‌تواند مقادیر مختلفی داشته باشد.
حالت اول: فرض کنید بار شفت، یک افزایش کوچک پیدا کند. این گشتاور خالص، موتور را کُند کرده و سرعت آن را کاهش می‌دهد که در اثر آن، δ. افزایش پیدا می‌کند. در نتیجه، توان ورودی تا زمانی که سیستم در نقطه کار جدید B. به تعادل برسد زیاد میشود.
حالت دوم: فرض کنید بار موتور به‌صورت تدریجی زیاد شود تا سیستم به نقطه حداکثر توان C. برسد. اگر این بار اضافه به موتور اعمال شود، δ. مانند حالت قبل زیاد میشود و به فراتر از ۹۰ درجه افزایش خواهد یافت. در این لحظه، به جای آنکه توان ورودی زیاد شود، کاهش می‌یابد که خود سبب افزایش گشتاور ترمزی و در نهایت از سنکرون خارج شدن موتور میشود.
حالت سوم: فرض کنید یک افزایش بار ناگهانی بزرگ به موتور اعمال شود. کمبود توان ورودی با کاهش موقتی انرژی جنبشی جبران میشود. سپس سرعت موتور کم شده و δ. و توان ورودی زیاد میشود. اگر بار جدید کمتر از Pmax باشد، δ. به یک مقدار جدید خواهد رسید که توان ورودی موتور با توان بار آن برابر است. وقتی این اتفاق رخ داد، موتور هنورز با سرعت پایین می‌چرخد، بنابراین، افزایش δ. به مقداری بالاتر از اندازه مناسب آن، سبب شتاب گشتاور و افزایش سرعت موتور خواهد شد. هرچند، وقتی موتور به سرعت نرمال می‌رسد، ممکن است δ. از نقطه D. رد کند و در نتیجه توان ورودی موتور کمتر از بار شود. این شرایط موجب از سنکرون خارج شدن موتور میشود.
حالت چهارم: در این حالت، فرض کنید یک بار افزایشی ناگهانی به موتور اعمال شود که خیلی بزرگ نباشد. بنابراین، قبل از اینکه تغییر زیاد شود، موتور به سرعت نرمال خود باز می‌گردد. سرعت موتور، به دلیل گشتاور در حال شتاب، افزایش می‌یابد و بزرگتر از حالت نرمال خواهد شد. وقتی این اتفاق بیفتد، δ. کاهش خواهد یافت و به مقدار مناسب خود خواهد رسید. به دلیل وجود گشتاور میراکننده، این نوسانات پس از مدتی به دلیل گشتاور‌های میراکننده از بین خواهد رفت و موتور به شرایط عملکرد پایدار در نقطه E. خواهد رسید.
حد بالا برای افزایش ناگهانی بار که موتور قادر است بدون خارج شدن از حالت سنکرون، آن را تحمل کند، حد پایداری گذرا نامیده میشود. این مقدار همیشه پایین‌تر از حد حالت ماندگار است و بسته به ماهیت و اندازه اغتشاش، می‌تواند مقادیر مختلفی داشته باشد.
منبع: فرادرس
لینک کوتاه
شورای نگهبان سازوکار تسویه مطالبات صنعت برق را تایید کرد
توسعه برق هستهای به حل ناترازی انرژی کمک می‌کند
بهادری جهرمی: قطعی برنامهریزی شده برق نداشتهایم
مصرف معادل آب شرب یک شهر ۲۰۰ هزارنفری توسط برخی نیروگاهها
رایگان شدن آب برق و گاز مشترکانِ تحت پوشش
شرکت توزیع برق گیلان باید پاسخگوی نابرابریها باشد
اقتصاد کشور تحمل خسارت سنگین خاموشی صنایع را ندارد
اگر برق موتور چاه ها تأمین نشوند کشاورزیِ کل کشور از بین می رود
وزارت نیرو افزایش ظرفیت نیروگاهی سال آینده را در لایحه بودجه۱۴۰۲ اعلام کند
اجرای طرح مانعزدایی از صنعت برق پایهگذار تحولات مهم حوزه انرژی
ظرفیت تولید انرژی از زغال سنگ باید تا سال۲۰۴۰ صفر شود
افزایش قابل توجه هزینه برق استرالیایی‌ها در ۱۴ ساعت از شبانه روز
چراغ سبز آمریکا به بغداد برای تداوم خرید انرژی از ایران
تسویه طلب ایران از عراق با مازوت
انتظار رشد ۴ درصدی تقاضای برق در آفریقا
جزییات آتش سوزی در پست برق ایستگاه مترو شوش
٣ متر برف سنگین عامل خاموشی دهها هزار خانه در غرب امریکا
سرمایه گذاری ٧٢٠ میلیون دلاری عربستان برای هوشمندسازی شبکه توزیع برق
چرا تبدیل سیم مسی به کابل خودنگهدار مهم است؟
افزایش ۱۱۲ درصدی هزینه انرژی اروپا در پی بحران انرژی جهانی
از ارسال دیدگاه های نا مرتبط با متن خبر، تکرار نظر دیگران، توهین به سایر کاربران و ارسال متن های طولانی خودداری نمایید.
لطفا نظرات بدون بی احترامی، افترا و توهین به مسئولان، اقلیت ها، قومیت ها و ... باشد و به طور کلی مغایرتی با اصول اخلاقی و قوانین کشور نداشته باشد.
در غیر این صورت، «برق نیوز» مطلب مورد نظر را رد یا بنا به تشخیص خود با ممیزی منتشر خواهد کرد.