2.6.7.1. Statická stabilita Statickou (klidnou) stabilitou soustavy se

2.6.7.1. Statická stabilita
Statickou (klidnou) stabilitou soustavy se nazývá schopnost synchronního chodu zdrojù a spotøebièù
pøi malých a pomalých zmìnách pøenášeného výkonu. Z rovnice (149) pro pøenášený výkon vyplývá jeho
závislost na sinä - úhlu mezi fázory napìtí na zaèátku a konci vedení. Podle Obr. 47 lze pøenášet výkon
P1 pøi dvou rùzných hodnotách úhlu ä - äa a äb posunutých vzájemnì o devadesát stupòù.
Obr. 47 - Závislost pøenášeného výkonu na úhlu mezi fázory napìtí ä
Zamìøme se na pomìry, které nastanou pøi urèitých zmìnách zatížení, když se bude pøenášet výkon P 1.
Pokud vzroste zatížení o ÄP dojde i k malému zvìtšení úhlu äa o Ääa. V první chvíli regulátory nestaèí
reagovat a zvýšení zátìže se pokryje na úkor setrvaèné kinetické energie rotorù, což znamená mírné
zpomalení, tím i zmìnu reaktance a posun pracovního bodu na jinou charakteristiku. Pokud zmìna zatížení
bude dostateènì velká, aby regulátory pøidaly výkon na turbinì, zvýšením otáèek se pracovní bod opìt vrátí
na pùvodní charakteristiku a posune se na ní z bodu a do bodu d. Pøenos zùstává stabilní.
Pokud by se však dodával výkon P1 s úhlem ä b, zvìtšení úhlu o Ääb zpùsobí místo zvýšení výkonu
dodávaného generátorem, jeho snížení o ÄPb . Výkon turbíny však zùstává v první chvíli nezmìnìn, rotory
se tím ještì více urychlí, èímž dojde k dalšímu zvìtšení úhlu ä doprovázeného snižováním výkonu
generátorù. Úhel ä se tak bude rychle zvìtšovat až dojde k tzv. "prokluzu" rotorù a k pøípadnému vypadnutí
ze synchronismu. Pøenášený výkon klesne na nulu a soustava tedy stabilitu nezachová.
Z uvedené úvahy vyplývá, že stabilní provoz soustavy mùže být zajištìn pouze pøi úhlech ä < 90E. Pøi
ä = 90E je soustava na mezi stability, což znamená, že sebemenší dodateèné zatížení vede k porušení
stability.
Kritériem statické stability je tedy nerovnost:
65
(150)
Protože derivace dP/dä je "synchronizující výkon", vymezuje rozsah kladných hodnot tohoto výkonu též
oblast stabilního chodu.
2.6.7.2. Dynamická stabilita
Dynamickou (rázovou) stabilitou nazýváme schopnost soustavy zùstat v synchronním chodu
i pøi náhlých zmìnách zatížení, které doprovází rùzné poruchy (náhlé odpojení vedení nebo generátoru).
Pro objasnìní tohoto pojmu si pøedstavme pøenos z elektrárny po dvou dálkových vedení
do transformaèní stanice podle Obr. 48.
Jsou-li zapnuta obì vedení, pracuje soustava
podle charakteristiky 1 a výkon P1 se pøenáší pøi
úhlu äa. Je-li však jedno vedení vypnuto, bude
výsledná reaktance soustavy vìtší, tím se zmenší
maximálnì možný pøenášený výkon a
charakteristika pøenosu bude dána nižší
sinusovkou oznaèenou 2. I za tohoto stavu lze
pøenášet výkon P1, avšak pøi vìtším úhlu ä (ä c>ä a).
Pokud však dojde k náhlému vypnutí jednoho
vedení, když pøed tím alternátor pracoval s
výkonem P1, sníží se v okamžiku vypnutí
pøenášený výkon na Pb. Alternátor však dodává
stále výkon P1 a tím se zaènou zvyšovat otáèky
rotoru a úhel ä až na úroveò äc, která se však
setrvaèností rotoru pøekroèí. Rotor nyní zaèíná být
brzdìn až do bodu d. Získal totiž poèáteèním
Obr. 48 - Zmìna charakteristiky pøenosu po vypnutí
zrychlením kinetickou energii úmìrnou plošce
jednoho z vedení
abc, kterou posléze vrátil do soustavy úmìrnou
plošce cde. Rotor mùže ještì nìkolikrát pøekývnout z ustáleného stavu v bodì c na obì strany, než se
v tomto bodì ustálí.
Poloha bodu d je dána rovností plošek
pøedstavující nahromadìní a odevzdání
energie, tedy abc = cde. Pøi porušení
rovnováhy v soustavì dochází k její
stabilizaci zpravidla až po nìkolika
tlumených kyvech.
V uvedeném pøíkladì byla tedy
dynamická stabilita, tj. schopnost
soustavy, udržet se v synchronismu i pøi
vìtším narušení rovnováhy, zachována.
Pokud však neplatí rovnost mezi
ploškami pøedstavující nahromadìní
(abc) a odevzdání kinetické energie
(cde) rotoru viz Obr. 49, generátor se
neudrží v synchronním chodu a pøejde
na klesající èást charakteristiky
Obr. 49 - Porušení dynamické stability
66
(ä>90E), èímž vypadne ze synchronismu. K porušení dynamické rovnováhy tedy dojde když ploška
abc > cde.
2.6.7.3. Zvyšování stability pøenosu
Teoreticky mùže ä dosahovat až 90E, kdy už není synchronizujícího momentu a stroje vypadnou
pøi sebemenším pøírùstku výkonu ze synchronismu. Prakticky, z dùvodu zajištìní stability, musí být ä
menší, a to mezi 50E až 60E pro normální chod (statickou stabilitu) a ještì menší, kolem 30E pro zajištìní
dynamické stability pøi prudkých zmìnách zatížení. Tuto hodnotu mùžeme považovat za mez dynamické
stability soustavy. Èást tohoto úhlu je však ještì absorbována reaktancí transformátorù, takže pro samotné
vedení je tøeba volit úhel menší, cca 20E a pøenášený výkon je pak asi 40% Pmax.
Pro pøenos vìtších výkonù na vìtší vzdálenosti je tøeba zvyšovat napìtí U 1 U 2 a snižovat reaktanci
vedení. Pro zlepšení stability lze použít synchronních kompenzátorù udržujících stabilní napìtí v uzlech
soustavy kam jsou pøipojeny. Jinak je tøeba snižovat podélnou reaktanci vedení, napø. použitím svazkových
vodièù. Krajní možností je zapojení kondenzátorù do série, což se ovšem v praxi nepoužívá.
Obr. 50 - Zapojení sériových kondenzátorù
67