Коэффициент короткого замыкания (электрическая сеть)

Чтобы узнать о других значениях, см. Коэффициент короткого замыкания (значения) .

В электрической сети коэффициент короткого замыкания (или SCR ) — это коэффициент полной мощности короткого замыкания (SCMVA) в случае замыкания линия-линия-линия-земля (3LG) в том месте сети, где находится какой-либо генератор. связана с номинальной мощностью самого генератора (GMW). Поскольку мощность, которая может быть передана по сети, различается в зависимости от местоположения, часто указывается местоположение, например, в точке присоединения (POI):

$SCR_{POI}={\frac {SCMVA_{POI}}{GMW}}$

SCR используется для количественной оценки мощности системы сети (ее способности справляться с изменениями в подаче и потреблении активной и реактивной мощности). На упрощенном уровне высокий SCR указывает на то, что конкретный генератор представляет собой небольшую часть мощности, доступной в точке его подключения к сети, и поэтому проблемы генератора не могут существенно повлиять на сеть. SCMVA определяется как произведение напряжения до неисправности 3LG и тока, который будет течь после неисправности (эта комбинация наихудшего случая на практике не произойдет, но дает полезную оценку емкости цепи). SCMVA также называют уровнем короткого замыкания ( SCL ), хотя иногда термин SCL используется для обозначения только тока короткого замыкания.

Сила сетки

Термин «прочность сети» (также «прочность системы ») используется для описания устойчивости сети к небольшим изменениям вблизи ее местоположения (« жесткость сети »). Со стороны электрического генератора мощность системы связана с изменениями напряжения, с которыми генератор сталкивается на своих клеммах при изменении подаваемого тока генератора. Следовательно, количественную оценку прочности системы можно выполнить путем нахождения эквивалентного ( Тевенена ) электрического импеданса системы, наблюдаемого с этих клемм (сила обратно пропорциональна сопротивлению). ). SCR и его вариации обеспечивают удобный способ расчета этого сопротивления в нормальных или аварийных условиях (эти оценки не предназначены для фактического состояния короткого замыкания).

Мощные сети обеспечивают надежную основу для синхронизации источников энергии. В очень жесткой системе напряжение не меняется при изменении мощности, подаваемой конкретным генератором, что упрощает управление ею. В традиционной сети, в которой преобладают синхронные генераторы , мощная сеть с SCR больше 3,0 будет иметь желаемую стабильность напряжения и запасы активной мощности. ( Слабая сетка со значениями SCR от 2,0 до 3,0). ) может проявлять нестабильность напряжения и проблемы с управлением. Сеть с SCR ниже 2,0 очень слаба .

Важность сверхтока

Прочность сети также важна из-за ее способности перегружать по току , которая необходима для работы энергосистемы . Отсутствие защиты от перегрузки по току (низкий уровень SCR) в слабой сети создает множество проблем, в том числе:

• переходные процессы во время больших изменений нагрузки вызовут большие изменения напряжения в сети, вызывая проблемы с нагрузками (например, некоторые двигатели могут не запуститься в условиях пониженного напряжения );
• Устройства защиты сети рассчитаны на срабатывание при достаточном уровне сверхтока. В слабой системе ток короткого замыкания может быть трудно отличить от обычного переходного сверхтока, возникающего во время изменения нагрузки;
• во время операции запуска из нулевого состояния после отключения электроэнергии большой пусковой ток может потребоваться для подачи питания на компоненты системы. Например, если некоторые нагрузки в слабой системе остаются подключенными, инверторный ресурс может не запуститься.

Наличие инверторных ресурсов

Большое проникновение ресурсов на базе инверторов (ИБР) снизило уровень короткого замыкания: типичный синхронный генератор может выдавать значительную перегрузку по току , 2-5 В. pu в течение относительно длительного времени (минут), в то время как ограничения компонентов IBR приводят к пределам перегрузки по току менее 2 о.е. (обычно 1,1-1,2 о.е.).

Исходное определение SCR, приведенное выше, предназначалось для системы с преимущественно синхронной генерацией. поэтому несколькими для сетей с ​ ​ ​ ​соседние IBR, чтобы избежать переоценки мощности сети (IBR полагается на мощность сети для синхронизации своей работы и не имеет большой перегрузки по току ).

Хендерсон и др. утверждают, что в случае IBR тиристор и мощность системы фактически не связаны, и предлагают новый показатель - импеданс мощности сети .

Интеграция возобновляемых источников энергии часто вызывает обеспокоенность по поводу прочности системы. Способность различных компонентов энергосистемы работать эффективно зависит от мощности системы, которая измеряет чувствительность системных переменных к возмущениям. Коэффициент короткого замыкания (SCR) является показателем мощности сетевой шины относительно номинальной мощности устройства и часто используется как мера прочности системы. Более высокое значение SCR указывает на более сильную систему, а это означает, что влияние помех на напряжение и другие переменные будет сведено к минимуму. Сильная система определяется как имеющая SCR выше трех, а SCR слабых и очень слабых систем находится в диапазоне от трех до двух и ниже двух соответственно.

Приложения силовой электроники часто сталкиваются с проблемами, связанными с SCR, особенно в системах возобновляемой энергии, которые используют преобразователи мощности для подключения к электросетям. При подключении устройств HVDC/FACTs на основе преобразователей тока к слабым системам переменного тока необходимо использовать особые технологии для преодоления SCR менее трех. Для HVDC преобразователи на основе источника напряжения или преобразователи с конденсаторной коммутацией используются в приложениях с SCR, близким к единице. Отсутствие использования этих технологий потребует специальных исследований для определения воздействия и принятия мер по предотвращению или минимизации неблагоприятных последствий, поскольку низкие уровни SCR могут вызвать такие проблемы, как высокие перенапряжения, низкочастотные резонансы и нестабильность в системах управления .

Ветровые электростанции обычно подключаются к менее надежным участкам сети вдали от основных зон энергопотребления. Проблемы со стабильностью напряжения , возникающие в результате включения крупномасштабной ветроэнергетики в уязвимые системы, являются важнейшими проблемами, требующими внимания. Некоторые ветряные турбины имеют определенные критерии минимальной прочности системы. GE указывает, что стандартные параметры их модели ветряной турбины подходят для систем с коэффициентом короткого замыкания (SCR) пять или выше. Однако при подключении к более слабым системам необходимо провести дальнейший анализ, чтобы гарантировать адекватную настройку параметров модели. специально разработанные методы управления ветряными турбинами или устройства динамической реактивной компенсации, такие как STATCOM . Для обеспечения оптимальной производительности необходимы

Пример

Опыт ERCOT в начале 21 века представляет собой яркий пример того, как на производительность ветряной турбины влияет слабая прочность системы. Ветроэлектростанция, подключенная к сети ERCOT через две линии электропередачи напряжением 69 кВ, работала эффективно, когда SCR был около 4 во время нормальной работы. Однако, когда одна из линий 69 кВ была отключена, SCR упал до 2 или меньше, что привело к неблагоприятным, плохо затухающим или незатухающим колебаниям напряжения, которые были задокументированы PMU в точке соединения (POI) ветряной электростанции. После тщательного расследования было установлено, что агрессивное управление напряжением, используемое WPP, не подходит для слабой сети и является основной причиной колебательного отклика. Из-за низкого уровня короткого замыкания, обнаруженного контроллером напряжения ветрогенератора, и высокого коэффициента усиления управления напряжением возникли колебания. По сравнению с обычной сетью с высоким SCR, управление напряжением с обратной связью будет иметь более быстрый отклик в условиях слабой сети. Чтобы воспроизвести колебательный ответ, событие было смоделировано с использованием подробной динамической модели, представляющей WPP.

Влияние на сеть

SCR можно рассчитать для каждой точки электрической сети . Точка в сети, имеющая несколько машин с SCR выше числа от 1 до 1,5, менее уязвима к нестабильности напряжения. Следовательно, такая сеть называется сильной сетью или энергосистемой. Энергосистема (сеть), имеющая более низкий SCR, более уязвима к нестабильности напряжения сети. Следовательно, такая сеть или система известна как слабая сеть или слабая энергетическая система.

Надежность сети можно повысить путем установки синхронных конденсаторов .

Источники

• Кундур, П.; Балу, Нью-Джерси; Лауби, М.Г. (1994). Стабильность и контроль энергосистемы . Серия EPRI по проектированию энергетических систем. Макгроу-Хилл Образование. ISBN  978-0-07-035958-1 . Проверено 12 июня 2023 г.
• НКРЭ (февраль 2018 г.). Моделирование короткого замыкания и прочность системы (PDF) . Атланта, Джорджия. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• НКРЭ (декабрь 2017 г.). Интеграция ресурсов на базе инверторов в системы с низкой стойкостью к короткому замыканию (PDF) . Атланта, Джорджия. {{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
• Хендерсон, Каллум; Эгеа-Альварес, Агусти; Кнеуппель, Тайг; Ян, Гуанья; Сюй, Ли (2023). «Показатель импеданса прочности сети: альтернатива SCR для оценки прочности системы в системах с преобладанием преобразователей» (PDF) . Транзакции IEEE при доставке электроэнергии . 39 . Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 386–396. дои : 10.1109/tpwrd.2022.3233455 . ISSN   0885-8977 . S2CID   255660560 .
• Бертон, Т.; Шарп, Д.; Дженкинс, Н.; Боссани, Э. (2001). Справочник по ветроэнергетике . Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-48997-9 . Проверено 30 июня 2023 г.
• Чжан, Ян; Хуанг, Шунь-Сянь Фред; Шмалл, Джон; Конто, Хосе; Билло, Джеффри; Рехман, Эхсан (2014). «Оценка прочности системы для крупномасштабной интеграции ветряных электростанций» . Общее собрание IEEE PES 2014 | Конференция и выставка . IEEE. стр. 1–5. дои : 10.1109/pesgm.2014.6939043 . ISBN  978-1-4799-6415-4 .
• Ли, Хайго; Не, Ченг; Ван, Фред (2022). «IBR для усиления сети: ресурс на основе инвертора, улучшенный совмещенным синхронным конденсатором для обеспечения высокой устойчивости к перегрузке по току» . Открытый журнал IEEE по силовой электронике . 3 . Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE): 535–548. дои : 10.1109/ojpel.2022.3194849 . ISSN   2644-1314 . S2CID   251194445 .
• Рамасубраманиан, Дипак (8 ноября 2019 г.). «Проблемы и возможные решения энергосистемы будущего» (PDF) . cigre-usnc.org . СИГРЭ . Проверено 9 июля 2023 г.