Name: power-system stability in multi-machine networks
Uploaded: 2024-11-21T14:54:38.000Z
Duration: 1 min 25 s
Channel: JoVE

في نظام طاقة N-bus مع الآلات المتزامنة M ، يتم نمذجة الأحمال على أنها دخولات ثابتة ، ويتم صياغة المعادلات العقدية للشبكة.
يتم تقسيم مصفوفة القبول لتشمل دخولات الحمل ومقاومة المولد المقلوبة.
مع الفولتية المعروفة للماكينة ، يتم حل معادلة جهد الناقل للعثور على تيارات الماكينة والطاقة الكهربائية.
يتطلب تحليل الاستقرار العابر حل معادلات التأرجح للآلات ومعادلات تدفق الطاقة للشبكة.
أولا ، قم بتشغيل برنامج تدفق الطاقة قبل الخطأ لتحديد جهد الناقل الأولي وتيارات الماكينة والمخرجات الكهربائية.
اضبط مخرجات الطاقة الميكانيكية التي تساوي المخرجات الكهربائية وتهيئة التردد على التردد الزاوي المتزامن.
بعد ذلك ، احسب قبولات الحمل ، والفولتية الداخلية للماكينة ، ومصفوفة قبول ناقل تدفق الطاقة.
اضبط مصفوفة القبول لأحداث مثل عمليات التبديل أو تغييرات التحميل أو الأخطاء.
في كل مرة ، قم بحساب الطاقة الكهربائية للآلة وزوايا الطاقة والسرعات.
كرر هذه العملية حتى يتم الوصول إلى الأفق الزمني المطلوب ، مما يضمن أن حجم الخطوة يوازن بين دقة الحل ووقت الحساب.

الاستقرار المؤقت وضوابط النظام

<div style="direction:rtl">
يعد تحليل استقرار الآلات المتعددة أمرًا بالغ الأهمية لفهم ديناميكيات واستقرار أنظمة الطاقة ذات الآلات المتزامنة المتعددة، والهدف هو حل معادلات التأرجح لشبكة من الآلات M المتصلة بنظام طاقة N-bus.

عند تحليل النظام، تمثل المعادلات العقدية العلاقة بين جهد الناقل وجهد الآلة وتيارات الآلة، وتُعطى المعادلة العقدية بواسطة:

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16170/16170_PT_Equation_1.svg" style="height: 44px;">

V هو المتجه N لجهد الناقل، وE هو المتجه M لجهد الماكينة، وI هو المتجه M لتيارات الماكينة. بينما Y_11, Y_12, Y_21, and Y_22هي مصفوفات قبول N×N وN×M وM×N وM×M على التوالي. يمكن فصل المعادلات على النحو التالي:

<img alt="Equation2" src="/files/ftp_upload/16170/16170_PT_Equation_2.svg" style="height: 28px;">

بافتراض أن E معروفة، يمكن حل المعادلة الأولى تكراريًا لـ V باستخدام طرق مثل استبعاد Gauss أو Gauss-Seidel. بمجرد حساب V، يمكن الحصول على I من المعادلة الثانية.

إن القدرة الكهربائية الحقيقية الناتجة عن الآلة n هي:

<img alt="Equation3" src="/files/ftp_upload/16170/16170_PT_Equation_3.svg" style="height: 16px;">

تتضمن عملية حساب الاستقرار العابر حل معادلات التأرجح ومعادلات تدفق الطاقة بشكل متكرر:

<ul style="padding-right: 35px; list-style-type: disc;">
	<li style="text-align: right;">تحديد جهد الحافلة الأولي V_k، وتيارات الماكينة I_n، ومخرجات الطاقة p_an.</li>
	<li style="text-align: right;">حساب E_n.</li>
	<li style="text-align: right;">عدّل Y_11، واحسب Y_22 وY_12.</li>
	<li style="text-align: right;">تحديد Y_11 ، وحساب Y_22 و Y_12</li>
	<li style="text-align: right;">تحديد t=0.</li>
	<li style="text-align: right;">تحديد ما إذا كان هناك أي عمليات تحويل أو تغييرات في الحمل.</li>
	<li style="text-align: right;">احسب القدرة الكهربائية للآلة في الوقت t.</li>
	<li style="text-align: right;">استخدم التقديرات الأولية لحساب زوايا القدرة δ وسرعات الماكينة ω في الوقت t+Δ_t.</li>
	<li style="text-align: right;">تحسين تقديرات القدرة الكهربائية في الزمن t+Δ_t.</li>
	<li style="text-align: right;">أوجد زوايا القدرة δ وسرعات الماكينة ω في الزمن t+Δ_t.</li>
	<li style="text-align: right;">قم بزيادة الوقت وكرر الخطوات حتى نهاية المحاكاة.</li>
	<li style="text-align: right;">يعد اختيار خطوة الوقت الدقيقة أمرًا ضروريًا لتجنب عدم الاستقرار في التكامل العددي.</li>
</ul>

من خلال اتباع هذه الخطوات واستخدام المعادلات المقدمة، يمكن للمهندسين تحليل الاستقرار المؤقت لأنظمة الطاقة متعددة الآلات وضمان التشغيل الموثوق به في ظل ظروف مختلفة.
</div>

في نظام طاقة N-bus مع الآلات المتزامنة M ، يتم نمذجة الأحمال على أنها دخولات ثابتة ، ويتم صياغة المعادلات العقدية للشبكة.
ال...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

الهندسة الكهربائية

Unit 1

الوحدة الأولى

Transient Stability and System Controls

الاستقرار العابر وأنظمة التحكم

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

Multimachine Stability

power-system stability in multi-machine networks

Power-system stability in multi-machine networks focuses on how several synchronous machines behave as they stay connected to an N-bus power system. The analysis solves the swing equations for the machines and tracks how the network responds when conditions change. It is used to study transient stability, which is the system’s ability to stay in step after a disturbance.

The network is written with nodal equations that link bus voltages, machine voltages, and machine currents. In this model, V is the N-vector of bus voltages, E is the M-vector of machine voltages, and I is the M-vector of machine currents. The admittance matrices Y11, Y12, Y21, and Y22 describe the connections between buses and machines.

These equations can be separated into two parts. If E is known, the first equation can be solved iteratively for V using Gauss elimination or Gauss-Seidel methods. After V is found, I can be calculated from the second equation. The real electrical power output of machine n is then determined from these values.

Transient stability is computed by stepping through time and solving the swing equations together with the power flow equations. The procedure starts with initial bus voltages Vk, machine currents In, and power outputs pan. Next, En is computed, Y11 is modified, and Y22 and Y12 are calculated. Time begins at t = 0, and the model checks for switching operations or load changes.

At each time step, the machine electrical powers are calculated at time t. Initial estimates are then used to find the power angles δ and machine speeds ω at time t + Δt. The electrical powers are refined at t + Δt, and the final values of δ and ω are obtained. The process repeats until the simulation ends.

Choosing a proper time step is important because it helps prevent numerical instability in the integration. With these equations and steps, engineers can analyze transient stability in multimachine power systems and judge how reliably the network will operate under changing conditions.

Power-System Stability in Multi-Machine Networks

power-system-stability-in-multi-machine-networks

the swing equation

Generator Rotor Motion and the Swing Equation

Generator rotor motion is described by the Swing Equation in power system dynamics. It is used to study generating units such as three-phase synchronous generators. The equation comes from Newton’s second law applied to the generator rotor. It links inertia, angular acceleration, and the balance between mechanical and electrical torques. In steady-state operation, the mechanical torque supplied to the generator is equal to the electrical torque produced by the generator. When these torques...

simplified synchronous machine model

Transient Stability in Synchronous Generators

The synchronous machine model helps students analyze transient stability in power systems. It represents a synchronous generator under balanced three-phase positive-sequence conditions. The model assumes constant excitation and ignores losses and saturation. These simplifications make it easier to study how a generator behaves during a disturbance. In this setup, the generator is connected to a network of transmission lines, transformers, loads, and other machines. That larger system is often...

multimachine stability

Power-system stability in multi-machine networks focuses on how several synchronous machines behave as they stay connected to an N-bus power system. The analysis solves the swing equations for the machines and tracks how the network responds when conditions change. It is used to study transient stability, which is the system’s ability to stay in step after a disturbance. The network is written with nodal equations that link bus voltages, machine voltages, and machine currents. In this model, V...

wind turbine machine models

Wind Turbine Types and Generator Control

Wind turbine machine models are used to study how wind turbines behave in transient stability analysis. In this setting, induction machines and synchronous machines are the main model types. Induction machines are common because they are simple and reliable. Induction machines work through the rotating magnetic field made by the stator and rotor. A key term is slip, which is the difference between synchronous speed and rotor speed relative to synchronous speed. Slip is zero at synchronous...

generator voltage control

Voltage Regulation in Generators and Wind Turbines

Generator voltage regulation helps keep synchronous generators and wind turbines working stably. Older systems use a DC generator driven by the rotor to supply DC power to the rotor field winding. That power is passed through slip rings and brushes. Newer systems use static exciters or brushless exciters. A static exciter rectifies AC power from the generator terminals and sends DC power directly to the rotor. A brushless exciter uses an inverted synchronous generator, takes AC power from...

turbine-governor control

How Turbine Governors Stabilize Power Output

Turbine-governor control helps keep generator frequency and rotor speed stable when electrical load changes. It does this by matching turbine mechanical power with the power demand on the system. In a power grid, that balance is important for steady operation. Turbine-generator units also store kinetic energy because their parts are rotating. When load increases, that stored energy is released to help meet the demand. At first, electrical torque rises while mechanical torque stays nearly...

load-frequency control

Load-frequency control in power grids

Load-frequency control keeps a power grid stable when electrical demand changes. It helps keep system frequency and power flow within acceptable limits. Turbine-governor control reduces rotor speed changes after a load shift, but a steady-state frequency error can still remain when the turbine-governor reference setting does not change. In an interconnected power system, each area agrees to export or import a scheduled amount of power through tie-lines, which are the transmission lines that...

key terms and concepts

Learn how multi-machine power systems use nodal equations, swing equations, and time-step simulation to test transient stability after switching or load changes.

Power-System Stability in Multi-Machine Networks | JoVE K12

JoVE Core Electrical Engineering offers easy-to-understand animated videos that cover fundamental concepts of electric circuits along with circuit analysis techniques. It incorporates first-order and second-order circuits using operational amplifiers and circuit transformation concepts. The inclusion of practical design examples and real-world applications through scientist-in-action videos adds significant educational value, making complex concepts accessible.

electrical engineering

Power-System Stability in Multi-Machine Networks

Description

Transcript