Name: transient stability in synchronous generators
Uploaded: 2024-11-21T14:54:38.000Z
Duration: 1 min 30 s
Channel: JoVE

シンクロナスマシンモデルは、過渡安定性の研究において非常に重要です。
これは、バランスの取れた三相正のシーケンス条件下で、直軸過渡リアクタンスの背後に一定の内部電圧を持つ同期マシンを表し、一定の励起、損失や飽和はありません。
ここでは、各発電機は、送電線、変圧器、負荷、およびシステムリアクタンスの背後にある無限バスで表されるその他の機械で構成されるシステムに接続します。
グリッドまたは無限母線に接続された同期発電機が、電圧の大きさ、位相、周波数が一定であるとします。そのパワーは、マシンパワーアングルの正弦波関数です。
過渡現象の間、内部電圧とバス電圧は電力計算で一定と見なされます。
等積基準は、機械動力にステップ変化が発生した場合に使用されます。ローターは慣性によって加速し、機械的および電気的損失による減衰により安定する前に、最終的な定常状態のポイントをオーバーシュートします。
正積基準は、無限バスに接続された 1 台のマシン、または相互接続された 2 台のマシンに適用されます。
マルチマシン システムの場合、各マシンの非線形スイング方程式を数値積分を使用して解き、安定性と最大パワー角度を決定します。

簡略化された同期機モデル

同期機モデルは、電力システムの過渡安定性を解析し、確保するための基本的なツールです。このモデルは、一定の励起を前提とし、損失と飽和を無視して、平衡した 3 相正相条件下での同期機の表現を簡素化します。このモデルは、特に過渡時、電力網に接続された同期発電機の動作を理解するために極めて重要です。

このモデルでは、各発電機は、送電線、変圧器、負荷、およびその他の機械を含むシステムに接続されており、これらはすべて、システムリアクタンスの背後にある無限バスによって表されます。無限バスの概念は、一定の電圧振幅、位相、および周波数を想定しており、システム安定性解析の基準点として機能します。

グリッドに接続された同期発電機を考えると、その出力電力は機械の電力角 (δ) の正弦関数になります。この関係は次のように表されます。

<img alt="Equation1" src="/files/ftp_upload/16169/16169_PT_Equation_001.svg" style="height: 50px;">

ここで、V_bus はバス電圧、E^’ は発電機の内部電圧、X_eq はリアクタンスです。過渡時は、内部電圧Eとバス電圧Vは一定であると想定され、電力計算が簡素化されます。

等面積基準は、機械力の突然の変化後のシステムの安定性を評価するために使用されるグラフィカルな方法です。ステップ変化が発生すると、同期機のローターは慣性により加速し、最終的な定常位置をオーバーシュートしてから、機械的損失と電気的損失の減衰効果によって安定します。この基準では、システムが安定した動作点に戻るためには、加速力 (機械力から電力を引いたもの) を表す面積が減速力を表す面積と等しくなければならないと規定されています。

等面積基準は、無限母線に接続された単一の機械や相互接続された 2 つの機械を解析する場合に特に便利です。より複雑な複数機械システムの場合、過渡安定性解析では、数値積分技術を使用して各機械の非線形スイング方程式を解く必要があります。このアプローチでは、複数の発電機間の相互作用を考慮し、システム全体の安定性と各発電機が維持できる最大電力角度を決定します。

要約すると、等面積基準と数値積分法によって補完された同期機モデルは、電力システムの過渡安定性を分析し、確保するための堅牢なフレームワークを提供します。これらの概念を理解することは、特に外乱や動作条件の変化に直面した場合に、グリッドの安定性を維持するために不可欠です。

シンクロナスマシンモデルは、過渡安定性の研究において非常に重要です。
これは、その背後に一定の内部電圧を持つ同期マシンを表しています...

Education

JoVE Core

Electrical Engineering

電気工学

Unit 1

ユニット1

Transient Stability and System Controls

過渡安定度とシステム制御

KEY TERMS AND CONCEPTS

主要用語と概念

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 represented by an infinite bus behind a system reactance. An infinite bus has constant voltage magnitude, phase, and frequency, so it serves as a stable reference for analysis.

For a synchronous generator connected to the grid, output power changes with the machine power angle, δ. The power follows a sinusoidal relationship with the bus voltage, the internal generator voltage E', and the equivalent reactance Xeq. During transient events, the internal voltage E and the bus voltage V are treated as constant, which simplifies the power calculation.

The Equal-Area Criterion is a graphical way to test stability after a sudden change in mechanical power. When a step change occurs, the rotor accelerates because of its inertia. It may overshoot its final steady-state position before damping from mechanical and electrical losses brings it back.

The criterion says the accelerating area, which is the difference between mechanical power and electrical power, must equal the decelerating area for the system to return to a stable operating point. This method is especially useful for a single machine connected to an infinite bus or for two interconnected machines. For more complex multi-machine systems, engineers solve each generator's nonlinear swing equation with numerical integration methods.

These calculations account for how multiple generators interact and help determine overall system stability. They also show the maximum power angle each generator can sustain. Together, the synchronous machine model, the Equal-Area Criterion, and numerical integration provide a practical framework for studying transient stability in power grids.

Transient Stability in Synchronous Generators

transient-stability-in-synchronous-generators

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

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

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

Explore how the synchronous machine model, infinite bus, and Equal-Area Criterion are used to study transient stability in power systems and grid behavior.

Transient Stability in Synchronous Generators | JoVE K12

JoVE Core 電気工学 は、電気回路の基本概念と回路解析テクニックを網羅したアニメーションビデオシリーズです。オペアンプと回路変換および 1 次・ 2 次回路の概念を網羅しています。実験を撮影した実写動画では、設計例や現代社会での応用が含まれており、複雑な概念も分かりやすく学習いただけます。

electrical engineering

Transient Stability in Synchronous Generators

Description

Transcript

Tags