Définition: La stabilité à l’état d’équilibre est définie comme la capacité d’un système d’alimentation électrique à maintenir son état initial après une petite interruption ou à atteindre une condition très proche de la première lorsque la perturbation est toujours présente. La stabilité à l’état d’équilibre est très importante dans la planification et la conception du système d’alimentation, en développant un dispositif de contrôle automatique spécial, en mettant en service de nouveaux éléments du système ou en modifiant sa nouvelle condition de fonctionnement.
L’estimation de la limite à l’état d’équilibre est importante pour l’analyse du système de puissance. L’analyse du système de puissance comprend la vérification d’un système d’énergie électrique dans un état d’équilibre spécifié, la détermination de ses limites de stabilité et l’estimation qualitative du transitoire. Il estime également le choix du type du système d’excitation et ses commandes, les modes de contrôle, le paramètre du système de contrôle d’excitation et d’automatisation.
La sélection de la stabilité est effectuée par les exigences de la limite de stabilité ou de la qualité de l’énergie électrique en état d’équilibre ou pendant le transitoire. La limite à l’état d’équilibre fait référence au flux maximal de puissance à travers un point particulier sans provoquer la perte de stabilité lorsque la puissance augmente très progressivement.
Lorsque toutes les machines d’une partie s’exécutent ensemble, elles sont traitées comme une grande machine connectée à ce moment-là. Même si les machines ne sont pas connectées à la même barre de bus et sont séparées par une grande réactance, elles sont également considérées comme une grande machine. Le grand système d’un système d’alimentation est toujours censé avoir une tension constante et est traité comme un bus infini.
Considérons qu’un système se compose d’un générateur G, d’une ligne de transmission et d’un moteur synchrone M sous la forme d’une charge.
L’expression indiquée ci-dessous donne une puissance développée par un générateur G et un moteur synchrone M.
L’expression ci-dessous donne la puissance maximale générée par le générateur G et le moteur synchrone m M
Où A, B et D sont les constantes généralisées de la machine à deux bornes. L’expression ci-dessus donnera de la puissance dans les watts et par phase en cas de tension et sera considérée comme la tension de phase en volts.
Raison du système instable
Considérez un moteur synchrone connecté à une barre de bus infinie et en cours d’exécution à une vitesse constante. La puissance d’entrée est égale à la puissance de sortie plus les pertes. Si le plus petit incrément de la charge de l’arbre est ajouté au moteur, la puissance du moteur augmente et la puissance d’entrée du moteur reste inchangée. Ainsi, le couple net du moteur tendant à le retarder et sa vitesse tombe temporairement.
Le retard dans le couple réduit la vitesse du moteur, l’angle de phase entre la tension interne du moteur et la tension du système augmente jusqu’à ce que l’entrée de puissance électrique soit égale à la puissance de puissance plus les pertes.
Pendant l’intervalle de puissance transitoire, l’entrée de puissance électrique du moteur étant inférieure à la charge mécanique, l’excès de puissance requis est fourni par l’énergie stockée dans le système rotatif. Le moteur oscille autour de l’équilibre et peut enfin se reposer ou peut perdre un synchronisme. Le système a également perdu sa stabilité, lorsque la grande charge est appliquée ou lorsque la charge est appliquée trop soudainement sur la machine.
L’équation ci-dessous montre la puissance maximale que le moteur peut développer. La valeur de la charge ne peut être obtenue que lorsque l’angle de puissance (δ) = angle de charge (β). Et la charge peut augmenter jusqu’à ce que cette condition soit atteinte. Après cette condition, si la charge augmente, la machine perd son synchronisme et la puissance excessive requise.
L’excès de puissance proviendra de l’énergie stockée du système rotatif et la vitesse baisse. De plus en plus, la puissance devient de plus en plus, l’angle de plus en plus petit se développera jusqu’à ce que le moteur se repost.
La différence entre le moteur et la puissance du générateur développé pour toute valeur de δ est égale aux pertes de ligne. Si la résistance et l’admission de shunt de ligne sont négligeables, nous obtenons l’expression suivante pour la puissance transférée entre l’alternateur et le moteur.
Où, x – réactance de ligne
VG – Tension du générateur
VM – Tension du moteur
δ – Angle de charge
PM – puissance du moteur
PG – puissance du moteur
Pmax – puissance maximale
Méthodes d’amélioration de la limite d’état d’équilibre
La puissance maximale transférée entre un alternateur et un moteur est directement proportionnelle au produit de la FEM interne des machines et inversement proportionnelle à la réactance de la ligne. La limite d’état d’équilibre est augmentée pour les deux raisons;
- En augmentant l’excitation d’un générateur ou d’un moteur ou les deux – L’excitation augmente l’EMF interne et, par conséquent, la puissance maximale transférée entre les deux machines augmente. De plus, avec la valeur accrue des EMF internes, l’angle de charge δ diminue.
- Réduire la réactance de transfert – La réactance est réduite en augmentant la ligne parallèle entre les points de transmission. L’utilisation du conducteur du faisceau est l’autre méthode de réduction de la réactance de la ligne. La réactance peut également être diminuée en utilisant la capacité en série avec la ligne.
Le condensateur de la série n’est utilisé que dans les lignes EHV pour augmenter le transfert de puissance et est une distance plus économique sur 350 km.