Юсибов М.И.
ВИДЫ УСТОЙЧИВОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ И МЕТОДЫ ИХ ПОВЫШЕНИЯ *
Аннотация:
устойчивость является одним из ключевых аспектов надежной работы энергосистемы и определяет её способность сохранять допустимые параметры напряжения, тока и частоты под воздействием различных внешних и внутренних факторов. В данной статье рассматривается устойчивость энергосистемы, её виды и методы повышении.
Ключевые слова:
электрическая устойчивость, линии электропередачи, статическая устойчивость, динамическая устойчивость, переходные процессы, анализ
DOI 10.24412/2712-8849-2025-586-2163-2168
Введение. Устойчивость – это способность энергосистемы противостоять различным возмущениям (например, отключение линий большой мощности, короткие замыкания и т. д.) без нарушения синхронной работы системы и превышения допустимых значений напряжения, тока и частоты. Потеря устойчивости ЛЭП может приводить к тяжелым последствиям в виде каскадных аварий или даже блэкаутов.Виды электрической устойчивости. Понятие электрической устойчивости в энергетике охватывает несколько уровней поведения энергосистемы в ответ на внешние или внутренние возмущения. Каждый из этих уровней отражает определённый временной масштаб и глубину нарушения нормального режима работы. Выделяются два основных типа устойчивости энергосистемы: статическая и динамическая. Оба типа важны при проектировании, эксплуатации и анализе отказоустойчивости сложных электроэнергетических комплексов.Статическая устойчивость. Статическая устойчивость энергосистемы характеризует её способность поддерживать равновесное состояние при медленных или квазистатических изменениях внешних воздействий, таких как постепенные изменения нагрузки, ввод или отключение генераторов и изменение конфигурации сети. В отличие от динамической устойчивости, статическая устойчивость оценивает устойчивость системы в условиях установившихся режимов работы без учёта быстрых переходных процессов.Основным критерием статической устойчивости является способность энергосистемы сохранять устойчивое равновесие между генерацией и потреблением электроэнергии, а также поддерживать допустимые уровни напряжений и потоков мощности в сетевых элементах. Нарушение этого равновесия может привести к развитию устойчивых отклонений, таких как снижение напряжения, перегрузка линий или генераторов, и в конечном итоге — к выводу оборудования из эксплуатации или к отключению потребителей.Анализ статической устойчивости проводится на основе решения нелинейных уравнений баланса мощности, учитывая физические и технические ограничения элементов энергосистемы. В процессе исследования оценивается максимально возможное увеличение нагрузки или изменение конфигурации сети, при котором система сохраняет устойчивость.Обеспечение статической устойчивости является одним из фундаментальных аспектов планирования и эксплуатации электроэнергетических систем, так как позволяет предотвратить развитие аварийных ситуаций, связанных с нарушением равновесных режимов, и обеспечивает надёжное и эффективное функционирование энергосистемы в длительном временном интервале.Динамическая устойчивость. Динамическая устойчивость энергосистемы представляет собой способность электроэнергетической системы сохранять или восстанавливать синхронное состояние функционирования после воздействия внешних возмущений, таких как короткие замыкания, отключения элементов сети или резкие изменения нагрузки. Данный параметр является ключевым показателем надежности и устойчивости работы энергосистемы в условиях возникновения аварийных ситуаций.В основе динамической устойчивости лежит поддержание согласованного вращения роторов синхронных генераторов, что обеспечивает стабильность частоты и фазы электрической энергии в системе. При возникновении возмущений в энергосистеме наблюдается изменение режимов работы генераторов и потоков мощности, вызывающее динамические колебания, которые при отсутствии адекватного контроля могут привести к расстройству синхронизации и последующим аварийным отключениям.Анализ динамической устойчивости осуществляется на временных интервалах, охватывающих первые секунды и десятки секунд после возникновения возмущения, что обусловлено быстротой развивающихся процессов. В рамках такого анализа учитываются динамические характеристики роторов генераторов, а также работа систем возбуждения и систем автоматического регулирования, направленных на стабилизацию режима работы энергосистемы.Обеспечение динамической устойчивости является фундаментальной задачей при проектировании и эксплуатации энергосистем, поскольку от её уровня зависит способность системы противостоять возмущениям и минимизировать риск распространения аварийных ситуаций, что в конечном итоге влияет на качество и надежность электроснабжения потребителей.Методы повышения статической устойчивости. Повышение статической устойчивости предполагает улучшение способности системы сохранять равновесие при квазистатических изменениях режимов. К основным методам относятся:• Оптимизация режимов работы энергосистемы — рациональное распределение активной и реактивной мощности, поддержание напряжений в допустимых пределах, снижение потерь мощности.• Установка устройств компенсации реактивной мощности (например, статических компенсаторов реактивной мощности — СКРМ) — позволяет регулировать уровень напряжения и уменьшать нагрузки на линии электропередачи.• Укрепление сетевой структуры — строительство новых линий электропередачи, организация кольцевых и дублирующих связей повышает устойчивость при изменении конфигурации сети.• Оптимизация размещения генераторов и нагрузок — снижение передаваемых мощностей на дальние расстояния позволяет уменьшить потери устойчивости.Методы повышения динамической устойчивости. Повышение динамической устойчивости направлено на обеспечение синхронной работы генераторов в переходных режимах. Основные меры включают:• Применение систем автоматического регулирования возбуждения генераторов (АРВ) — они обеспечивают быструю реакцию на изменение напряжения и стабилизируют процесс синхронизации.• Использование систем демпфирования колебаний — например, системы стабилизации возбуждения (PSS, Power System Stabilizer), которые увеличивают демпфирование электромеханических колебаний генераторов.• Сокращение времени действия релейной защиты и автоматики — быстродействующие устройства ограничивают длительность переходных процессов и способствуют стабилизации режима.• Установка быстродействующих выключателей с возможностью повторного включения — позволяет минимизировать влияние коротких замыканий на устойчивость системы.• Применение FACTS-устройств (Flexible AC Transmission Systems) — например, STATCOM, SVC, TCSC и др., которые позволяют оперативно управлять потоками мощности и напряжением в сети.• Установка синхронных компенсаторов — они поддерживают напряжение и способствуют синхронизации генераторов после возмущений.ЗАКЛЮЧЕНИЕ.Устойчивость энергосистемы — один из краеугольных камней её надёжного функционирования в условиях непрерывно возрастающих нагрузок, интеграции возобновляемых источников энергии и усложнения сетевой инфраструктуры. Как статическая, так и динамическая устойчивость определяют способность системы противостоять внешним и внутренним возмущениям, сохраняя синхронность, равновесие и структурную целостность.Рассмотренные методы повышения устойчивости формируют взаимодополняющую систему защитных и регулирующих механизмов. Их грамотное применение позволяет не только эффективно предотвращать развитие аварийных режимов, но и обеспечивать адаптивность энергосистемы к новым технологическим и эксплуатационным вызовам.Таким образом, устойчивость должна рассматриваться не как статичное свойство, а как результат динамично развивающегося комплекса инженерных, алгоритмических и управленческих решений, направленных на устойчивое, безопасное и экономически целесообразное развитие электроэнергетики.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Юсибов М.И. ВИДЫ УСТОЙЧИВОСТИ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ И МЕТОДЫ ИХ ПОВЫШЕНИЯ // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 2163 - 2168. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23545 (дата обращения: 08.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+