Разработка элементов электронного курса «Методы расчета устойчивости энергосистем»

Глава 1 Теоретическое обоснование принципов создания, структуры 
и функций электронного курса “Методы расчета устойчивости 
энергосистем” 
1.1 
Введение в задачу исследования устойчивости энергосистем 
В соответствии с ГОСТ 21027-75 энергетической системой называется 
“
совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных 
между собой и связанных общностью режимов в непрерывном процессе произ-
водства, преобразования, передачи и распределения электрической и тепловой 
энергии при общем управлении этим режимом” [1]. 
В первую очередь к электрической части электроэнергетической систе-
мы относятся генераторы и двигатели, линии электропередач и трансформато-
ры, распределительные устройства и конечные потребители, а также различные 
устройства и системы автоматического регулирования (регуляторы скорости 
турбин, уровней реактивной и активной мощности, частоты, возбуждения син-
хронных машин) [2]. 
Большую часть времени энергосистема находится в состоянии устано-
вившегося режима. Установившийся режим энергосистемы характеризуется как 
режим, в течение которого все параметры режима остаются неизменными. В 
действующей энергосистеме непрерывно присутствуют малые возмущения. 
Существование их связанно с перманентным изменением параметров нагрузки, 
изменением активных сопротивлений различных элементов энергосистемы, 
связанными с изменениями температуры, а также работой устройств регулиро-
вания и другими причинами. Кратковременный режим, при котором энергоси-
стема переходит от одного установившегося режима к другому, характеризую-
щемуся значительным изменением параметров, называется переходным режи-
мом энергосистемы. Также, переходный режим характеризуется тем, что при 
рассмотрении практических задач необходимо учитывать и высокую скорость 
изменения параметров режима работы энергосистемы. Существует также част-

---

16 
ный случай переходного режима – асинхронный режим, который характеризу-
ется несинхронным вращением части генераторов энергосистемы [1]. 
В процессе эксплуатации энергосистемы в ней возможно возникновение 
таких состояний, при которых изменение ее режимных параметров становится 
неконтролируемым диспетчерским персоналом, что может привести как к вы-
ходу параметров за допустимые пределы, так и к появлению асинхронных ре-
жимов. События с появлением таких состояний называются нарушениями 
устойчивости. Причинами нарушения устойчивости в общем случае является 
несоответствие режима и области устойчивости, либо несоответствие возник-
шего и расчетного возмущений [3]
.
Известно, что аварии, связанные с нарушением устойчивости работы 
энергосистем имеют тяжелейшие народнохозяйственные последствия, так как 
может привести к нарушению параллельной работы электростанций и частей 
энергосистем, отключению потребителей, выходу из строя электротехническо-
го оборудования и еще к целому ряду аварийных ситуаций, которые приводят к 
прекращению электроснабжения потребителей, массовому недоотпуску про-
дукции, опасности для жизни и здоровья людей. 
В связи с этим одним из важнейших направлений исследований в обла-
сти электроэнергетики является задача расчета устойчивости энергосистем. 
Типичная энергосистема представляет из себя широко разветвленную 
сеть устройств (турбогенераторов, трансформаторов, линий электропередач, 
батарей конденсаторов и т.п.), которые в расчетах замещаются как линейными 
и нелинейными элементами. При этом при этом поведение электрических ма-
шин описывается множеством нелинейных уравнений, что приводит к значи-
тельному усложнению создаваемых моделей энергосистем [4].
Эта сложность описания энергосистем приводит к необходимости ис-
пользования мощных инструментальных средств оценки устойчивости работы 
энергосистем, включающих в себя как аналитические методы оценки устойчи-
вости, которые требуют сложные вычисления, так и численные методы реше-

---

17 
ния дифференциальных уравнений, которые, применительно к энергосистемам, 
требуют, в свою очередь, мощные вычислительные машины.
Существует два вида устойчивости электроэнергетической системы – 
статическая и динамическая устойчивость.
Статическая устойчивость рассматривается как способность энергоси-
стемы возвращаться исходному режиму при малых изменениях параметров ре-
жима работы системы, а также способность противостоять этим изменениям 
параметров (колебаниям) до определённого предела (предельного режима рабо-
ты энергосистемы). 
Для анализа статической устойчивости необходимо рассмотреть про-
стейшую одномашинную модель энергосистемы, представленную на рисунке 
1.1 а. В этой простейшей модели электростанция, представляемая как эквива-
лентный генератор, работает параллельно с системой, представляемой как ши-
ны бесконечной мощности (ШБМ). Их объединяют линия электропередачи Л и 
два трансформатора Т
1
и Т
2 
[25]. 
На рисунке 1.1б изображена схема замещения, представленная источ-
никами ЭДС (генераторами и системой) сопротивлениями элементов (транс-
форматоров, линий и генераторов), при допущении, что r = 0; g = 0; b= 0. 
Рисунок 1.1 – Одномашинная модель энергосистемы 

---

18 
Связь между активной мощностью Р, модулями напряжений E
q
, U
, а 
также угла между ними δ определяется с помощью векторной диаграммы (ри-
сунок 1.2): 
Рисунок 1.2 – Векторная диаграмма токов и напряжений рассматривае-
мой энергосистемы 
Из рисунка очевидно, что модуль поперечной составляющей I jx опреде-
ляется как: 
sin