Η αστάθεια τάσης αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σύστημα εισέρχεται σε κατάσταση αστάθειας τάσης λόγω αύξησης της ζήτησης, μιας ξαφνικής, ευρείας κλίμακας διαταραχής ή αλλαγής στην κατάσταση του, που μπορεί να προκαλέσει μια σταδιακή και ανεξέλεγκτη πτώση τάσης. Παρουσιάζει, λοιπόν, ιδιαίτερο ενδιαφέρον η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος σε σχέση με την ευστάθεια της τάσης. Επίσης, κατά τη λειτουργία ενός Σ.Η.Ε., είναι σημαντικό για το χειριστή να γνωρίζει το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο του συστήματος χωρίς να κινδυνεύει από αστάθεια τάσης. Η δυναμική ευστάθεια τάσης μπορεί να διαιρεθεί σε βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα δώσουμε έμφαση στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης. Για το σκοπό αυτό, αναπτύσσονται δυναμικά μοντέλα που περιγράφουν τη λειτουργία απλών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας στο περιβάλλον του MATLAB/SIMULINK. Διερευνάται η επίδραση του φορτίου επαγωγικού κινητήρα ενός απλού Σ.Η.Ε., όσον αφορά στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης, χρησιμοποιώντας τις P-V καμπύλες τόσο του κινητήρα όσο και του δικτύου. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν, κατόπιν επαληθεύονται παρατηρώντας τις καταστάσεις του συστήματος στο πεδίο του χρόνου. Με την ανάλυση φαίνεται ότι με την ανάλυση φαίνεται ότι μετά από βραχυκύκλωμα η τάση του συστήματος μειώνεται δραστικά και αυτό μπορεί να προκαλέσει την κατάρρευση του συστήματος όταν αυτό έχει ως φορτίο επαγωγικό κινητήρα. Η κατάρρευση αυτή μπορεί να αποφευχθεί με την όσο το δυνατόν ταχύτερη εκκαθάριση του σφάλματος. Σημαντικός παράγων γι’ αυτό είναι ο καθορισμός του κρίσιμου χρόνου εκκαθάρισης του σφάλματος με σκοπό την αποφυγή της εμφάνισης αστάθειας. Το πρόβλημα αυτό αναλύεται διεξοδικά και ορίζονται με αναλυτικό τρόπο τόσο ο κρίσιμος χρόνος εκκαθάρισης όσο και η κρίσιμη τιμή της ολίσθησης του επαγωγικού κινητήρα. Χρησιμοποιώντας επιπλέον χωρητική αντιστάθμιση αέργου ισχύος αναλύεται ο τρόπος που αυτή βελτιώνει τα περιθώρια ευσταθούς λειτουργίας κατά τη διάρκεια σφαλμάτων. Στη συνέχεια, για τον καθορισμό ενός δείκτη ευστάθειας τάσης σε σχέση με το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο σε ένα δίκτυο, περιγράφεται μία διαδικασία καθορισμού ενός τέτοιου δείκτη, η οποία βασίζεται στη σύνθετη τιμή της τάσης όλων των ζυγών ενός συστήματος. Ο προτεινόμενος δείκτης χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της μέγιστης φόρτισης του συστήματος. Επιπροσθέτως, καθορίζονται τα πιο «αδύναμα» τμήματα του συστήματος (κρίσιμος ζυγός και κρίσιμη γραμμή) για κατάλληλη άεργο αντιστάθμιση προς αποφυγή κατάρρευσης της τάσης. / Voltage instability has been a great concern for quite a long time in electric power industry. A system enters a state of voltage instability due to increase in demand, a sudden large disturbance or a change in system condition that causes a progressive and uncontrollable decline in voltage. It is therefore interesting to study both the dynamic and static aspects of voltage stability. Dynamic voltage stability can be divided into short-term and long-term based on the dynamics of the components that affect the voltage stability. In this project, we will emphasize on short-term stability. In this study, dynamic models of various power system components are successfully developed in MATLAB/SIMULINK platform. The effect of induction motor load on short-term voltage stability of a simple power system is investigated using the network and motor P-V curves and the results are found and then verified by observing the system states in time domain. Once the reason of voltage instability is identified, a remedial action using fixed capacitive reactive support is suggested to prevent the voltage instability. During a fault, the system voltage reduces drastically and that may cause to stall the induction motors. Stalling of induction motor can be prevented by clearing the fault as quickly as possible. A technique of determining the critical fault clearing time to prevent stalling of induction motor is also presented. In power system operation, it is important for the dispatcher to have knowledge on the maximum permissible loading of the system without reaching voltage instability. In this study, a method of determining the voltage stability index of a system based on the complex voltage of all buses in the system is described. The proposed index is then used in estimating the maximum loading of the system and is based on the information of present and past operating points. In addition, the weakest segments (critical bus and critical line) of the system are also identified for appropriate reactive compensations to avoid voltage collapse. The correctness of the identified critical bus and critical line is then verified by placing shunt/series capacitors at various locations and comparing the corresponding critical load multiplier factors

Η αστάθεια τάσης αποτελεί ένα σημαντικό πρόβλημα για τα συστήματα ηλεκτρικής ενέργειας. Ένα σύστημα εισέρχεται σε κατάσταση αστάθειας τάσης λόγω αύξησης της ζήτησης, μιας ξαφνικής, ευρείας κλίμακας διαταραχής ή αλλαγής στην κατάσταση του, που μπορεί να προκαλέσει μια σταδιακή και ανεξέλεγκτη πτώση τάσης. Παρουσιάζει, λοιπόν, ιδιαίτερο ενδιαφέρον η μεταβατική συμπεριφορά του συστήματος σε σχέση με την ευστάθεια της τάσης. Επίσης, κατά τη λειτουργία ενός Σ.Η.Ε., είναι σημαντικό για το χειριστή να γνωρίζει το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο του συστήματος χωρίς να κινδυνεύει από αστάθεια τάσης. Η δυναμική ευστάθεια τάσης μπορεί να διαιρεθεί σε βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη. Στην παρούσα διπλωματική εργασία θα δώσουμε έμφαση στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης. Για το σκοπό αυτό, αναπτύσσονται δυναμικά μοντέλα που περιγράφουν τη λειτουργία απλών συστημάτων ηλεκτρικής ενέργειας στο περιβάλλον του MATLAB/SIMULINK. Διερευνάται η επίδραση του φορτίου επαγωγικού κινητήρα ενός απλού Σ.Η.Ε., όσον αφορά στη βραχυπρόθεσμη ευστάθεια τάσης, χρησιμοποιώντας τις P-V καμπύλες τόσο του κινητήρα όσο και του δικτύου. Τα αποτελέσματα που προκύπτουν, κατόπιν επαληθεύονται παρατηρώντας τις καταστάσεις του συστήματος στο πεδίο του χρόνου. Με την ανάλυση φαίνεται ότι με την ανάλυση φαίνεται ότι μετά από βραχυκύκλωμα η τάση του συστήματος μειώνεται δραστικά και αυτό μπορεί να προκαλέσει την κατάρρευση του συστήματος όταν αυτό έχει ως φορτίο επαγωγικό κινητήρα. Η κατάρρευση αυτή μπορεί να αποφευχθεί με την όσο το δυνατόν ταχύτερη εκκαθάριση του σφάλματος. Σημαντικός παράγων γι’ αυτό είναι ο καθορισμός του κρίσιμου χρόνου εκκαθάρισης του σφάλματος με σκοπό την αποφυγή της εμφάνισης αστάθειας. Το πρόβλημα αυτό αναλύεται διεξοδικά και ορίζονται με αναλυτικό τρόπο τόσο ο κρίσιμος χρόνος εκκαθάρισης όσο και η κρίσιμη τιμή της ολίσθησης του επαγωγικού κινητήρα. Χρησιμοποιώντας επιπλέον χωρητική αντιστάθμιση αέργου ισχύος αναλύεται ο τρόπος που αυτή βελτιώνει τα περιθώρια ευσταθούς λειτουργίας κατά τη διάρκεια σφαλμάτων. Στη συνέχεια, για τον καθορισμό ενός δείκτη ευστάθειας τάσης σε σχέση με το μέγιστο επιτρεπτό φορτίο σε ένα δίκτυο, περιγράφεται μία διαδικασία καθορισμού ενός τέτοιου δείκτη, η οποία βασίζεται στη σύνθετη τιμή της τάσης όλων των ζυγών ενός συστήματος. Ο προτεινόμενος δείκτης χρησιμοποιείται για την εκτίμηση της μέγιστης φόρτισης του συστήματος. Επιπροσθέτως, καθορίζονται τα πιο «αδύναμα» τμήματα του συστήματος (κρίσιμος ζυγός και κρίσιμη γραμμή) για κατάλληλη άεργο αντιστάθμιση προς αποφυγή κατάρρευσης της τάσης. / Voltage instability has been a great concern for quite a long time in electric power industry. A system enters a state of voltage instability due to increase in demand, a sudden large disturbance or a change in system condition that causes a progressive and uncontrollable decline in voltage. It is therefore interesting to study both the dynamic and static aspects of voltage stability. Dynamic voltage stability can be divided into short-term and long-term based on the dynamics of the components that affect the voltage stability. In this project, we will emphasize on short-term stability. In this study, dynamic models of various power system components are successfully developed in MATLAB/SIMULINK platform. The effect of induction motor load on short-term voltage stability of a simple power system is investigated using the network and motor P-V curves and the results are found and then verified by observing the system states in time domain. Once the reason of voltage instability is identified, a remedial action using fixed capacitive reactive support is suggested to prevent the voltage instability. During a fault, the system voltage reduces drastically and that may cause to stall the induction motors. Stalling of induction motor can be prevented by clearing the fault as quickly as possible. A technique of determining the critical fault clearing time to prevent stalling of induction motor is also presented. In power system operation, it is important for the dispatcher to have knowledge on the maximum permissible loading of the system without reaching voltage instability. In this study, a method of determining the voltage stability index of a system based on the complex voltage of all buses in the system is described. The proposed index is then used in estimating the maximum loading of the system and is based on the information of present and past operating points. In addition, the weakest segments (critical bus and critical line) of the system are also identified for appropriate reactive compensations to avoid voltage collapse. The correctness of the identified critical bus and critical line is then verified by placing shunt/series capacitors at various locations and comparing the corresponding critical load multiplier factors