Classificació dels barrats del sistema elèctric

Definició i classificació dels barrats en els sistemes elèctrics

En un sistema elèctric, un barra es defineix com un punt de connexió, típicament representat com una línia vertical, on es connecten diversos components del sistema com generadors, càrregues i alimentacions. Cada barra en un sistema elèctric es caracteritza per quatre magnituds elèctriques clau: la magnitud de la tensió, l'angle de fase de la tensió, la potència activa (també coneguda com a potència real) i la potència reactiva. Aquestes magnituds juguen un paper crucial en l'anàlisi i la comprensió del comportament i el rendiment del sistema elèctric.

Durant els estudis de flux de càrrega, que tenen com a objectiu analitzar les condicions d'operació en estat estacionari d'un sistema elèctric, de les quatre magnituds associades a cada barra, se'n coneixen dues, mentre que les altres dues cal determinar-les. Basant-se en quines d'aquestes magnituds s'especificaven, les barras es poden classificar en tres categories distintes: barras de generació, barras de càrrega i barras slack. Aquesta classificació ajuda a formular i resoldre les equacions de flux de càrrega, permetent als enginyers analitzar eficientment l'operació del sistema elèctric, planificar la generació i distribució d'energia, i assegurar la stabilitat i fiabilitat global de la xarxa elèctrica.

La taula mostrada a continuació mostra els tipus de barras i els valors coneguts i desconeguts associats.

Barra de Generació (Barra de Control de Tensió o Barra P-V)

La barra de generació, sovint anomenada barra P-V, és un element clau en l'anàlisi dels sistemes elèctrics. En aquest tipus de barra, dos paràmetres són preespecificats: la magnitud de la tensió, que s'alinea amb la tensió generada, i la potència activa (potència real) P, corresponent a la capacitat del generador. Per mantenir la magnitud de la tensió a un valor constant i especificat, es injecta potència reactiva al sistema segons sigui necessari. Com a resultat, la generació de potència reactiva Q i l'angle de fase δ de la tensió a la barra P-V són les incògnites que cal calcular mitjançant algoritmes d'anàlisi del sistema elèctric. Aquest procés és crucial per assegurar la estabilitat i el funcionament adequat de la xarxa elèctrica, ja que mantenir un nivell consistent de tensió és essencial per a la distribució fiable d'energia.

Barra de Càrrega (Barra P-Q)

La barra de càrrega, també coneguda com a barra P-Q, serveix com a punt de connexió on es treu o s'injecta tant potència activa com reactiva a la xarxa elèctrica. En el context dels estudis de flux de càrrega, en aquesta barra, els valors de potència activa P i potència reactiva Q s'especifiquen basant-se en les característiques de les càrregues connectades. Les principals incògnites aquí són la magnitud i l'angle de fase de la tensió. Si bé la tensió de la barra de càrrega es permet variar dins d'un rang tolerable, normalment al voltant del 5%, mantenir-la dins d'aquests límits és vital per al funcionament adequat dels dispositius elèctrics connectats. Per a les càrregues, l'angle de fase δ de la tensió és relativament menys crític en comparació amb la magnitud de la tensió, ja que la majoria dels aparells elèctrics estan dissenyats per funcionar eficaçment dins d'un cert rang de magnituds de tensió.

Barra Slack, Swing o de Referència

La barra slack desempenya un paper únic i essencial en els sistemes elèctrics. A diferència d'altres barras, no subministra directament energia a cap càrrega física. En canvi, actua com a reservori d'energia, capaç d'absorbir o injectar tant potència activa com reactiva al sistema elèctric segons sigui necessari. En l'anàlisi del flux de càrrega, la magnitud i l'angle de fase de la tensió a la barra slack són predefinits. Conventionalment, l'angle de fase de la tensió a aquesta barra s'estableix a zero, fent-ne un punt de referència per a tot el sistema elèctric. Els valors de potència activa i reactiva per a la barra slack es determinen durant la solució de les equacions de flux de càrrega.

El concepte de la barra slack surt dels reptes pràctics dels càlculs de flux de càrrega. Com que les pèrdues I²R dins del sistema elèctric no es poden preveure amb precisió amb antelació, resulta impossible especificar amb precisió la potència total injectada a cada barra individual. Designant una barra slack, els enginyers poden equilibrar les equacions de potència a través del sistema, assegurant que els càlculs globals de flux de potència siguin consistents i precisos. La convenció de l'angle de fase zero a la barra slack simplifica la modelització matemàtica i l'anàlisi del sistema elèctric, facilitant una comprensió més directa de les relacions elèctriques i els intercanvis de potència dins de la xarxa.