Klasifikace sběrných členů elektrického systému
Definice a klasifikace uzlů v elektrických systémech
V elektrickém systému je uzel definován jako spojovací bod, obvykle reprezentovaný jako svislá čára, kde jsou různé komponenty systému, jako jsou generátory, spotřebiče a vedení, vzájemně propojeny. Každý uzel v elektrickém systému je charakterizován čtyřmi klíčovými elektrickými veličinami: velikost napětí, fázový úhel napětí, aktivní výkon (také známý jako skutečný výkon) a reaktivní výkon. Tyto veličiny hrají klíčovou roli při analýze a pochopení chování a výkonnosti elektrického systému.
Během studií proudových toků, které mají za cíl analyzovat stacionární pracovní podmínky elektrického systému, z čtyř veličin spojených s každým uzlem jsou dvě známé a zbývající dvě je třeba určit. Na základě toho, které z těchto veličin jsou specifikovány, lze uzly rozdělit do tří odlišných kategorií: generátorské uzly, spotřební uzly a volný uzel. Toto rozdělení pomáhá při formulování a řešení rovnic proudových toků, umožňuje inženýrům efektivně analyzovat provoz elektrického systému, plánovat výrobu a distribuci energie a zajistit celkovou stabilitu a spolehlivost elektrické sítě.
Níže uvedená tabulka ukazuje typy uzlů a přidružené známé a neznámé hodnoty.
Generátorský uzel (Uzel kontroly napětí nebo P-V uzel)
Generátorský uzel, často označovaný jako P-V uzel, je klíčovým prvkem v analýze elektrických systémů. V tomto typu uzlu jsou dva parametry předem specifikovány: velikost napětí, která odpovídá vygenerovanému napětí, a aktivní výkon (skutečný výkon) P, odpovídající nominální hodnotě generátoru. Pro udržení velikosti napětí na konstantní, specifikovanou hodnotu se do systému přidává reaktivní výkon, jak je potřeba. Reaktivní výkon Q a fázový úhel δ napětí na P-V uzlu jsou neznámé, které musí být vypočteny pomocí algoritmů pro analýzu elektrických systémů. Tento proces je klíčový pro zajištění stability a správného fungování elektrické sítě, protože udržení konstantní úrovně napětí je nezbytné pro spolehlivé dodávání energie.
Spotřební uzel (P-Q uzel)
Spotřební uzel, také známý jako P-Q uzel, slouží jako spojovací bod, kde jsou aktivní i reaktivní výkon čerpány nebo vstřikovány do elektrické sítě. V kontextu studií proudových toků jsou na tomto uzlu specifikovány hodnoty aktivního výkonu P a reaktivního výkonu Q na základě charakteristik připojených spotřebičů. Hlavní neznámé zde jsou velikost a fázový úhel napětí. I když je napětí na spotřebním uzlu dovoleno měnit se v tolerovatelném rozsahu, obvykle okolo 5%, je důležité ho udržet v těchto mezích pro správné fungování připojených elektrických zařízení. Pro spotřebiče je fázový úhel δ napětí relativně méně kritický než velikost napětí, jelikož většina elektrických přístrojů je navržena tak, aby efektivně fungovala v určitém rozsahu velikostí napětí.
Volný, kyvadlový nebo referenční uzel
Volný uzel má jedinečnou a nezbytnou roli v elektrických systémech. Na rozdíl od ostatních uzlů neposkytuje přímo energii žádnému fyzickému spotřebiči. Místo toho působí jako rezervoár energie, schopný absorbovat nebo vstřikovat jak aktivní, tak reaktivní výkon do elektrického systému, jak je potřeba. V analýze proudových toků jsou velikost a fázový úhel napětí na volném uzlu předdefinovány. Zvyklostí je, že fázový úhel napětí na tomto uzlu je nastaven na nulu, což z něj dělá referenční bod pro celý elektrický systém. Hodnoty aktivního a reaktivního výkonu pro volný uzel jsou určeny během řešení rovnic proudových toků.
Koncept volného uzlu vznikl z praktických výzev při výpočtech proudových toků. Protože I2R ztráty v elektrickém systému nelze přesně předpovědět, není možné přesně specifikovat celkový vstřikovaný výkon na každém individuálním uzlu. Stanovením volného uzlu mohou inženýři vyrovnat rovnice proudových toků v systému, což zajišťuje, že celkové výpočty proudových toků jsou konzistentní a přesné. Konvence nulového fázového úhlu na volném uzlu zjednodušuje matematické modelování a analýzu elektrického systému, což usnadňuje lepší porozumění elektrickým vztahům a výměnám energie v síti.
