طبقهبندی شینهای سیستم برق
تعریف و طبقهبندی بوسها در سیستمهای برق
در یک سیستم برق، بوس به عنوان نقطه اتصال تعریف میشود که معمولاً به صورت خط عمودی نمایش داده میشود و در آن اجزای مختلف سیستم مانند مولدها، بارها و خطوط تغذیه به هم متصل میشوند. هر بوس در یک سیستم برق با چهار کمیت الکتریکی مهم مشخص میشود: اندازه ولتاژ، زاویه فاز ولتاژ، توان فعال (همچنین به عنوان توان واقعی شناخته میشود) و توان راکتیو. این کمیتها نقش مهمی در تحلیل و درک رفتار و عملکرد سیستم برق ایفا میکنند.
در مطالعات جریان بار که هدف آنها تحلیل شرایط عملیاتی حالت پایدار سیستم برق است، از چهار کمیت مرتبط با هر بوس، دو تا شناخته شده هستند و دو تای دیگر باید تعیین شوند. بر اساس اینکه کدام یک از این کمیتها مشخص شدهاند، بوسها میتوانند به سه دسته متمایز تقسیمبندی شوند: بوسهای مولد، بوسهای بار و بوسهای اضافی. این طبقهبندی در فرمولبندی و حل معادلات جریان بار کمک میکند تا مهندسان بتوانند عملکرد سیستم برق را به طور موثر تحلیل کنند، برنامهریزی برای تولید و توزیع برق انجام دهند و پایداری و قابلیت اطمینان کلی شبکه الکتریکی را تضمین کنند.
جدول زیر نوعهای مختلف بوسها و مقادیر شناخته شده و ناشناخته مرتبط با آنها را نشان میدهد.
بوس مولد (بوس کنترل ولتاژ یا بوس P-V)
بوس مولد، که غالباً به عنوان بوس P-V شناخته میشود، عامل کلیدی در تحلیل سیستمهای برق است. در این نوع بوس، دو پارامتر پیشتعریف شدهاند: اندازه ولتاژ که با ولتاژ تولید شده همخوانی دارد و توان فعال (توان واقعی) P، که متناسب با ظرفیت مولد است. برای حفظ اندازه ولتاژ در مقدار ثابت و مشخص، توان راکتیو به سیستم تزریق میشود. بنابراین، تولید توان راکتیو Q و زاویه فاز δ ولتاژ در بوس P-V ناشناختهاند که باید از طریق الگوریتمهای تحلیل سیستم برق محاسبه شوند. این فرآیند برای تضمین پایداری و عملکرد صحیح شبکه برق ضروری است، زیرا حفظ سطح ثابت ولتاژ برای تحویل قابل اعتماد برق ضروری است.
بوس بار (بوس P-Q)
بوس بار، که همچنین به عنوان بوس P-Q شناخته میشود، به عنوان نقطه اتصالی عمل میکند که در آن هم توان فعال و هم توان راکتیو از شبکه الکتریکی جذب یا تزریق میشوند. در زمینه مطالعات جریان بار، در این بوس، مقادیر توان فعال P و توان راکتیو Q بر اساس مشخصات بارهای متصل شده تعریف میشوند. ناشناختههای اصلی در اینجا اندازه و زاویه فاز ولتاژ هستند. اگرچه ولتاژ بوس بار میتواند در محدوده تحملپذیری که معمولاً حدود ۵٪ است، متفاوت باشد، اما حفظ آن در این محدوده برای عملکرد صحیح دستگاههای الکتریکی متصل شده ضروری است. برای بارها، زاویه فاز δ ولتاژ نسبت به اندازه ولتاژ کمتر حیاتی است، زیرا بیشتر دستگاههای الکتریکی طراحی شدهاند تا در محدوده خاصی از اندازههای ولتاژ مؤثر کار کنند.
بوس اضافی، بوس اجباری یا بوس مرجع
بوس اضافی نقش منحصر به فرد و ضروری در سیستمهای برق دارد. برخلاف سایر بوسها، این بوس مستقیماً توان به هیچ بار فیزیکی تامین نمیکند. بلکه به عنوان یک مخزن توان عمل میکند که قادر است هم توان فعال و هم توان راکتیو را به سیستم برق بر اساس نیاز تزریق یا جذب کند. در تحلیل جریان بار، اندازه و زاویه فاز ولتاژ در بوس اضافی پیشتعریف شدهاند. به طور متعارف، زاویه فاز ولتاژ در این بوس به صفر تنظیم میشود و آن را به عنوان نقطه مرجع برای کل سیستم برق در نظر میگیرند. مقادیر توان فعال و راکتیو برای بوس اضافی در حین حل معادلات جریان بار تعیین میشوند.
مفهوم بوس اضافی از چالشهای عملی محاسبات جریان بار ناشی میشود. از آنجا که I2R زیانها در سیستم برق قبل از انجام محاسبات دقیقاً پیشبینی نمیشوند، امکان تعریف دقیق توان تزریقی در هر بوس فردی وجود ندارد. با تعیین یک بوس اضافی، مهندسان میتوانند معادلات توان در سراسر سیستم را متعادل کنند و اطمینان حاصل کنند که محاسبات جریان برق کلی سازگار و دقیق باشند. قرارداد صفر زاویه فاز در بوس اضافی مدلسازی و تحلیل ریاضی سیستم برق را سادهتر میکند و درک روابط الکتریکی و تبادل توان در شبکه را تسهیل میکند.
