Classification des bus du système électrique

Définition et classification des nœuds dans les systèmes électriques

Dans un système électrique, un nœud est défini comme un point de connexion, généralement représenté par une ligne verticale, où divers composants du système tels que les générateurs, les charges et les alimentations sont interconnectés. Chaque nœud d'un système électrique est caractérisé par quatre grandeurs électriques clés : la magnitude de la tension, l'angle de phase de la tension, la puissance active (aussi appelée puissance réelle) et la puissance réactive. Ces grandeurs jouent un rôle crucial dans l'analyse et la compréhension du comportement et des performances du système électrique.

Lors des études de flux de charge, qui visent à analyser les conditions de fonctionnement en régime permanent d'un système électrique, sur les quatre grandeurs associées à chaque nœud, deux sont connues, et les deux autres doivent être déterminées. En fonction de celles qui sont spécifiées, les nœuds peuvent être classés en trois catégories distinctes : les nœuds de génération, les nœuds de charge et les nœuds de réserve. Cette classification aide à formuler et résoudre les équations de flux de charge, permettant aux ingénieurs d'analyser efficacement le fonctionnement du système électrique, de planifier la production et la distribution d'électricité, et d'assurer la stabilité et la fiabilité globales du réseau électrique.

Le tableau ci-dessous montre les types de nœuds et les valeurs connues et inconnues associées.

Nœud de génération (nœud de contrôle de tension ou nœud P-V)

Le nœud de génération, souvent appelé nœud P-V, est un élément clé dans l'analyse des systèmes électriques. Sur ce type de nœud, deux paramètres sont pré-spécifiés : la magnitude de la tension, qui correspond à la tension générée, et la puissance active (puissance réelle) P, correspondant au taux de génération. Pour maintenir la magnitude de la tension à une valeur constante et spécifiée, la puissance réactive est injectée dans le système selon les besoins. Ainsi, la puissance réactive générée Q et l'angle de phase δ de la tension au nœud P-V sont les inconnues qui doivent être calculées via des algorithmes d'analyse des systèmes électriques. Ce processus est crucial pour assurer la stabilité et le bon fonctionnement du réseau électrique, car le maintien d'un niveau de tension constant est essentiel pour une distribution fiable de l'énergie.

Nœud de charge (nœud P-Q)

Le nœud de charge, également connu sous le nom de nœud P-Q, sert de point de connexion où la puissance active et réactive sont tirées ou injectées dans le réseau électrique. Dans le contexte des études de flux de charge, à ce nœud, les valeurs de puissance active P et de puissance réactive Q sont spécifiées en fonction des caractéristiques des charges connectées. Les principales inconnues ici sont la magnitude et l'angle de phase de la tension. Bien que la tension au nœud de charge soit autorisée à varier dans une plage tolérable, généralement autour de 5%, il est vital de la maintenir dans ces limites pour le bon fonctionnement des appareils électriques connectés. Pour les charges, l'angle de phase δ de la tension est relativement moins critique par rapport à la magnitude de la tension, car la plupart des appareils électriques sont conçus pour fonctionner efficacement dans une certaine plage de magnitudes de tension.

Nœud de réserve, de balancement ou de référence

Le nœud de réserve joue un rôle unique et essentiel dans les systèmes électriques. Contrairement aux autres nœuds, il ne fournit pas directement d'énergie à une charge physique. Au lieu de cela, il agit comme un réservoir d'énergie, capable d'absorber ou d'injecter à la fois de la puissance active et réactive dans le système électrique selon les besoins. Dans l'analyse de flux de charge, la magnitude et l'angle de phase de la tension au nœud de réserve sont prédéfinis. Conventionnellement, l'angle de phase de la tension à ce nœud est fixé à zéro, en faisant un point de référence pour l'ensemble du système électrique. Les valeurs de puissance active et réactive pour le nœud de réserve sont déterminées lors de la résolution des équations de flux de charge.

Le concept du nœud de réserve découle des défis pratiques des calculs de flux de charge. Comme les pertes I²R dans le système électrique ne peuvent pas être prédites avec précision à l'avance, il devient impossible de spécifier précisément la puissance totale injectée à chaque nœud individuel. En désignant un nœud de réserve, les ingénieurs peuvent équilibrer les équations de puissance à travers le système, assurant que les calculs de flux de charge soient cohérents et précis. La convention de l'angle de phase à zéro au nœud de réserve simplifie la modélisation mathématique et l'analyse du système électrique, facilitant une compréhension plus simple des relations électriques et des échanges de puissance dans le réseau.