סיווג של אוטובוסים במערכת חשמל

הגדרה ומיון של אוטובוסים במערכות חשמל

במערכת חשמל, אוטובוס מוגדר כנקודת חיבור, בדרך כלל מיוצג כקו אנכי, שבו מתחברים רכיבי מערכת שונים כגון גנרטורים, עומסים וקווים. כל אוטובוס במערכת החשמל מאפיין על ידי ארבעה פרמטרים חשמליים עיקריים: הגודל של המתח, זווית הפאזה של המתח, כוח פעיל (ידוע גם ככוח אמיתי) וכוח ריאקטיבי. הפרמטרים הללו משחקים תפקיד חשוב בניתוח ובהבנה התנהגות והביצועים של מערכת החשמל.

במהלך מחקרי עומס, שמטרתם לנתח את מצב ההפעלה הסטטי של מערכת החשמל, מתוך ארבעת הפרמטרים הקשורים לכל אוטובוס, שניים ידועים ושניים נוספים צריכים להיות נקבעים. בהתאם לפרמטרים הנבחרים, ניתן למיין את האוטובוסים לשלוש קטגוריות שונות: אוטובוסי ייצור, אוטובוסי עומס ואוטובוסי פער. המיון הזה מסייע בניסוח ופתרון משוואות עומס, מאפשר למהנדסים לנתח את הפעולה של מערכת החשמל לתכנן יצור ופיזור חשמל ולשמור על יציבות ומגמה כללית של הרשת החשמלית.

הטבלה המוצגת להלן מציגה את סוגי האוטובוסים ואת הערכים הידועים והלא ידועים הקשורים להם.

אוטובוס ייצור (אוטובוס שליטה במתח או P-V Bus)

אוטובוס הייצור, שנקרא לעתים קרובות P-V Bus, הוא אלמנט מרכזי בניתוח מערכות חשמל. באוטובוס מסוג זה, שני פרמטרים מוגדרים מראש: הגודל של המתח, המתאים למתח שנוצר, והכוח הפעיל (כוח אמיתי) P, המתאים לקיבולת הגנרטור. כדי לשמור על גודל המתח בערך קבוע ומוגדר, מוזרק כוח ריאקטיבי למערכת כנדרש. כתוצאה מכך, ייצור הכוח הריאקטיבי Q וזווית הפאזה δ של המתח באוטובוס P-V הם לא ידועים שחייבים לחישוב באמצעות אלגוריתמי ניתוח מערכת החשמל. תהליך זה קריטי להבטיח יציבות ופעולה נכונה של הרשת החשמלית, שכן שמירה על רמת מתח קבועה היא חיונית להספקת חשמל מהימנה.

אוטובוס עומס (P-Q Bus)

אוטובוס העומס, המכונה גם P-Q Bus, משמש כנקודת חיבור שבה מושכים או מזריקים הן כוח פעיל והן כוח ריאקטיבי לרשת החשמלית. בהקשר למחקרי עומס, באוטובוס זה, הערכים של הכוח הפעיל P והכוח הריאקטיבי Q מוגדרים בהתאם לתכונות העומסים המחוברים. הלא ידועים העיקריים כאן הם הגודל וזווית הפאזה של המתח. בעוד שהמתח באוטובוס העומס מורשה להשתנות בתוך טווח סביר, בדרך כלל סביב 5%, שמירה עליו בתוך הגבולות הללו היא חיונית לתפקוד הנכון של מכשירים חשמליים מחוברים. עבור עומסים, זווית הפאזה δ של המתח היא פחות קריטית בהשוואה לגודל המתח, שכן רוב המכשירים החשמליים מתוכנתים לפעול בצורה יעילה בתוך טווח מסוים של גודל מתח.

אוטובוס פער, Swinging או Reference Bus

אוטובוס הפער משחק תפקיד ייחודי ונחוץ במערכות חשמל. בניגוד לאוטובוסים אחרים, הוא אינו מספק חשמל ישירות לעומס פיזי. במקום זאת, הוא פועל כמאגר חשמל, המסוגל לספוג או להזריק הן כוח פעיל והן כוח ריאקטיבי למערכת החשמל כנדרש. בניתוח עומס, הגודל וזווית הפאזה של המתח באוטובוס הפער מוגדרים מראש. באופן קונבנציונלי, זווית הפאזה של המתח באוטובוס זה מוגדרת לאפס, מה שהופך אותו לנקודת מرجع לכל מערכת החשמל. הערכים של הכוח הפעיל והריאקטיבי עבור אוטובוס הפער נקבעים במהלך פתרון משוואות עומס.

המונח של אוטובוס הפער מתפתח מהאתגרים המעשיים של חישובי עומס. מכיוון שההפסדים I²R במערכת החשמל אינם ניתנים לחיזוי מדויק מראש, אין אפשרות להגדיר במדויק את הכמות הכוללת של החשמל שנזרק לכל אוטובוס. באמצעות הגדרת אוטובוס פער, מהנדסים יכולים לשלוט במשוואות החשמל בכל המערכת, תוך הבטחת עקבית ומדויקת של חישובי הזרם. האפס הזווית הפאזה באוטובוס הפער מפשט את המודל המתמטי והניתוח של מערכת החשמל, מקל על הבנה פשוטה יותר של היחסים החשמליים וההחלפות החשמליות בתוך הרשת.