Classificazione degli autobus del sistema elettrico
Definizione e classificazione degli autobus nei sistemi elettrici
In un sistema elettrico, un bus è definito come un punto di connessione, tipicamente rappresentato da una linea verticale, dove varie componenti del sistema come generatori, carichi e alimentatori sono interconnessi. Ogni bus in un sistema elettrico è caratterizzato da quattro quantità elettriche chiave: la magnitudine della tensione, l'angolo di fase della tensione, la potenza attiva (anche conosciuta come potenza vera) e la potenza reattiva. Queste quantità svolgono un ruolo cruciale nell'analisi e nella comprensione del comportamento e delle prestazioni del sistema elettrico.
Durante gli studi di flusso di carico, che mirano ad analizzare le condizioni operative a stato stazionario di un sistema elettrico, delle quattro quantità associate a ogni bus, due sono note e le rimanenti due devono essere determinate. A seconda di quali di queste quantità sono specificate, i bus possono essere classificati in tre categorie distinte: bus di generazione, bus di carico e bus di slack. Questa classificazione aiuta a formulare e risolvere le equazioni di flusso di carico, consentendo agli ingegneri di analizzare efficacemente l'operazione del sistema elettrico, pianificare la generazione e la distribuzione di energia e garantire la stabilità e l'affidabilità complessiva della rete elettrica.
La tabella mostrata di seguito mostra i tipi di bus e i valori noti e sconosciuti associati.
Bus di Generazione (Bus di Controllo della Tensione o P-V Bus)
Il bus di generazione, spesso chiamato P-V bus, è un elemento chiave nell'analisi dei sistemi elettrici. Su questo tipo di bus, due parametri sono pre-specificati: la magnitudine della tensione, che si allinea con la tensione generata, e la potenza attiva (potenza vera) P, corrispondente alla capacità del generatore. Per mantenere la magnitudine della tensione a un valore costante e specificato, viene iniettata potenza reattiva nel sistema quando necessario. Di conseguenza, la generazione di potenza reattiva Q e l'angolo di fase δ della tensione al P-V bus sono le incognite che devono essere calcolate attraverso algoritmi di analisi del sistema elettrico. Questo processo è cruciale per garantire la stabilità e il corretto funzionamento della rete elettrica, poiché mantenere un livello costante di tensione è essenziale per la fornitura affidabile di energia.
Bus di Carico (P-Q Bus)
Il bus di carico, anche noto come P-Q bus, serve come punto di connessione dove sia la potenza attiva P che la potenza reattiva Q vengono prelevate o iniettate nella rete elettrica. Nel contesto degli studi di flusso di carico, in questo bus, i valori di potenza attiva P e potenza reattiva Q sono specificati in base alle caratteristiche dei carichi connessi. Le principali incognite qui sono la magnitudine e l'angolo di fase della tensione. Sebbene la tensione al bus di carico sia consentita di variare entro un intervallo tollerabile, solitamente intorno al 5%, mantenerla entro questi limiti è vitale per il corretto funzionamento dei dispositivi elettrici connessi. Per i carichi, l'angolo di fase δ della tensione è relativamente meno critico rispetto alla magnitudine della tensione, poiché la maggior parte degli apparecchi elettrici è progettata per operare efficacemente entro un certo intervallo di magnitudini di tensione.
Bus di Slack, Swing o di Riferimento
Il bus di slack svolge un ruolo unico ed essenziale nei sistemi elettrici. A differenza degli altri bus, non fornisce direttamente energia a nessun carico fisico. Invece, agisce come un serbatoio di energia, capace di assorbire o iniettare sia potenza attiva che reattiva nel sistema elettrico come richiesto. Nell'analisi del flusso di carico, la magnitudine e l'angolo di fase della tensione al bus di slack sono predefiniti. Convenzionalmente, l'angolo di fase della tensione in questo bus è impostato a zero, rendendolo un punto di riferimento per l'intero sistema elettrico. I valori di potenza attiva e reattiva per il bus di slack sono determinati durante la soluzione delle equazioni di flusso di carico.
Il concetto del bus di slack emerge dalle sfide pratiche dei calcoli del flusso di carico. Poiché le perdite I2R all'interno del sistema elettrico non possono essere predette con precisione in anticipo, diventa impossibile specificare con esattezza la potenza totale iniettata in ciascun bus individuale. Designando un bus di slack, gli ingegneri possono bilanciare le equazioni di potenza in tutto il sistema, assicurando che i calcoli complessivi del flusso di potenza siano coerenti e accurati. La convenzione dell'angolo di fase zero al bus di slack semplifica la modellizzazione matematica e l'analisi del sistema elettrico, facilitando una comprensione più diretta delle relazioni elettriche e degli scambi di potenza all'interno della rete.
