電力システムバスの分類

電力システムにおけるバスの定義と分類

電力システムにおいて、バスとは発電機、負荷、フィーダーなどの様々なシステムコンポーネントが接続される接続点であり、通常は垂直線で表されます。各バスは、電圧の大きさ、電圧の位相角、有効電力（真の電力とも呼ばれます）、無効電力という4つの主要な電気量によって特徴付けられます。これらの量は、電力システムの動作と性能を分析し理解する上で重要な役割を果たします。

負荷フロー研究では、電力システムの定常運転条件を分析することを目指しています。各バスに関連する4つの量のうち、2つは既知であり、残りの2つは決定する必要があります。これらの量のどれが指定されているかに基づいて、バスは発電バス、負荷バス、スラックバスの3つの異なるカテゴリに分類されます。この分類は、負荷フローエクアーションの作成と解くことを可能にし、エンジニアが電力システムの動作を効果的に分析し、発電と配電を計画し、電力網全体の安定性と信頼性を確保するのに役立ちます。

以下の表は、バスの種類と関連する既知値と未知値を示しています。

発電バス（電圧制御バスまたはP-Vバス）

発電バスは、しばしばP-Vバスとも呼ばれ、電力システム解析において重要な要素です。このタイプのバスでは、2つのパラメータが事前に指定されています：生成された電圧と一致する電圧の大きさと、発電機の定格に対応する有効電力（真の電力）Pです。電圧の大きさを一定の指定値に保つために、必要に応じて無効電力をシステムに注入します。その結果、無効電力生成QとP-Vバスの電圧の位相角δは、電力システム解析アルゴリズムを通じて計算する必要があります。このプロセスは、電力網の安定性と適切な動作を確保するために不可欠であり、一貫した電圧レベルを維持することは信頼性のある電力供給に重要です。

負荷バス（P-Qバス）

負荷バスは、しばしばP-Qバスとも呼ばれ、電気ネットワークから有効電力と無効電力が引き出されるまたは注入される接続点として機能します。負荷フロー研究の文脈では、このバスでは、接続された負荷の特性に基づいて有効電力Pと無効電力Qの値が指定されます。ここでの主な未知数は、電圧の大きさと位相角です。負荷バスの電圧は許容範囲内で変動することが許されますが、一般的には約5%程度であり、これらを範囲内に保つことは接続された電気機器の適切な動作に重要です。負荷の場合、電圧の位相角δは電圧の大きさに比べて比較的重要な度合いが低いです。これは、ほとんどの電気製品が特定の電圧範囲内で効果的に動作するように設計されているためです。

スラックバス、スウィングバス、または基準バス

スラックバスは、電力システムにおいて独特かつ重要な役割を果たします。他のバスとは異なり、物理的な負荷に直接電力を供給することはありません。代わりに、必要なときに有効電力と無効電力を吸収または注入できる電力貯蔵庫として機能します。負荷フロー解析では、スラックバスの電圧の大きさと位相角が事前に定義されています。通常、このバスの電圧の位相角はゼロに設定され、電力システム全体の基準点となります。スラックバスの有効電力と無効電力の値は、負荷フローエクアーションの解き手順中に決定されます。

スラックバスの概念は、負荷フロー計算の実際的な課題から生まれました。I²R損失は事前に正確に予測できないため、各個々のバスで注入される総電力を正確に指定することは不可能です。スラックバスを指定することで、エンジニアはシステム全体の電力方程式をバランスさせ、全体的な電力フローカルキュレーションが一貫して正確になるようにすることができます。スラックバスでのゼロ位相角の慣例は、電力システムの数学的モデリングと解析を簡略化し、電力網内の電気関係と電力交換のより直感的な理解を可能にします。