Классификация шин электрической системы

Определение и классификация шин в энергетических системах

В энергетической системе шина определяется как точка соединения, обычно представленная вертикальной линией, где различные компоненты системы, такие как генераторы, нагрузки и фидеры, подключены друг к другу. Каждая шина в энергетической системе характеризуется четырьмя ключевыми электрическими величинами: амплитуда напряжения, фазовый угол напряжения, активная мощность (также известная как истинная мощность) и реактивная мощность. Эти величины играют важную роль в анализе и понимании поведения и производительности энергетической системы.

При проведении исследований потока нагрузки, целью которых является анализ устойчивых условий работы энергетической системы, из четырех величин, связанных с каждой шиной, две известны, а оставшиеся две необходимо определить. В зависимости от того, какие из этих величин указаны, шины можно классифицировать на три отдельные категории: генерирующие шины, шины нагрузки и шины регулирования. Эта классификация помогает формулировать и решать уравнения потока нагрузки, что позволяет инженерам эффективно анализировать работу энергетической системы, планировать выработку и распределение электроэнергии, а также обеспечивать общую стабильность и надежность электросети.

Приведенная ниже таблица показывает типы шин и соответствующие им известные и неизвестные значения.

Генерирующая шина (шина управления напряжением или P-V шина)

Генерирующая шина, часто называемая P-V шиной, является ключевым элементом в анализе энергетических систем. На этом типе шины два параметра предварительно заданы: амплитуда напряжения, которая соответствует генерируемому напряжению, и активная мощность (истинная мощность) P, соответствующая номиналу генератора. Для поддержания амплитуды напряжения на постоянном, заданном уровне, в систему вводится необходимая реактивная мощность. В результате реактивная мощность Q и фазовый угол δ напряжения на P-V шине являются неизвестными, которые должны быть рассчитаны с помощью алгоритмов анализа энергетических систем. Этот процесс имеет решающее значение для обеспечения стабильности и правильного функционирования энергосистемы, так как поддержание постоянного уровня напряжения необходимо для надежной передачи электроэнергии.

Шина нагрузки (P-Q шина)

Шина нагрузки, также известная как P-Q шина, служит точкой соединения, где активная и реактивная мощность извлекаются или вводятся в электрическую сеть. В контексте исследований потока нагрузки на этой шине значения активной мощности P и реактивной мощности Q задаются на основе характеристик подключенных нагрузок. Основные неизвестные здесь — это амплитуда и фазовый угол напряжения. Хотя напряжение на шине нагрузки может изменяться в допустимом диапазоне, обычно около 5%, поддержание его в этих пределах важно для правильного функционирования подключенных электрических устройств. Для нагрузок фазовый угол δ напряжения менее критичен по сравнению с амплитудой напряжения, так как большинство электроприборов разработаны для эффективной работы в определенном диапазоне амплитуд напряжения.

Регулирующая, свинг-шина или шина-эталон

Регулирующая шина играет уникальную и важную роль в энергетических системах. В отличие от других шин, она не напрямую питает никакую физическую нагрузку. Вместо этого она действует как резервуар мощности, способный поглощать или вводить как активную, так и реактивную мощность в энергетическую систему по мере необходимости. В анализе потока нагрузки амплитуда и фазовый угол напряжения на регулирующей шине предопределены. По традиции, фазовый угол напряжения на этой шине устанавливается равным нулю, делая ее эталонной точкой для всей энергетической системы. Значения активной и реактивной мощности для регулирующей шины определяются в ходе решения уравнений потока нагрузки.

Концепция регулирующей шины возникает из практических проблем расчета потока нагрузки. Поскольку потери I²R в энергетической системе невозможно точно предсказать заранее, становится невозможным точно указать общую введенную мощность на каждой отдельной шине. Назначая регулирующую шину, инженеры могут уравновешивать уравнения мощности по всей системе, обеспечивая, чтобы общие расчеты потока мощности были последовательными и точными. Конвенция нулевого фазового угла на регулирующей шине упрощает математическое моделирование и анализ энергетической системы, облегчая более простое понимание электрических взаимосвязей и обмена мощностью в сети.