Klasifikacija vozlišč sistema za električno energijo

Definicija in klasifikacija vozlišč v električnih sistemih

V električnem sistemu je vozlišče definirano kot povezovalna točka, običajno predstavljena kot navpična črta, kjer so medsebojno povezani različni komponenti sistema, kot so generatorji, bremena in prenosne linije. Vsako vozlišče v električnem sistemu se loči po štirih ključnih električnih količinah: velikosti napetosti, faznemu kotu napetosti, dejanski moči (tudi znan kot prava moč) in reaktivni moči. Te količine igrajo ključno vlogo pri analizi in razumevanju obnašanja in delovanja električnega sistema.

Med analizami pretoka naložbe, ki so namenjene analizi stacionarnih delovnih pogojev električnega sistema, sta izmed štirih količin, povezanih z vsakim vozliščem, dve znani, ostali dve pa je potrebno določiti. Glede na to, katere od teh količin so določene, se vozlišča lahko razdelijo na tri različne kategorije: generacijska vozlišča, naložna vozlišča in prosta vozlišča. Ta klasifikacija pomaga pri formulaciji in reševanju enačb pretoka naložbe, omogoča inženirjem učinkovito analizo delovanja električnega sistema, načrtovanje proizvodnje in distribucije električne energije ter zagotavljanje splošne stabilnosti in zanesljivosti električne mreže.

Spodnja tabela prikazuje vrste vozlišč in s tem povezane znane in neznane vrednosti.

Generacijsko vozlišče (vozlišče za regulacijo napetosti ali P-V vozlišče)

Generacijsko vozlišče, pogosto označeno kot P-V vozlišče, je ključni element v analizi električnih sistemov. Na tem tipu vozlišča sta dva parametra predhodno določena: velikost napetosti, ki se ujema s generirano napetostjo, in dejanska moč (prava moč) P, ki se sklanja glede na oceno generatorja. Za vzdrževanje velikosti napetosti na stalno, določeno vrednost, se v sistem vključi reaktivna moč, kadar je potrebno. Torej, reaktivna moč Q in fazni kot δ napetosti na P-V vozlišču so neznanki, ki jih je treba izračunati z algoritmi za analizo električnih sistemov. Ta postopek je ključen za zagotavljanje stabilnosti in pravilnega delovanja električne mreže, saj je vzdrževanje konstantne ravni napetosti bistveno za zanesljivo dostavo električne energije.

Naložno vozlišče (P-Q vozlišče)

Naložno vozlišče, tudi znan kot P-Q vozlišče, služi kot povezovalna točka, kjer se dejanska in reaktivna moč pridobiva iz ali vstavi v električno omrežje. V kontekstu analiz pretoka naložbe, na tem vozlišču so vrednosti dejanske moči P in reaktivne moči Q določene glede na lastnosti povezanih bremen. Glavne neznanke tu sta velikost in fazni kot napetosti. Čeprav je dovoljeno, da se napetost na naložnem vozlišču spreminja znotraj dopustnega obsega, običajno okoli 5%, je ključno, da se ohranja znotraj teh mej, zaradi pravilnega delovanja povezanih električnih naprav. Za bremena je fazni kot δ napetosti relativno manj kritičen v primerjavi s velikostjo napetosti, saj so večina električnih naprav zasnovane, da delujejo učinkovito v določenem obsegu velikosti napetosti.

Prosto, nihajoče ali referenčno vozlišče

Prosto vozlišče igra edinstveno in bistveno vlogo v električnih sistemih. Drugače kot druga vozlišča, neposredno ne oskrbuje nobenega fizičnega bremena. Namesto tega deluje kot rezervoar moči, sposoben absorpcije ali vstavljanja dejanske in reaktivne moči v električni sistem, kot je potrebno. V analizah pretoka naložbe sta velikost in fazni kot napetosti na prostem vozlišču predvideni. Po dogovoru je fazni kot napetosti na tem vozlišču nastavljen na nič, kar ga naredi referenčno točko celotnega električnega sistema. Vrednosti dejanske in reaktivne moči za prosto vozlišče so določene med reševanjem enačb pretoka naložbe.

Koncept prostega vozlišča izhaja iz praktičnih izzivov pri izračunih pretoka naložbe. Ker I²R izgube v električnem sistemu ne morejo biti točno napovedane, je nemogoče natančno določiti skupne vstavljene moči na posameznem vozlišču. S označitvijo prostega vozlišča inženirji lahko uravnovesijo enačbe moči v sistemu, kar zagotavlja, da so skupni izračuni pretoka naložbe dosledni in točni. Konvencija ničelne fazne kote na prostem vozlišču poenostavi matematično modeliranje in analizo električnega sistema, kar omogoča bolj enostavno razumevanje električnih odnosov in izmenjav moči v mreži.