Klasifikacija šina električnog sistema

Definicija i klasifikacija čvorova u električnim sistemima

U električnom sistemu, čvor se definiše kao tačka povezivanja, obično predstavljena kao vertikalna linija, gde su različiti komponenti sistema, poput generatora, opterećenja i ishodnih voda, međusobno povezani. Svaki čvor u električnom sistemu karakterizuje četiri ključne električne veličine: amplituda napona, fazni ugao napona, aktivna snaga (takođe poznata kao stvarna snaga) i reaktivna snaga. Ove veličine igraju ključnu ulogu u analizi i razumevanju ponašanja i performansi električnog sistema.

Tokom studija toka opterećenja, koje imaju za cilj analizu usmerenih radnih stanja električnog sistema, od četiri veličine pridružene svakom čvoru, dve su poznate, a preostale dve treba odrediti. Na osnovu toga koje su te veličine navedene, čvorovi se mogu klasifikovati u tri različite kategorije: generacioni čvorovi, čvorovi opterećenja i fleksibilni čvorovi. Ova klasifikacija pomaže u formulisanju i rešavanju jednačina toka opterećenja, omogućavajući inženjerima da efikasno analiziraju operaciju električnog sistema, planiraju proizvodnju i raspodelu struje, i obezbeđuju ukupnu stabilnost i pouzdanost električne mreže.

Tabela prikazana ispod pokazuje vrste čvorova i pripadajuće poznate i nepoznate vrednosti.

Generacioni čvor (Čvor kontrole napona ili P-V čvor)

Generacioni čvor, često nazivani P-V čvor, je ključni element u analizi električnih sistema. Na ovom tipu čvora, dve parametre su unapred definisane: amplituda napona, koja se podudara sa generisanim naponom, i aktivna snaga (stvarna snaga) P, koja odgovara kapacitetu generatora. Da bi se održala amplituda napona na konstantnoj, definisanoj vrednosti, reaktivna snaga se potrebno ubacuje u sistem. Kao rezultat, generisanje reaktorne snage Q i fazni ugao δ napona na P-V čvoru su nepoznati koji moraju biti izračunati putem algoritama analize električnih sistema. Ovaj proces je ključan za osiguranje stabilnosti i pravilnog funkcionisanja električne mreže, jer održavanje konstantne nivoa napona neophodno je za pouzdano dostavljanje struje.

Čvor opterećenja (P-Q čvor)

Čvor opterećenja, takođe poznat kao P-Q čvor, služi kao tačka povezivanja gde se i aktivna i reaktivna snaga povlače iz ili ubacuju u električnu mrežu. U kontekstu studija toka opterećenja, na ovom čvoru, vrednosti aktivne snage P i reaktivne snage Q su definisane na osnovu karakteristika povezanih opterećenja. Glavni nepoznati ovde su amplituda i fazni ugao napona. Iako je dopušteno da se napon na čvoru opterećenja menja unutar tolerabilnog opsega, obično oko 5%, održavanje unutar ovih granica je ključno za pravilno funkcionisanje povezanih električnih uređaja. Za opterećenja, fazni ugao δ napona je relativno manje važan u poređenju sa amplitudom napona, jer su većina električnih uređaja dizajnirana da efikasno rade unutar određenog opsega amplituda napona.

Fleksibilni, oscilatorni ili referentni čvor

Fleksibilni čvor ima jedinstvenu i esencijalnu ulogu u električnim sistemima. U suprotnosti sa drugim čvorovima, on ne direktno snabdeva nikakvo fizičko opterećenje. Umesto toga, deluje kao rezervoar struje, sposoban da apsorbira ili ubaci i aktivnu i reaktivnu snagu u električni sistem kako je potrebno. U analizi toka opterećenja, amplituda i fazni ugao napona na fleksibilnom čvoru su predefinisani. Konvencionalno, fazni ugao napona na ovom čvoru se postavlja na nulu, čime se on postavlja kao referentna tačka za ceo električni sistem. Vrednosti aktivne i reaktivne snage za fleksibilni čvor se određuju tokom rešavanja jednačina toka opterećenja.

Koncept fleksibilnog čvora nastaje iz praktičnih izazova prilikom izračunavanja toka opterećenja. Budući da I²R gubitci unutar električnog sistema ne mogu biti tačno predviđeni unapred, postaje nemoguće precizno specificirati ukupnu ubačenu snagu na svakom pojedinačnom čvoru. Dodeljujući fleksibilni čvor, inženjeri mogu balansirati jednačine snage kroz sistem, osiguravajući da su ukupni izračuni toka opterećenja konzistentni i tačni. Konvencija o nul-faznom uglu na fleksibilnom čvoru pojednostavljuje matematičko modelovanje i analizu električnog sistema, olakšavajući razumevanje električnih odnosa i razmene snage unutar mreže.