Класифікація шин електропостачання

Визначення та класифікація шин у електроенергетичних системах

У електроенергетичній системі шина визначається як точка з'єднання, зазвичай зображена як вертикальна лінія, де різні компоненти системи, такі як генератори, навантаження та підведення, взаємопов'язані. Кожна шина електроенергетичної системи характеризується чотирма ключовими електричними величинами: амплітудою напруги, фазовим кутом напруги, активною потужністю (також відомою як справжня потужність) та реактивною потужністю. Ці величини відіграють важливу роль у аналізі та розумінні поведінки та продуктивності електроенергетичної системи.

Під час досліджень режимів навантаження, які мають на меті аналіз стаціонарних умов роботи електроенергетичної системи, з чотирьох величин, пов'язаних з кожною шиною, дві відомі, а дві інші потрібно визначити. В залежності від того, які з цих величин вказані, шини можна розподілити на три окремі категорії: генеруючі шини, шини навантаження та шини регулювання. Ця класифікація допомагає формулювати та вирішувати рівняння режимів навантаження, що дозволяє інженерам ефективно аналізувати роботу електроенергетичної системи, планувати генерацію та розподіл електроенергії, а також забезпечувати загальну стабільність та надійність електричної мережі.

Нижче представлена таблиця, яка показує типи шин та відповідні відомі та невідомі значення.

Генеруюча шина (шина регулювання напруги або P-V шина)

Генеруюча шина, часто називана P-V шиною, є ключовим елементом у аналізі електроенергетичних систем. На цьому типі шини два параметри вказуються заздалегідь: амплітуда напруги, яка відповідає генерованій напрузі, та активна потужність (справжня потужність) P, що відповідає рейтингу генератора. Для підтримки амплітуди напруги на постійному, вказаному значенні, реактивна потужність вводиться в систему за потребою. В результаті реактивна потужність Q та фазовий кут δ напруги на P-V шині є невідомими, які повинні бути обчислені через алгоритми аналізу електроенергетичної системи. Цей процес є важливим для забезпечення стабільності та правильного функціонування електричної мережі, оскільки підтримка постійного рівня напруги є необхідною для надійної доставки електроенергії.

Шина навантаження (P-Q шина)

Шина навантаження, також відома як P-Q шина, служить як точка з'єднання, де активна та реактивна потужність відтягується або вводиться до електричної мережі. У контексті досліджень режимів навантаження, на цій шині значення активної потужності P та реактивної потужності Q вказуються залежно від характеристик підключених навантажень. Основні невідомі тут — амплітуда та фазовий кут напруги. Хоча напруга на шині навантаження може змінюватися в межах допустимого діапазону, зазвичай близько 5%, підтримка її в межах цих границь є важливою для правильного функціонування підключених електричних пристроїв. Для навантажень фазовий кут δ напруги є менш критичним порівняно з амплітудою напруги, оскільки більшість електричних приладів спроектовані для ефективної роботи в певному діапазоні амплітуд напруги.

Шина регулювання, шина коливання або референсна шина

Шина регулювання відіграє унікальну та важливу роль у електроенергетичних системах. На відміну від інших шин, вона не надає енергію безпосередньо жодному фізичному навантаженню. Замість цього, вона діє як резервуар енергії, здатний поглинати або вводити як активну, так і реактивну потужність у електроенергетичну систему за потребою. У аналізі режимів навантаження амплітуда та фазовий кут напруги на шині регулювання визначаються заздалегідь. За традицією, фазовий кут напруги на цій шині встановлюється на нуль, що робить її референсною точкою для всієї електроенергетичної системи. Значення активної та реактивної потужності для шини регулювання визначаються під час розв'язання рівнянь режимів навантаження.

Концепція шини регулювання виникає з практичних проблем обчислення режимів навантаження. Оскільки втрати I²R в електроенергетичній системі не можуть бути точно передбачені наперед, неможливо точно вказати загальну введений потужності на кожній окремій шині. Надавши шину регулювання, інженери можуть збалансувати рівняння потужності в системі, забезпечуючи, що загальні обчислення потоку потужності є послідовними та точними. Конвенція нульового фазового кута на шині регулювання спрощує математичне моделювання та аналіз електроенергетичної системи, сприяючи більш простому розумінню електричних зв'язків та обмінів потужності в мережі.