Autobús de Slack

En los sistemas de energía eléctrica , un bus de referencia (o bus de balanceo , o bus V-δ ) es un bus que se utiliza para equilibrar la potencia activa.${\displaystyle |P|}$y potencia reactiva${\displaystyle |Q|}$en un sistema mientras se realizan estudios de flujo de carga . El bus de referencia se utiliza para compensar las pérdidas del sistema mediante la emisión o absorción de potencia activa y/o reactiva hacia y desde el sistema.

Para los ingenieros de sistemas eléctricos, un estudio de flujo de carga explica las condiciones del sistema eléctrico en distintos intervalos durante su funcionamiento. Su objetivo es minimizar la diferencia entre las cantidades calculadas y las reales. En este caso, el nodo de referencia puede contribuir a dicha minimización al contar con una entrada de potencia activa y reactiva sin restricciones.

${\displaystyle P_{i}=P_{Gi}-P_{Li}}$

${\displaystyle \Delta P_{i}=P_{i}-P_{i,calc}}$

${\displaystyle \Delta Q_{i}=Q_{i}-Q_{i,calc}}$

El uso de un bus de referencia presenta una desventaja inherente al trabajar con variables de entrada inciertas: dicho bus debe absorber todas las incertidumbres del sistema y, por lo tanto, debe tener la distribución de potencia nodal más amplia posible. Incluso una incertidumbre moderada en un sistema grande puede provocar que las distribuciones resultantes contengan valores que superen los márgenes del bus de referencia.

Un enfoque de flujo de carga que permita incorporar directamente las incertidumbres en los procesos de solución puede resultar muy útil. Los resultados de dichos análisis proporcionan soluciones que abarcan el rango de incertidumbres, es decir, soluciones que son conjuntos de valores o regiones en lugar de valores únicos.

Los autobuses son de 3 tipos y se clasifican como:

1. Autobús PQ: la verdadera potencia${\displaystyle |P|}$y potencia reactiva${\displaystyle |Q|}$Se especifican. También se conoce como bus de carga . Generalmente, en un bus PQ, se asume que la potencia real y reactiva generada es cero. Sin embargo, como hay salida de potencia, tanto la potencia real como la reactiva serán negativas. El bus de carga se utilizará para determinar la tensión y el ángulo del bus.
2. Bus fotovoltaico: la verdadera potencia${\displaystyle |P|}$y la magnitud del voltaje${\displaystyle |V|}$Se especifican. También se conoce como bus generador o bus regulado . La potencia real y el voltaje se especifican para los buses que son generadores. Estos buses tienen una generación de potencia constante, controlada mediante un motor primario, y un voltaje de bus constante.
3. Barra de referencia: se utiliza para equilibrar la potencia activa y reactiva del sistema. También se conoce como barra de referencia o barra oscilante . La barra de referencia sirve como referencia angular para todas las demás barras del sistema, cuyo ángulo se establece en 0°. Se asume que la magnitud de la tensión en la barra de referencia es de 1 pu.

El bus de referencia proporciona o absorbe potencia activa y reactiva hacia y desde la línea de transmisión para compensar las pérdidas, ya que estas variables son desconocidas hasta que se establece la solución final. El bus de referencia es el único bus para el cual se define el ángulo de fase de referencia del sistema . A partir de esto, se pueden calcular las diversas diferencias angulares en las ecuaciones de flujo de potencia. Si no se especifica un bus de referencia, entonces se utiliza un bus generador con potencia real máxima.${\displaystyle |P|}$actúa como el bus de reserva. Un esquema determinado puede involucrar más de un bus de reserva.

La formulación más común del problema de flujo de carga especifica todas las variables de entrada (PQ en las cargas, PV en los generadores) como valores deterministas. Cada conjunto de valores especificados corresponde a un estado del sistema, que depende de un conjunto de condiciones del sistema. Cuando dichas condiciones son inciertas, es necesario analizar numerosos escenarios.

Un análisis clásico de flujo de carga consiste en calcular la magnitud de la tensión y el ángulo de fase en los nodos, así como los flujos de línea activos y reactivos para las condiciones de terminal (o nodo) especificadas. A cada nodo se le asocian cuatro variables:

• Voltaje${\displaystyle |V|}$
• ángulo de fase${\displaystyle |\delta |}$
• potencia activa o real${\displaystyle |P|}$
• potencia reactiva${\displaystyle |Q|}$

En función de estos valores, un autobús puede clasificarse en las tres categorías mencionadas anteriormente como:

Las potencias real y reactiva (es decir, la potencia compleja) no pueden ser fijas. El flujo neto de potencia compleja hacia la red no se conoce de antemano, y las pérdidas de potencia del sistema se desconocen hasta que se completa el estudio. Es necesario contar con un nodo (el nodo de referencia) en el que la potencia compleja no esté especificada, de modo que suministre la diferencia entre la carga total del sistema más las pérdidas y la suma de las potencias complejas especificadas en los nodos restantes. La potencia compleja asignada a este nodo se calcula como parte de la solución. Para que las variaciones en las potencias real y reactiva del nodo de referencia representen un pequeño porcentaje de su capacidad de generación durante el proceso de solución, normalmente se selecciona como nodo de referencia el nodo conectado a la central generadora más grande. El nodo de referencia es crucial para un problema de flujo de carga, ya que tendrá en cuenta las pérdidas en las líneas de transmisión. En un problema de flujo de carga, la conservación de la energía da como resultado que la generación total sea igual a la suma de las cargas. Sin embargo, aún existiría una discrepancia en estas cantidades debido a las pérdidas en las líneas, que dependen de la corriente de línea. Sin embargo, para determinar la corriente de línea, se necesitarían los ángulos y voltajes de los buses conectados a la línea. En este caso, el bus de referencia deberá compensar las pérdidas de línea y funcionar como generador, inyectando potencia real al sistema.

La solución requiere formulación matemática y solución numérica. Dado que los problemas de flujo de carga generan ecuaciones no lineales que las computadoras no pueden resolver rápidamente, se requieren métodos numéricos . Los siguientes métodos son algoritmos de uso común:

1. Método iterativo de Gauss - ${\displaystyle V_{i}={1 \over Y_{ii}}\left({P_{i}-jQ_{i} \over V_{i}}-\sum _{k=1}^{n}Y_{ik}V_{ik}\right)}$
2. Método de flujo de carga desacoplado rápido
3. Método de Gauss-Seidel
4. Método de Newton-Raphson

• Estudio de flujo de potencia
• Ingeniería de potencia

1. LP Singh, "Análisis y dinámica avanzados de sistemas de energía" por New Age International, ISBN 81-224-1732-9.
2. IJ Nagrath y DP Kothari, "Análisis de sistemas de energía modernos" por Tata-McGraw Hill, ISBN 978-0-07-049489-3, ISBN 0-07-049489-4

• Estudios de flujo de carga