СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЗКИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
METHOD FOR DETERMINING STATIC LOAD CHARACTERISTICS FROM STRESS

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для определения статических характеристик нагрузки по напряжению.
Известен способ определения статических характеристик нагрузки по напряжению [Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е. Применение математических моделей электрической нагрузки в расчетах энергосистем и надежности электроснабжения промышленных потребителей. - М.: ЭЛЕКС-КМ, 2008. - С. 211-215], при котором в узле нагрузки производят последовательные изменения напряжения, измеряют напряжение и мощность и переводят измеренные значения напряжения и мощности в относительные единицы. Полученную в результате характеристику используют в качестве статической характеристики нагрузки.
Условием использования указанного способа является стационарность исследуемой нагрузки. Если имеют место нерегулярные колебания и дрейф мощности, то указанный способ использоваться не может. В этом случае требуется повторное проведение эксперимента, что зачастую сопряжено с рядом технических и организационных трудностей и не всегда возможно. Кроме того, нет гарантии, что при повторном эксперименте нагрузка будет стационарна и использование указанного способа для определения статической характеристики нагрузки будет успешным.
Не известны способы, позволяющие определять статические характеристики нагрузки по напряжению в условиях значительных нерегулярных колебаний и дрейфа мощности.
Задачей изобретения является разработка способа, позволяющего определять статические характеристики нагрузки по напряжению при наличии нерегулярных колебаний и дрейфа мощности.
Это достигается тем, что также, как в прототипе, в узле нагрузки производят последовательные изменения напряжения, измеряют напряжение и мощность и переводят измеренные значения напряжения в относительные единицы.
i
Согласно изобретению напряжение и мощность измеряют до и после каждого изменения напряжения, определяют значения регулирующего эффекта нагрузки KP для каждой пары измеренных значений напряжения и мощности в соответствии с соотношением:
*1(i)
1(i)
где U и P - значения напряжения в относительных единицах и мощности в именованных единицах, измеренные до i-го изменения напряжения,
i=1, 2, … - порядковый номер изменения напряжения,
*2(i)
2(i)
U и P - значения напряжения в относительных единицах и мощности в именованных единицах, измеренные после i-го изменения напряжения.
i
0
1
2
a
a
a
Затем производят фильтрацию полученных пар измерений, значения регулирующего эффекта KP которых не попадают в заданный доверительный интервал, и определяют коэффициенты , ,  методом наименьших квадратов из выражения
БАЗ(i)
где P - значение базисной мощности для i-й пары измерений,
N - количество оставшихся после фильтрации пар измерений.
Принимают в качестве искомой статической характеристики нагрузки по напряжению полином
БАЗ(i)
БАЗ(i)
0
1
2
a
a
a
Предложенный способ позволяет определять статические характеристики нагрузки по напряжению даже при наличии нерегулярных колебаний и дрейфа мощности благодаря тому, что из всего массива экспериментальных данных выделяют такие пары измерений, для которых исследуемая нагрузка является стационарной, то есть Р=const, а сами значения P определяют наряду с коэффициентами , ,  из условия минимизации суммы квадратов отклонений результатов измерений в относительных единицах от полученной статической характеристики нагрузки.
Выражение (2) является системой, составленной из уравнений вида
*1(i)
*2(i)
l(i)
2(i)
БАЗ(i)
с учетом того, что для каждой пары измерений U и U, P и P базисная мощность P остается постоянной.
Нерегулярные колебания и дрейф мощности могут быть учтены, как изменение значения базисной мощности, которая используется для перевода измеренных значений мощности в относительные единицы. В предложенном способе измерения значений напряжения и мощности производят непосредственно до и после изменения напряжения, что максимально снижает вероятность изменения базисной мощности между такими измерениями. Для того чтобы исключить пары измерений, между которыми все же происходит изменение базисной мощности, в предложенном способе предусмотрена фильтрация пар измерений по значениям регулирующего эффекта нагрузки. Так как значения базисной мощности для каждой пары измерений заранее неизвестны, то в предложенном способе выбирают их исходя из условия минимизации суммы квадратов отклонений результатов измерения от полученной статической характеристики нагрузки. Это позволяет свести к минимуму влияние нерегулярных колебаний и дрейфа мощности на получаемую статическую характеристику нагрузки, что расширяет область использования предложенного способа по сравнению с прототипом.
На фиг. 1 - представлена схема устройства, реализующая предлагаемый способ.
На фиг. 2 - представлены пары измеренных значений напряжения и мощности в именованных единицах.
На фиг. 3 - представлена полученная статическая характеристика нагрузки и пары измерений напряжения и мощности после фильтрации, переведенные в относительные единицы.
1(i)
2(i)
1(i)
2(i)
i
В таблице 1 приведены измеренные значения напряжения U и U и мощности P и P в именованных единицах, а также соответствующие им значения регулирующего эффекта нагрузки KP.
Способ определения статических характеристик нагрузки по напряжению может быть осуществлен с помощью устройства (фиг. 1), в котором первый выход блока управления 1 соединен с устройством регулирования напряжения под нагрузкой питающего трансформатора 2. Второй выход блока управления 1 соединен с входом блока измерений 3, входы которого подключены к измерительным трансформаторам тока 4 и напряжения 5. Выход блока измерения 3 соединен с входом блока регулирующих эффектов 6 и с входом блока фильтрации 7. Выход блока регулирующих эффектов 6 соединен с входом блока фильтрации 7, выход которого соединен с входом блока определения коэффициентов 8.
Блок измерения 3 может быть выполнен с помощью анализатора электропотребления AR5. Блок управления 1, блок регулирующих эффектов 6, блок фильтрации 7, блок определения коэффициентов 8 могут быть выполнены на микроконтроллерах серии 51 производителя atmel AT89S53.
В качестве примера приведен способ определения статической характеристики активной мощности нагрузки ОАО «Сибкабель» г. Томск по напряжению. Нагрузка ОАО «Сибкабель» имеет резкопеременный характер, обусловленный особенностями производства, что сопровождается нерегулярными колебаниями и дрейфом мощности, поэтому определение статической характеристики нагрузки по напряжению известными способами невозможно.
1(i)
2(i)
1(i)
2(i)
Последовательное изменение напряжения в узле нагрузки производят с помощью устройства регулирования напряжения под нагрузкой питающего трансформатора 2, а измерение значений напряжения и мощности производят с помощью блока измерения 3. Для координации процесса измерения с процессом изменения напряжения служит блок управления 1, в котором в соответствии с программой эксперимента последовательно формируют управляющие воздействия на блок измерения 3, привод устройства регулирования напряжения под нагрузкой питающего трансформатора 2 и снова на блок измерения 3. В соответствии с управляющими воздействиями до и после каждого изменения напряжения в блоке измерения 3 производят измерение значений трехфазной активной мощности P и P и действующего среднефазного значения напряжения U и U, где i=1, 2, … - порядковый номер изменения напряжения, индекс 1 означает, что измерение произведено до изменения напряжения, а индекс 2 означает, что измерение произведено после изменения напряжения (таблица 1, фиг. 2).
В блоке измерения 3 переводят измеренные значения напряжения в относительные единицы:
БАЗ
причем для перевода всех измеренных значений напряжения в относительные единицы, также как и в прототипе, используют одно и то же неизменное значение базисного напряжения (в данном случае U=6200 В).
*1(i)
*2(i)
1(i)
2(i)
i
Далее полученные пары измеренных значений U и U, P и P одновременно поступают с выхода блока измерения 3 на вход блока регулирующих эффектов 6 и на вход блока фильтрации 7. В блоке регулирующих эффектов 6 определяют значения регулирующих эффектов нагрузки KP для каждой пары измерений в соответствии с соотношением (1).
i
*1(i)
*2(i)
1(i)
2(i)
i
Значения регулирующих эффектов нагрузки KP (таблица 1) поступают с выхода блока регулирующих эффектов 6 на вход блока фильтрации 7, где производят фильтрацию полученных пар измерений U и U, P и P, значения регулирующего эффекта KP которых не попадают в заданный доверительный интервал, (в данном случае 0,75÷2). Исключаемые пары измерений выделены жирным курсивом в таблице 1 и серым цветом на графике фиг. 2.
*1(i)
*2(i)
1(i)
2(i)
0
1
2
0
1
2
a
a
a
a
a
a
С выхода блока фильтрации 7 оставшиеся пары значений напряжения U и U, и мощности P и P поступают на вход блока определения коэффициентов 8, где определяют коэффициенты , ,  методом наименьших квадратов из выражения (2). Принимают в качестве искомой статической характеристики нагрузки по напряжению полином  с полученными коэффициентами =1,458, =-2,233, =1,775.
На графике фиг. 3 представлена полученная статическая характеристика активной мощности нагрузки ОАО «Сибкабель» по напряжению, а также измеренные значения напряжения и мощности, переведенные в относительные единицы. Из графика видно, что отклонение измеренных значений от характеристики не значительны. Таким образом, на примере активной мощности нагрузки ОАО «Сибкабель» показана работоспособность предложенного способа даже при наличии нерегулярных колебаний нагрузки и дрейфа мощности. Работа устройства при определении статической характеристики реактивной мощности нагрузки по напряжению будет аналогичной.