СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТАТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК НАГРУЗКИ ПО НАПРЯЖЕНИЮ
METHOD FOR DETERMINING STATIC LOAD CHARACTERISTICS AGAINST VOLTAGE

Изобретение относится к области электротехники 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.: изд-во ЭЛЕКС-КМ, 2008. - с. 211-215], [Экспериментальные исследования режимов энергосистем / Л.М. Горбунова, М.Г. Портной, Р.С. Рабинович и др.; под ред. С.А. Совалова, - М.: Энергоатомиздат, 1985. - с. 45-48], при котором в узле нагрузки производят последовательные изменения напряжения и измеряют значения напряжения и мощности. Затем переводят измеренные значения 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. Повторное проведение эксперимента 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 так же как и в прототипе, в узле нагрузки производят последовательные изменения напряжения, измеряют напряжение и мощность и переводят измеренные значения напряжения и мощности в относительные единицы.
БАЗ(i)
Согласно изобретению напряжение и мощность измеряют до и после каждого изменения напряжения, определяют значения регулирующего эффекта нагрузки для каждой пары измеренных значений напряжения и мощности и производят фильтрацию полученных пар измерений по значениям регулирующего эффекта нагрузки. Затем при переводе значений мощности в относительные единицы определяют первое приближение своего значения базисной мощности Р для каждой пары измерений, аппроксимируют полученные значения напряжения и мощности в относительных единицах полиномом
<mrow><msub><mi>P</mi><mo>*</mo></msub><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>U</mi><mo>*</mo></msub><mo>=</mo><msub><mi>a</mi><mn>0</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>1</mn></msub><mo>⋅</mo><msub><mi>U</mi><mo>*</mo></msub><mo>+</mo><msub><mi>a</mi><mn>2</mn></msub><mo>⋅</mo><msubsup><mi>U</mi><mo>*</mo><mn>2</mn></msubsup></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
,
0
1
2
причем коэффициенты a, a, а определяют методом наименьших квадратов по зависимостям:
*1(i)
*1(i)
где U и P - значения напряжения и мощности в относительных единицах до изменения напряжения для i-й пары измерений,
*2(i)
*2(i)
U и P - значения напряжения и мощности в относительных единицах после изменения напряжения для i-й пары измерений.
Определяют среднеквадратическое отклонение значений напряжения и мощности в относительных единицах от полученного полинома и определяют второе приближение своего значения базисной мощности для каждой пары измерений:
0
1
2
0
х
2
Далее повторяют перевод значений мощности в относительные единицы, определение коэффициентов а, a, а, определение среднеквадратического отклонения и определение следующего приближения значений базисной мощности до тех пор, пока с каждым последующим повторением среднеквадратическое отклонение уменьшается. Принимают в качестве искомой статической характеристикой нагрузки по напряжению полином с коэффициентами а, а, а, соответствующими минимальному среднеквадратическому отклонению.
Предложенный способ позволяет определять статические характеристики нагрузки по напряжению даже при наличии нерегулярных колебаний и дрейфа мощности благодаря тому, что измерения значений напряжения и мощности производят до и после каждого изменения напряжения, после чего производят фильтрацию полученных пар измерений по значениям регулирующего эффекта нагрузки, а при переводе значений мощности в относительные единицы для каждой пары измерений выбирают такие значения базисных мощностей, чтобы среднеквадратическое отклонение результатов измерений в относительных единицах от полученной статической характеристики нагрузки было минимальным.
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 среднеквадратического отклонения 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 представлена статическая характеристика нагрузки и результаты измерений напряжения и мощности, полученные по первому приближению значений базисной мощности.
На фиг. 3 представлена статическая характеристика нагрузки и результаты измерений напряжения и мощности, полученные по значениям базисной мощности, соответствующим минимальному среднеквадратическому отклонению.
l(i)
2(i)
1(i)
2(i)
i
В таблице 1 приведены измеренные значения напряжения U и U и мощности P и Р, а также соответствующие им значения регулирующего эффекта нагрузки KP.
БАЗ(i)
В таблице 2 приведено первое приближение значения базисной мощности Рдля каждой пары измерений.
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 бис входом блока фильтрации 7. Выход блока регулирующих эффектов 6 соединен с входом блока фильтрации 7, выход которого соединен с входом блока задания значений базисной мощности 8, выход которого соединен с первым входом блока приведения 9, выход которого соединен с входом блока определения коэффициентов 10. Выход блока определения коэффициентов 10 соединен с входом блока определения погрешности 11, выход которого соединен с входом блока уточнения значений базисной мощности 12, выход которого соединен со вторым входом блока приведения 9.
Блок измерения 3 может быть выполнен с помощью анализатора электропотребления AR5. Блок управления 1, блок регулирующих эффектов 6, блок фильтрации 7, блок задания значений базисной мощности 8, блок приведения 9, блок определения коэффициентов 10, блок определения погрешности 11, блок уточнения значений базисной мощности 12 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)
1(i)
2(i)
1(i)
2(i)
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 Р и Р и действующего среднефазного значения напряжения U и U, где i - порядковый номер пары измерений, индекс 1 означает, что измерение произведено до изменения напряжения, а индекс 2 означает, что измерение произведено после изменения напряжения. Далее полученные пары измеренных значений U и U, P и P (таблица 1) 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:
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, Р и P по значению регулирующего эффекта нагрузки KP, исключая пары измерений, значения регулирующего эффекта которых не попадают в доверительный интервал (в данном случае 0,75÷2). Исключаемые значения выделены в таблице 1 жирным курсивом.
1(i)
2(i)
1(i)
2(i)
С выхода блока фильтрации 7 оставшиеся пары значений напряжения U и U, и мощности Р и Р поступают на вход блока заданий значений базисной мощности 8, где определяют первое приближение своего значения базисной мощности для каждой пары измерений:
- для первой пары измерений,
- для последующих пар измерений.
БA3(i)
1(i)
2(i)
1{i)
2(i)
Далее полученные значения базисной мощности P (таблица 2) вместе со значениями U и U, P и P с выхода блока заданий значений базисной мощности 8 поступают на вход блока приведения 9, где измеренные значения напряжения и мощности переводят в относительные единицы:
БАЗ
причем для перевода всех измеренных значений напряжения в относительные единицы, так же 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)
Полученные значения U и U, P и P в относительных единицах с выхода блока приведения 9 поступают на вход блока определения коэффициентов 10, где их аппроксимируют полиномом (фиг. 2)
0
1
2
причем коэффициенты а, a, а определяют методом наименьших квадратов по зависимостям
0
1
2
*1(i)
*2(i)
*1(i)
*2(i)
Затем полученные коэффициенты а=1,387, а=-1,794, а=1,392 вместе со значениями U и U, P и P с выхода блока определения коэффициентов 10 поступают на вход блока определения погрешности 11, где определяют среднеквадратическое отклонение значений напряжения и мощности в относительных единицах от полученного полинома
0
1
2
*1(i)
*2(i)
*1(i)
*2(i)
где N - количество пар измерений, оставшихся после фильтрации в блоке фильтрации 7. Затем определенные ранее значения коэффициентов а, а, а вместе со значениями U и U, P и P поступают с выхода блока определения погрешности 11 на вход блока уточнения значений базисной мощности 12, в котором определяют второе приближение своего значения базисной мощности для каждой пары измерений:
БАЗ(i)
0
1
2
БАЗ(i)
0
1
2
Полученные значения базисной мощности Р поступают с выхода блока уточнения значений базисной мощности 12 на вход блока приведения 9, в котором повторяют перевод измеренных значений мощности в относительные единицы по формулам (1) и далее устройство продолжает работать описанным образом в соответствии со схемой фиг. 1. При этом перевод значений мощности в относительные единицы, определение коэффициентов а, а, а, определение среднеквадратического отклонения σ и определение следующего приближения значений базисной мощности P повторяют до тех пор, пока с каждым последующим повторением среднеквадратическое отклонение σ уменьшается. В рассматриваемом примере среднеквадратическое отклонение продолжало уменьшаться до минимального значения σ=0,003, после чего начало увеличиваться. Поэтому в качестве искомой статической характеристикой нагрузки по напряжению принимают полиномс коэффициентами а=1,481, а=-2,277, а=1,796, соответствующими минимальному среднеквадратическому отклонению σ=0,003 (фиг. 3).
Таким образом, на примере определения статической характеристики активной мощности нагрузки по напряжению 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.