Статическая характеристика нагрузки
Статическая характеристика нагрузки — это зависимость потребления активной и реактивной мощности от напряжения и частоты, при медленных изменениях параметров электрического режима.
При рассмотрении узла с комплексной нагрузкой в статической характеристике нагрузки будет учитываться реакция систем автоматического и ручного регулирования параметров режима.
Содержание
Общие положения
Выработка и потребление электроэнергии в электрических системах зависят от параметров качества электроэнергии, частоты в сети и модуля напряжения на шинах электростанции или потребителя. При отклонениях частоты и напряжения от номинальных значений меняются величины нагрузок в узлах электрической сети. Зависимости активных и реактивных мощностей потребителей от частоты и напряжения, построенные при медленном изменении частоты и модуля напряжения, называются статическими характеристиками нагрузки. Виды этих характеристик зависят от типа потребителей (асинхронных и синхронных двигателей, потерь мощности в сети, осветительной нагрузки и т. д.).
Для расчёта параметров установившегося режима системообразующей и распределительной сетей в первую очередь представляют интерес статические характеристики нагрузок по напряжению, причем не отдельных электроприемников, а их совокупностей, то есть характеристики узлов нагрузки.
Для узлов нагрузки, включающих потребителей разного вида, строятся обобщенные статические характеристики. Вид математической модели обощённой статической характеристики определяются в ходе экспериментальных исследований.
Статические характеристики нагрузки позволяют определить степень снижения мощности нагрузки при снижении напряжения на шинах потребителя. Это явление получило название регулирующего эффекта нагрузки по напряжению. Количественно регулирующий эффект нагрузки определяется производными [math]\frac<\delta P> <\delta V>[/math] и [math]\frac<\delta Q> <\delta V>[/math] . Чем больше эти значения, тем сильнее зависит величина нагрузки от напряжения на шинах потребителя.
Основные виды используемых математических моделей
Модель ZIP
Эта модель также называется полиноминальной. Она широко используется как для анализа установившихся режимов, так и переходных процессов [1] , [2] . Эта модель представляет собой зависимость потребляемой мощности от напряжения в виде полиномиального уравнения, которое объединяет в себе компоненты постоянного сопротивления (Z), тока (I) и мощности (P):
[math]\displaystyle P = P_0 \left( a_
[math]\displaystyle Q = Q_0 \left( a_
где [math]P[/math] и [math]Q[/math] — активная и реактивная мощность, потребляемая нагрузкой при напряжении [math]V[/math] ; [math]P_0[/math] и [math]Q_0[/math] — активная и реактивная мощность, потребляемая нагрузкой при номинальном напряжении [math]V_<ном>[/math] ; [math]a_
Коэффициенты моделей
Полиномиальная модель
| № | Условия использования | Параметры модели | Примечания | Источник |
|---|---|---|---|---|
| 1 | [math]10 \geq U \geq 6 [/math] | [math]\displaystyle a_ <0,P>= 0,83; a_ <1,P>= -0,3; a_ <2,P>= 0,47. [/math] |
[math]\displaystyle a_ <0,Q>= 4,9; a_ <1,Q>= -10,1; a_ <2,Q>= 6,2. [/math]
[math]a_ <0,Q>= 4,20; a_ <1,Q>= -9,50; a_ <2,Q>= 5,30.[/math]
(30-80% от общего состава)
[math]a_ <0,Q>= 3,60; a_ <1,Q>= -8,90; a_ <2,Q>= 5,30.[/math]
[math]a_ <0,Q>= 3,70; a_ <1,Q>= -7,00; a_ <2,Q>= 4,30. [/math]
Типовые СХН, приведлённые в [3] соответствуют следующему примерному составу нагрузки:
Источник
Статические характеристики нагрузки по напряжению и частоте.
Важнейшая характеристика нагрузки потребителя — значение ее активной и реактивной мощностей.
Мощность, потребляемая нагрузкой, зависит от напряжения и частоты. Статические характеристики нагрузки по напряжению 
, 
или по частоте 
, 
— это зависимости активной и реактивной мощностей от напряжения (или частоты) при медленных изменениях параметров режима. Имеются в виду такие медленные изменения параметров режима, при которой каждое их значение соответствует установившемуся режиму. Динамические характеристики — это те же зависимости, но при быстрых изменениях параметров режима.
Статические характеристики синхронного двигателя с независимым возбуждением по напряжению. Характеристики приведены в относительных единицах. Кривые 1, 2, 3 – это зависимости 
от напряжения соответственно при 
0,5; 1 и 2. Момент на валу и активная мощность двигателя постоянны, то есть 
.
Статические характеристики мощности по напряжению целесообразно снимать опытным путем, измеряя зависимости 
, в узлах нагрузки. В тех случаях, когда эти характеристики неизвестны, для расчетов используют типовые обобщенные статические характеристики. Эти характеристики получены расчетным путем для комплексной нагрузки (справочник).
Задание нагрузок при расчетах режимов электрических сетей и
В зависимости от задачи нагрузка в узле задается:
Нагрузка задается постоянным по модулю и фазе током
.
Такая форма представления нагрузки принимается при всех расчетах распределительных сетей низкого напряжения 
кВ. Как правило, так же задается нагрузка в городских, сельских и промышленных сетях с напряжением 
кВ.
В остальных сетях это приводит к очень большим погрешностям, что является недопустимым.
2)Нагрузка задается постоянной по величине мощностью 
, 
или 
Такой способ используется при расчетах установившихся режимов,как правило в сетях напряжением 35кВ выше.
Этот способ задания нагрузки является достаточно точным для электрических систем, и обеспечивает точный выбор отпаек РПН трансформатора.
3)Нагрузка представляется постоянным сопротивлением 
Используется для расчета тока к.з..Сопротивление в нагрузке за время выключателя приблизительно равному 0,02 сек не меняется.
В действительности U в узле нагрузки постоянно не поддерживается.
Задается статической характеристикой.
4)Нагрузка представляется постоянной проводимостью 
Обеспечивает запись ур-й установившегося режима в линейной форме (ур-е узловых напряжений)
5)Статические характеристики нагрузок по напряжению
Учет статических характеристик по напряжению оказывает существенное влияние на результаты расчета послеаварийных установившихся режимов, когда напряжение сильно отличается от номинального..
Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Источник
Статические характеристики электрической нагрузки
Процесс потребления электрической энергии отождествляется с понятием электрической нагрузки, которая характеризуется мощностью и энергией. Нагрузкой может быть один электроприемник, группа однотипных электроприемников или совокупность различных электроприемников – смешанная нагрузка.
К основным электроприемникам в электрической системе относятся:
Существует также большое число устройств и бытовых приборов, в которых сочетаются различные по типу электроприемники.
В задачах анализа установившихся режимов электрических систем необходима величина активной и реактивной мощности нагрузки. Физическая природа потребления энергии электрической нагрузкой такова, что ее активная и реактивная мощности зависят от подведенного напряжения и частоты в электрической системе. Такие зависимости носят название статических характеристик нагрузок по частоте и по напряжению. Разные типы электрических нагрузок имеют различные статические характеристики. В совокупности различных типов электроприемников рассматриваются статические характеристики смешанной нагрузки.
Статические характеристики используются при регулировании частоты и напряжения в ЭЭС. В общем они записываются как 
.
Здесь мы будем рассматривать зависимости мощности нагрузки только от напряжения – статические характеристики нагрузки по напряжению 
. При этом будем считать частоту в ЭЭС неизменной величиной. По статическим характеристикам, построенным в относительных номинальных единицах, могут быть определены регулирующие эффекты нагрузки – как производные 
в какой-либо рабочей точке характеристики, например при U = Uном.
Регулирующий эффект показывает степень снижения активной и реактивной нагрузки при изменении напряжения. Чем больше регулирующий эффект, тем сильнее изменяется мощность, потребляемая нагрузкой при изменении напряжения или частоты.
Для различных электроприемников и их сочетаний статические характеристики получаются разными и зависящими от их рабочих режимов. Практически приходится пользоваться статическими характеристиками, полученными экспериментально. В некоторых случаях их удается получить расчетным путем.
Статические характеристики изображают в координатах относительных величин – активной и реактивной мощности от частоты и напряжения (рис. 2.17).
Рис. 2.17. Средние статические нагрузки
по напряжению для смешанной нагрузки
На рис. 2.17 относительная величина напряжения U* = U / Uном, а относительные мощности определяются по отношению к номинальной или какой либо выбранной величине мощности нагрузки: P* = P / Pном, Q* = Q / Qном.
Следует отметить, что в ЭЭС и конкретно у потребителей устанавливаются специальные автоматические регулирующие устройства, которые компенсируют изменение напряжения на электроприемниках, что в значительной мере снижает регулирующие эффекты нагрузки.
В простейшем случае это стабилизаторы напряжения, а в высоковольтных сетях – мощные регулируемые компенсирующие устройства реактивной мощности и регуляторы напряжения силовых трансформаторов. Рассмотрим статические характеристики отдельных видов нагрузки.
Асинхронные двигатели
Принцип действия асинхронного двигателя основан на явлении электромагнитной индукции. В неподвижную трехфазную обмотку статора асинхронного двигателя подается переменный ток, который формирует в статоре вращающееся магнитное поле. Это поле пересекает проводники замкнутой обмотки ротора и наводит в них ЭДС, под действием которых по обмотке ротора будет протекать ток. Взаимодействие этого тока с полем статора создает на проводниках обмотки ротора электромагнитные силы – вращающий момент, направление которого определяется по правилу «левой руки». Эти силы увлекают ротор в сторону вращения магнитного потока. Скорость вращения ротора всегда меньше скорости вращения магнитного поля статора. Если предположить, что в какой-то момент времени частота вращения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекать магнитное поле статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающий момент станет равным нулю, и частота вращения ротора уменьшится по сравнению с частотой вращения поля статора, пока не возникнет вращающий момент, уравновешивающий момент нагрузки на валу двигателя и момент сил трения в подшипниках.
Асинхронные двигатели имеют различные статические характеристики. Активная мощность двигателей в значительной мере зависит от характеристик машин, приводимых во вращение двигателями. Реактивная мощность имеет разную зависимость от напряжения, обусловленную номинальной мощностью двигателя. Маломощные двигатели имеют более крутые характеристики по сравнению с мощными двигателями.
Реактивная мощность, потребляемая асинхронными двигателями, складывается из намагничивающей мощности, связанной с намагничивающим током, и мощности рассеяния, связанной с созданием полей рассеяния в статоре и роторе. При снижении напряжения реактивная мощность рассеяния растет, а намагничивающая мощность снижается. Суммарная мощность вначале снижается, а затем вновь начинает расти. При определенном напряжении, называемом критическим, дви-гатель останавливается и его дальнейшая работа становиться невозможной.
Синхронные двигатели
Вращающееся магнитное поле статора синхронной машины увлекает за собой ротор, который является электромагнитом-индуктором. Разноименные полюса магнитного поля статора и ротора притягиваются, и ротор вращается с постоянной скоростью. Для того чтобы ротор стал электромагнитом, на него подается постоянный ток – ток возбуждения. Этот ток при вращении ротора вызывает магнитное поле в статоре – реакцию якоря. В зависимости от величины тока возбуждения синхронный двигатель может работать в режиме перевозбуждения или недовозбуждения. Режим перевозбуждения – это нормальный режим работы двигателя. Мощные синхронные двигатели изготавливают с номинальным коэффициентом мощности 0,9 и 0,8 при работе с перевозбуждением.
В режиме перевозбуждения синхронный двигатель выдает реактивную мощность, т. е. имеет емкостный характер реактивной мощности по отношению к сети. При недовозбуждении синхронный двигатель имеет реактивную мощность индуктивного характера, но вследствие ограничений по устойчивости работы и перегреву лобовых частей машины максимально возможная потребляемая реактивная мощность не превышает 30 % от номинальной реактивной мощности при перевозбуждении.
Синхронные двигатели используются как источники реактивной мощности в ЭЭС и применяются для регулирования напряжения. Ток возбуждения синхронных машин изменяется в соответствии с законом регулирования напряжения в сети, поэтому статические характеристики синхронного двигателя по реактивной мощности зависят от закона регулирования напряжения в узле нагрузки, к которому он присоединен. В целом синхронные двигатели имеют положительный регулирующий эффект как по активной, так и по реактивной мощности.
Источник