變電站電壓無功控制策略研究

張 倩 于 雷 張明軍

1.山東大學(xué)威海分校機(jī)電與信息學(xué)院 山東 威海 220582；2.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250061

0 引言

電壓是衡量電能質(zhì)量的一項重要指標(biāo)，保證電壓合格，是電力系統(tǒng)安全優(yōu)質(zhì)供電的重要條件。無功是影響電壓質(zhì)量的重要因素，實現(xiàn)無功的分層、分區(qū)、就地平衡是降低網(wǎng)損、保持電壓合格的重要手段。在各級變電站利用電壓無功綜合控制裝置對有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器進(jìn)行控制，以保證母線側(cè)電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，進(jìn)線功率因數(shù)盡可能接近1。

而控制裝置的控制策略更為重要。下面給出了兩種控制策略并進(jìn)行了實例仿真比較。

1 模糊無功邊界的“九區(qū)圖”控制策略

傳統(tǒng)“九區(qū)圖”的電壓調(diào)節(jié)判據(jù)和無功調(diào)節(jié)判據(jù)是互不相關(guān)的［1］。電壓調(diào)節(jié)判據(jù)根據(jù)電壓合格范圍整定；無功調(diào)節(jié)判據(jù)根據(jù)無功基本平衡和電容器組的容量以及保持投切相對穩(wěn)定原則整定，沒有考慮無功調(diào)節(jié)對電壓狀態(tài)的影響。

將電壓狀態(tài)引入無功調(diào)節(jié)判據(jù)，把“九區(qū)圖”原先固定的無功上下限邊界變?yōu)槭茈妷籂顟B(tài)影響的無功模糊邊界。如圖1所示。其中各個區(qū)域?qū)?yīng)的控制策略與“九區(qū)圖”相似。在Δabc和Δcde兩個區(qū)域充分考慮了電壓對無功的影響。在Δabc區(qū)域中，電壓偏上限，無功不是很缺，此時不動作，避免因投電容器操作引起電容器投切振蕩；在Δcde區(qū)域中，電壓偏下限，無功偏上限，投電容器操作，避免因負(fù)荷波動造成電壓質(zhì)量不合格。

圖1 模糊無功邊界“九區(qū)圖”

采用模糊無功邊界“九區(qū)圖”控制策略，可以在保持無功調(diào)節(jié)次數(shù)和無功補償效果不變的情況下，有效地減少分接開關(guān)的調(diào)節(jié)次數(shù)，進(jìn)而延長有載分接開關(guān)的使用壽命。

2 “五區(qū)圖”控制策略

“九區(qū)圖”及模糊無功邊界“九區(qū)圖”的控制策略是將控制目標(biāo)對象U、Q直接引入控制思路，在數(shù)學(xué)模型上采用最簡易的大小比較的方式，在U-Q平面上就形成了經(jīng)典的“井”字型動作區(qū)間劃分。

根據(jù)具體操作動作性質(zhì)的不同，任何一種VQC裝置的最基本操作動作分為：

1）不動作；2）升變壓器檔位；3）降變壓器檔位；4）投電容；5）切電容。

根據(jù)所給的控制目標(biāo)，同時兼顧各種閉鎖約束條件，比較判斷5種操作動作中最優(yōu)的一種作為實際執(zhí)行命令，就形成了直接以裝置動作為控制對象，面向操作動作的控制思想。

將5種不同的操作動作在U-Q平面上當(dāng)前工作點處矢量化［3］，如圖2所示。

圖2 操作動作矢量圖

五個操作矢量分別為：

0：不動作矢量：f0（Q，U）=（Q，U）；

1：升檔矢量：f1（Q，U）=（Q，U+dU）；

2：降檔矢量：f2（Q，U）=（Q，U-dU）；

3：投C矢量：f3（Q，U）=（Q-QC，U+UC）；

4：切C矢量：f4（Q，U）=（Q+QC，U-UC）。

每種操作動作都將改變系統(tǒng)電壓無功的運行狀態(tài)，使當(dāng)前工作點M（Q，U）產(chǎn)生移動。假設(shè)執(zhí)行完第i號操作動作后，系統(tǒng)工作點移動到Mi（Qi，Ui），定義Mi（Qi，Ui）到理想目標(biāo)工作點Mp（Qp， Up）距離的平方為操作優(yōu)劣距離：

以Li最小為比較判斷控制效果優(yōu)劣的依據(jù)，就形成了以操作優(yōu)劣距離最短為判據(jù)，來確定最優(yōu)操作動作的控制策略。

文獻(xiàn)【2】用MATLAB對以上操作矢量模型進(jìn)行仿真分析，在U-Q平面得到圖3所示的控制區(qū)間示意圖，該圖仿照“九區(qū)圖”的名稱可稱為“五區(qū)圖”。

圖3 “五區(qū)圖”示意圖

3 基于“五區(qū)圖”和模糊無功邊界“九區(qū)圖”控制策略的電壓無功模糊控制仿真比較［3］

以110kV變電站為例，如圖4簡單變電站等值電路模型。其中各部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

圖4 變電站等值電路模型

系統(tǒng)：假設(shè)為理想無窮大系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)阻抗為0；

變壓器：OLTC（有載調(diào)壓雙繞組變壓器），型號為SFZQ7—31500/110， 變比為115±8×1.25%kV/10.5kV；

進(jìn)線參數(shù)：LGJ—185/30，100km，r1=0.17Ω/km，x1=0.41Ω/km；

補償電容器組：額定電壓10.5kV，共4組，每組容量2400kvar；仿真曲線比較及分析。

仿真一：以“五區(qū)圖”控制策略為控制規(guī)則；仿真二：以模糊無功邊界“九區(qū)圖”控制策略為控制規(guī)則。下面給出這兩種不同控制策略下的電壓變化曲線及無功變化曲線比較。

仿真一和仿真二的數(shù)據(jù)結(jié)果對比情況如圖5和6所示。兩種控制策略均能基本滿足變電站電壓無功控制的目標(biāo)。但基于“五區(qū)圖”控制策略的變電站電壓無功模糊控制要優(yōu)于采用模糊邊界 “九區(qū)圖”控制策略下的變電站電壓無功模糊控制。首先，基于“五區(qū)圖”的模糊控制方式的變壓器動作次數(shù)明顯要少；其次，采用基于“五區(qū)圖”的模糊控制所得到的低壓側(cè)母線電壓相較于采用模糊無功邊界“九區(qū)圖”的模糊控制所得到的結(jié)果要平緩的多。無功變化情況雖然幾近相似，但是采用“五區(qū)圖”的變電站電壓無功模糊控制的效果更能滿足變電站對無功的要求?？梢姡趯ψ冸娬具M(jìn)行電壓無功控制時，所采用控制策略的優(yōu)劣是影響控制效果的一個重要方面。

圖5 主變低壓側(cè)母線電壓變化曲線

圖6 主變高壓側(cè)無功變化曲線

采用了“五區(qū)圖”控制策略的以操作優(yōu)劣距離作為控制判據(jù)，很好地解決了控制中存在的盲目性。

4 結(jié)語

運用模糊控制方法對基于模糊無功邊界的“九區(qū)圖”及“五區(qū)圖”的控制策略進(jìn)行仿真，可知基于“五區(qū)圖”的模糊控制策略能夠有效地改善變電站電壓無功控制效果，使變壓器分接頭和電容器組的動作更具有針對性，避免了控制動作的盲目性和不確定性。而且控制動作后的主變高壓側(cè)無功功率和低壓側(cè)母線電壓均能滿足要求。

［1］張明軍，董潔，蔣霞，厲吉文.電壓無功綜合調(diào)節(jié)判據(jù)的分析 ［J］.山東大學(xué)學(xué) 報（工學(xué)版），2003，33（01）：22～24，28.

［2］蔡凱.電壓無功綜合控制裝置控制原理的新討論—由“九區(qū)圖”到 “五區(qū)圖”.電力系統(tǒng)自動化［J］.2004，28（19）：92～95.

［3］于雷.基于“五區(qū)圖”變電站電壓無功模糊控制［D］.碩士學(xué)位論文，濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.