基于模糊控制理論的變電站電壓/無(wú)功微機(jī)自動(dòng)控制裝置

1、概述

電壓/無(wú)功控制是我國(guó)電力系統(tǒng)運(yùn)行急待解決的技術(shù)問(wèn)題之一。變電站電壓/無(wú)功微機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)要求能綜合利用站內(nèi)的有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補(bǔ)償電容器組這些調(diào)控手段，控制系統(tǒng)電壓在一定范圍，改善功率因數(shù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)功就地平衡，提高電壓運(yùn)行的合格率，減少線路上的有功損耗，達(dá)到提高電壓質(zhì)量和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的目的。

2、變電站電壓/無(wú)功綜合控制裝置的現(xiàn)狀

電壓合格率是衡量電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。為改善電壓質(zhì)量，提高電壓合格率，供電部門在110KV及以下電壓等級(jí)的電網(wǎng)中廣泛采用有載調(diào)壓變壓器，許多供電企業(yè)在110KV及以下電壓等級(jí)電網(wǎng)中已實(shí)現(xiàn)了100%一級(jí)有載調(diào)壓覆蓋蓋，城網(wǎng)甚至達(dá)到了100%二級(jí)有載調(diào)壓覆蓋。為了使調(diào)壓手段多樣化，同時(shí)減少電網(wǎng)中輸送的無(wú)功功率，降低電能損耗，各級(jí)變電站普遍配置了一定數(shù)量的并聯(lián)無(wú)功補(bǔ)償電容器組。

3、裝置功能設(shè)計(jì)

3.1裝置控制目標(biāo)

裝置的控制目標(biāo)可以用三句話概述：保證電壓合格，無(wú)功基本平衡，盡量減少調(diào)壓次數(shù)。

3.2裝置硬件結(jié)構(gòu)

變電站電壓/無(wú)功微機(jī)自動(dòng)控制裝置（以下簡(jiǎn)稱VQAC裝置），采用模糊控制技術(shù)和反時(shí)限方法，綜合利用有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補(bǔ)償電容器組的調(diào)控手段，達(dá)到最佳的電壓控制效果，對(duì)負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)及突發(fā)事故具有在線修改控制策略的能力，同時(shí)系統(tǒng)具備運(yùn)行異常的自動(dòng)閉鎖能力，防止誤操作，保證系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性。

VQAC裝置由硬件和軟件兩大部分組成。硬件以工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（Pentium 233）為主體，輔以獨(dú)立的可編程的模擬量采集板（YC模板）、開關(guān)量采集板（YX模板）、控制對(duì)象輸出板（YK模板）、電壓諧波分析模板（XB模板）以及I/O接口、彩色顯示器、打印機(jī)、軟驅(qū)、光驅(qū)、鍵盤、鼠標(biāo)、電壓、電流互感器、開關(guān)電源等一系列接口部件組成，整個(gè)裝置的硬件可分為主機(jī)層、采樣層及繼電變送層三部分。

主機(jī)層、采樣層及繼電層均安裝在VQAC裝置中。裝置背面為繼電變送層，安裝控制用的繼電器和電壓、電流信號(hào)變換用的電壓、電流變送器。繼電變送層與采樣層通過(guò)遙控、遙信、遙測(cè)接線板連接。采樣層中的電量采集板（YC模板）、開關(guān)量采集板（YX模板）、控制對(duì)象輸出板（YK模板）、電壓諧波分析模板（XB模板）置于工業(yè)控制計(jì)算機(jī)的插槽中，各功能模板與CPU主板通過(guò)I/O口交換數(shù)據(jù)，各功能模板的I/O口地址可通過(guò)跳線設(shè)置。

3.3軟件總體框圖

根據(jù)軟件的功能模塊及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理，軟件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

模擬量、開關(guān)量數(shù)據(jù)通過(guò)輸入/輸出接口讀入數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)，由乘系數(shù)軟件包將無(wú)量綱電量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有量綱的數(shù)據(jù)，格式轉(zhuǎn)換軟件包則將各開關(guān)量分解出來(lái)存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。一些人工控制量、修改量也將存入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中。數(shù)據(jù)存檔軟件包定時(shí)將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存檔生成歷史數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)通過(guò)顯示、打印軟件包實(shí)現(xiàn)顯示、打印功能。算法與控制軟件包從實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取所需的數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析、計(jì)算，得出分析計(jì)算結(jié)果。一方面，將結(jié)果反饋回實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)庫(kù)；另一方面，將結(jié)果送入輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)變壓器分接頭和投切電容器組。

電壓/無(wú)功智能控制在控制算法中實(shí)現(xiàn)。控制算法包括了六個(gè)環(huán)節(jié)：預(yù)處理、反時(shí)限、輸入量模糊化、模糊規(guī)則、控制策略以及閉鎖處理。

3.4軟件功能分解說(shuō)明

為了滿足系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)時(shí)性和可靠性，同時(shí)兼有友善的用戶界面，軟件按功能分為人機(jī)接口模塊、打印模塊、數(shù)據(jù)存檔模塊、I/O接口模塊及算法與控制模塊五個(gè)部分。

4.4.1人機(jī)接口模塊 人機(jī)接口模塊主要完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示及人工控制、修改等功能。

4.4.2打印模塊 打印模塊主要完成的功能有：分接頭開關(guān)動(dòng)作及電容器組投切操作的實(shí)時(shí)打印，遙信變位打印，各類參數(shù)報(bào)表及運(yùn)行曲線的定時(shí)打印，召喚打印等。

4.4.3數(shù)據(jù)存檔模塊 數(shù)據(jù)存檔模塊主要完成重要的歷史數(shù)據(jù)存檔功能。這些數(shù)據(jù)包括：電壓合格率，諧波含量分析數(shù)據(jù)，電壓運(yùn)行曲線數(shù)據(jù)，功率因數(shù)運(yùn)行曲線數(shù)據(jù)，有功、無(wú)功功率運(yùn)行曲線數(shù)據(jù)，分接頭操作記錄，電容器組操作記錄，遙信變位記錄等。

4.4.4 I/O接口模塊

該模塊實(shí)現(xiàn)主機(jī)與各功能模板間的數(shù)據(jù)通信（并行），VQAC裝置與當(dāng)?shù)豏TU或變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的通信（串行），以及通過(guò)MODEM與調(diào)度中心的通信（串行）。通信中的信息主要包括：模擬量信息、狀態(tài)信息、控制信息、報(bào)文信息等。

4.4.5算法與控制模塊

該模塊是VQAC裝置進(jìn)行有效控制的核心部分，通過(guò)一系列控制算法的分析和計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)電壓無(wú)功的最佳控制。主要包括：在線負(fù)荷短期預(yù)測(cè)，電壓運(yùn)行曲線擬定，模糊控制算法，諧波分量分析算法，電量標(biāo)度變換及格式轉(zhuǎn)換，串行通信報(bào)文打包，電壓控制策略的制定，電容器組三相電流不平衡度的分析，變壓器分接頭和電容器組的調(diào)控，事故閉鎖控制，系統(tǒng)自診斷，系統(tǒng)自舉，等功能。

4.控制流程

控制部分的設(shè)計(jì)包括人機(jī)接口和后臺(tái)運(yùn)行兩部分。人機(jī)接口部分主要包括控制方式和控制手段的選擇、控制參數(shù)及控制出口時(shí)間的設(shè)置、手動(dòng)控制及監(jiān)視控制的實(shí)時(shí)狀態(tài)。后臺(tái)運(yùn)行部分則是依據(jù)運(yùn)行人員所設(shè)置的控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。此處，根據(jù)控制方法設(shè)置了兩個(gè)定時(shí)器，分別對(duì)電壓和無(wú)功功率進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)兩個(gè)電量之一超出規(guī)定的范圍，即開始進(jìn)行反時(shí)限面積累積，當(dāng)兩個(gè)電量之一的反時(shí)限面積超出既定的面積限置，啟動(dòng)控制規(guī)則，根據(jù)控制規(guī)則產(chǎn)生相應(yīng)的控制事件。

5、結(jié)束語(yǔ)

銅山供電局與四川聯(lián)合大學(xué)共同研制的基于模糊控制理論的變電站電壓/無(wú)功微機(jī)自動(dòng)控制裝置體現(xiàn)了90年代電力自動(dòng)控制裝置的技術(shù)水平，具有分布式的開放性體系結(jié)構(gòu)，突坡了傳統(tǒng)九區(qū)圖的種種不便，完全可以滿足變電站電壓/無(wú)功綜合自動(dòng)控制的要求，為實(shí)現(xiàn)變電站真正意義上的無(wú)人值班和減員增效提供了技術(shù)條件，也為今后實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)電壓/無(wú)功自動(dòng)控制奠定了理論基礎(chǔ)，同時(shí)，也為國(guó)內(nèi)其他兄弟單位提供了有益的經(jīng)驗(yàn)和借鑒。

參考文獻(xiàn)

[1]盧強(qiáng)，孫元章.（Lu Qiang，Sun Yuanzhang），電力系統(tǒng)非線性控制（Nonlinear Control of Power System）北京：科學(xué)出版社（Beijing Science Publishing Company），1993

作者簡(jiǎn)介

侯永全（1973-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動(dòng)化、電壓無(wú)功控制的研究和工程化工作。