淺議變電站電壓無功智能綜合控制策略

河鋼宣鋼公司設(shè)備能源部　尹燕民

淺議變電站電壓無功智能綜合控制策略

河鋼宣鋼公司設(shè)備能源部尹燕民

本文立足宣鋼變電站實際情況，在廣泛查閱資料的基礎(chǔ)上，分析了電壓無功綜合控制采用的調(diào)節(jié)判據(jù)和控制策略，并在此基礎(chǔ)上分析了各種控制策略的優(yōu)劣；同時，本文介紹了電壓無功綜合控制的具體實現(xiàn)方法。通過對這兩個關(guān)鍵問題的研究，可以推動智能化電壓無功綜合控制策略的鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用，提高電壓無功綜合控制水平。

電壓無功綜合控制；控制策略；模糊控制；實現(xiàn)方式

1.引言

宣鋼內(nèi)部的變電站大部分建設(shè)于2005年左右，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴大以及電力自動化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，宣鋼也不斷地對變電站自動化設(shè)備進(jìn)行升級改造。但是在電壓無功綜合控制方面，卻仍然與系統(tǒng)運行的實際要求有著較大的差距。目前采用的仍然是依靠調(diào)度指令來投入退出電容器組來維持功率因數(shù)的單純功率因數(shù)控制策略，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)線對電壓質(zhì)量的要求，因此，探討變電站電壓無功綜合控制策略，對于提高變電站電壓無功綜合控制水平有著重要的現(xiàn)實意義。

2.電壓無功綜合控制采用的控制策略分析

（1）固定邊界的變電站電壓無功綜合控制

采用這種控制策略，要根據(jù)電壓和無功數(shù)值的上、下限來將電壓無功平面坐標(biāo)系分成九個矩形區(qū)域，并且針對不同的區(qū)域制定對應(yīng)的控制策略。在對系統(tǒng)進(jìn)行控制時，要根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)運行區(qū)間對應(yīng)的控制策略來對有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組進(jìn)行操作，并根據(jù)操作后的結(jié)果進(jìn)行觀察，直到達(dá)到用戶設(shè)定的目標(biāo)值。采用這種控制方法克服了傳統(tǒng)單獨電壓判據(jù)下進(jìn)行調(diào)節(jié)對系統(tǒng)無功補償功率的影響，也在很大程度上避免了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式下電容器組經(jīng)常出現(xiàn)錯誤投切的缺點。但是基于固定邊界的電壓無功綜合控制在制定控制策略時，不能充分體現(xiàn)出無功功率增減對電壓的影響，運算分析信息過于隨機和分散，這就導(dǎo)致控制策略存在很大的盲目性和不確定性，最顯著的表現(xiàn)就是設(shè)備需要頻繁投切來完成調(diào)節(jié)，嚴(yán)重影響了設(shè)備的使用壽命，增加了設(shè)備的故障率。

（2）基于專家系統(tǒng)的變電站電壓無功綜合控制

專家系統(tǒng)是建立在對專家解決問題的過程進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上設(shè)計的計算機程序，它非常適合應(yīng)用在沒有確切數(shù)學(xué)模型和算法的研究對象上，這些研究對象往往可以利用專家的經(jīng)驗知識，結(jié)合歷史調(diào)控過程及數(shù)據(jù)，通過自啟發(fā)方式來進(jìn)行解決。電力系統(tǒng)電壓無功綜合控制過程中，有經(jīng)驗的調(diào)度員通常能夠根據(jù)自己掌握的調(diào)節(jié)計算知識以及操作經(jīng)驗來制定系統(tǒng)調(diào)節(jié)策略，實際證明，這些策略控制的效果也比較好。專家系統(tǒng)運用在電壓無功綜合控制中，依靠控制裝置中已經(jīng)存儲的變電站歷次進(jìn)行系統(tǒng)電壓無功控制的數(shù)據(jù)，通過分析當(dāng)前系統(tǒng)所處的運行狀態(tài)，在歷史數(shù)據(jù)庫中搜索與之對應(yīng)的控制策略，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)的良好控制。通過專家系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)對專家系統(tǒng)在動作策略的修改和對變電站負(fù)荷變化的自動適應(yīng)方面有了很大的改善，使得專家系統(tǒng)能夠較好的滿足電壓無功綜合控制的需求，但是，專家系統(tǒng)本身存在的對知識的獲取渠道單一同時表達(dá)不夠完備，以及接口不友好等缺點，其發(fā)展仍然受到制約。

（3）基于模糊理論的變電站電壓無功綜合控制

模糊控制理論非常適合運用在解決量綱不同且目標(biāo)相互沖突的優(yōu)化問題上，在電力系統(tǒng)電壓無功綜合控制調(diào)節(jié)時，電壓的變化和無功的變化相互影響，若采用模糊控制策略進(jìn)行控制，可以在無功調(diào)節(jié)判據(jù)中引入電壓的變化量，將原先基于固定邊界的無功功率變?yōu)榛谀：裏o功邊界，這樣的控制策略下，無功控制的邊界為兩條斜率隨電壓變化而改變的斜線，電壓無功能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)平衡，避免出現(xiàn)無功調(diào)節(jié)震蕩現(xiàn)象，可以減少開關(guān)設(shè)備的動作次數(shù)，提高開關(guān)設(shè)備動作的準(zhǔn)確性。利用模糊理論制定電壓無功調(diào)節(jié)的策略，建立一個兩輸入兩輸出的模糊控制系統(tǒng)，輸入變量應(yīng)該選取二次側(cè)電壓和系統(tǒng)無功功率的偏差量，輸出量為驅(qū)動變壓器分接頭以及補償電容器組的投切開關(guān)。在整個控制策略的實現(xiàn)過程中，如何選擇無功和電壓的隸屬度函數(shù)以及電壓無功的控制方法是存在的難點。

3.電壓無功綜合控制的具體實現(xiàn)方法

在實際運用中變電站電壓無功綜合控制系統(tǒng)（簡稱VQC）可以采用多種不同的方式來實現(xiàn)，按照實現(xiàn)方式可以概括為以下三種。

（1）自動化系統(tǒng)后臺軟件VQC

該種電壓無功軟件綜合控制系統(tǒng)是在變電站綜合自動化系統(tǒng)中實現(xiàn)的，對電壓無功的控制作為綜合自動化系統(tǒng)的一個模塊，在這種模式下，VQC系統(tǒng)的輸入輸出回路可以完全依靠綜合自動化系統(tǒng)的輸入輸出模塊。這種實現(xiàn)方式的優(yōu)點就是無需增加硬件投資，就可減少系統(tǒng)投入所需要的硬件投資和施工內(nèi)容，降低投資費用；缺點就是VQC依賴于變電站綜合自動化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和電氣硬件回路，在綜合自動化系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)操作或者調(diào)試時，VQC系統(tǒng)無法正常運行。另外，因為要涉及到從綜合自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中調(diào)用所需要的數(shù)據(jù)，一定程度上還受到系統(tǒng)延時的影響，不能完全滿足系統(tǒng)的閉鎖速度要求。

（2）自動化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)VQC

這種VQC系統(tǒng)與后臺軟件系統(tǒng)VQC在硬件回路上結(jié)構(gòu)相同，都是在變電站綜合自動化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，但是自動化網(wǎng)絡(luò)VQC在此基礎(chǔ)上增加了單獨用于VQC控制的中央處理單元，中央處理單元通過內(nèi)置的控制系統(tǒng)來完成數(shù)據(jù)的調(diào)用、分析和控制邏輯輸出，在處理速度上得到了較大程度的提升。這種VQC系統(tǒng)的可靠性受到綜合自動化系統(tǒng)輸入輸出單元、網(wǎng)絡(luò)通信單元和VQC主機的影響。如果VQC主機采用的電腦可以提供的存儲器容量有限，則整個系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和調(diào)試就比較困難。

（3）自帶輸入輸出系統(tǒng)的VQC

這種VQC在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上不依賴變電站綜合自動化系統(tǒng)，在軟件、硬件上都實現(xiàn)了完全的獨立性，依靠自身建立起來的輸入輸出系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，在對變電站進(jìn)行電壓無功綜合控制時可以依賴穩(wěn)定、獨立的通信單元實現(xiàn)快速反應(yīng)，同時依賴自身硬件實現(xiàn)快速閉鎖和操作輸出。這種VQC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實現(xiàn)了獨立性，大大提高了系統(tǒng)運行的可靠性。但是這種VQC系統(tǒng)的建立需要增加輸入輸出通信設(shè)備，在功能實現(xiàn)的整體投資上增加幅度較大，同時，整個系統(tǒng)的安裝難度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前兩種。

4.結(jié)束語

本文概括的介紹了電壓無功綜合控制的策略和具體的實現(xiàn)方式，根據(jù)同行業(yè)的實際使用經(jīng)驗，宣鋼目前的變電站設(shè)備水平適合建立基于模糊理論的變電站電壓無功綜合控制系統(tǒng)，通過智能控制技術(shù)與經(jīng)驗知識的結(jié)合，能夠有效的提高變電站電壓無功綜合控制水平。

［1］孫亮.變電站電壓無功自動控制策略與系統(tǒng)設(shè)計［D］.天津大學(xué)，2010.

［2］孫文生，張明軍.關(guān)于“五區(qū)圖”電壓無功綜合控制原理的再討論［J］.電力系統(tǒng)自動化，2005（23）.

［3］陳桑紅.變電站無功電壓優(yōu)化控制策略研究與實現(xiàn)［D］.浙江大學(xué)，2011.

［4］曹亞旭.變電站電壓無功控制策略研究［D］.華北電力大學(xué)（河北），2010.