基于ＴＳＣ和模糊專家系統的電壓無功控制裝置的設計

摘要 設計基于TSC和模糊專家系統的電壓無功綜合控制裝置，介紹控制原理，描述系統的軟硬件結構，經數字仿真能取得良好的控制效果。

關鍵詞 電壓無功控制；模糊專家系統；TSC；VQC

中圖分類號 G642 文獻標識碼 A 文章編號 1671-489X（2008）016-0131-03

1 引言

在國際原油日益緊張的今天，節能已成為全世界的第一大主題。同樣，在電力行業中，如何提高電能質量、降低損耗的問題也顯得尤為重要。電壓無功的最優控制是提高供電質量、減少線路損耗的主要手段。

本文設計的新型電壓無功控制裝置，解決了調節次數的問題，具備了模糊控制處理不確定性問題的能力和專家系統的綜合決策能力，彌補了當前電壓無功控制裝置存在的不足。

2 控制原理

2.1 TSC控制方式[1]變電站電壓無功控制的基本原則是：保證電壓合格，無功基本平衡，盡量減少調節次數。與機械開關相比，電力電子開關克服了過去傳統設備不可控、可靠性低、開斷設備易損壞和維護煩瑣等缺點，可以實現頻繁投切。故本裝置采用TSC控制方式。

TSC的典型裝置通常由兩大部分組成：一部分為TSC主電路，它包括晶閘管閥(若干組)、補償電容器(同樣分成若干組)及阻尼電抗器；另一部分為TSC控制系統，主要由數據采集與檢測、參數運算、投切控制、觸發控制4個環節組成。

TSC關鍵技術問題是觸發控制，這里采用了先進的過零觸發電路，以電壓過零型光耦雙向晶閘管取代了由分立元件組成的功放電路及脈沖變壓器等驅動環節，簡化了觸發控制電路的結構。

2.2 模糊專家系統控制策略目前用于變電站電壓無功綜合控制的方法主要有：固定邊界的電壓無功綜合控制、與電壓關聯的無功邊界的電壓無功綜合控制、電壓無功綜合調節的模糊控制、基于專家系統的電壓無功綜合控制等。

模糊控制方法適于處理不確定性、不精確性以及噪聲帶來的問題，易于實現知識的抽取和表達；具有較強的魯棒性，能夠克服非線性因素的影響；但不能簡化問題，難于提高決策速度。專家系統則能夠使用邏輯性知識，有效地簡化問題，快速求解問題的啟發性知識，能夠運用人類專家的知識和解決問題的方法進行推理和判斷，具有較強的綜合決策能力；但容錯能力較差，不能很好地處理不確定性問題。為此，本文提出了基于模糊控制和專家系統的電壓無功控制方法，即模糊專家控制系統（見圖1）。

該控制系統主要分為兩個實現模塊：第一級是電壓無功模糊控制器模塊，主要功能是識別變電站當前的運行狀態，并給出初步的控制策略。第二級模塊—電壓無功綜合決策控制模塊，主要功能是利用模糊控制器的結果，再結合考慮變電站當前可用的調壓控制手段、調壓設備狀態、控制優化原則、變電站的負荷變化趨勢等來確定使電壓無功返回到合格區域的控制命令。

3 裝置軟硬件設計[2]

3.1 硬件結構本裝置采用主從控制器結構，主控制器采用研華科技生產的工業控制計算機IPC-610為硬件平臺，輔以外圍模塊（智能傳感器、電源等），從控制器為基于PSD芯片的單片機系統，輔以晶閘管觸發系統，就構成了本裝置完整的硬件體系（見圖2）。

3.2 軟件結構VQC裝置采用北京亞控公司的工業組態軟件組態王6.03。軟件部分的設計主要包括：主控制器軟件部分（用戶界面與狀態顯示、通訊功能、數據處理部分、通信與控制部分、監測顯示功能、控制功能、遠程手動控制部分、自動檢測與控制功能、運行方式自適應功能），從控制器軟件部分（定值整定、控制TSC投切、閉鎖功能），其結構流程圖如圖3、圖4所示。

4 仿真及結果

采用Matlab 7.0進行仿真實驗。由于研究變電站VQC問題時電網中必須有一個無窮大點，因此直接取最簡單的一種電力系統，即單機—無窮大系統開展仿真分析，如圖5所示。

為了驗證TSC裝置的模糊專家系統控制投切規律，在同樣負載條件下，分別按傳統九區圖法、模糊控制和模糊專家控制三種不同的控制方式投切電容器組，進行對比實驗。實驗結果見表1，變化曲線見圖6、圖7。

從以上結果可以看出，采用模糊專家控制方式投切電容器，較好地協調了負荷無功功率、結點電壓、功率因數三者之間的關系，解決了電壓質量和功率因數之間的矛盾，達到了比較理想的控制效果。

5 結論

本文設計的新型電壓無功控制裝置采用了模糊控制和專家系統的電壓無功控制方法，提出基于TSC的電壓無功優化方案，通過仿真實驗研究表明，控制效果令人滿意。

參考文獻

[1]何湘陽，黃純，周曉珊.晶閘管智能投切無功補償裝置的研究與設計[J].大眾科技，2007(99):114-115

[2]何湘陽，黃純.變電站電壓無功優化分散控制裝置的研制[J].岳陽職業技術學院學報，2006，21(1):65-68