淺議變電站電壓無功智能綜合控制策略

河鋼宣鋼公司設備能源部　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上，分析了電壓無功綜合控制采用的調節判據和控制策略，并在此基礎上分析了各種控制策略的優劣；同時，本文介紹了電壓無功綜合控制的具體實現方法。通過對這兩個關鍵問題的研究，可以推動智能化電壓無功綜合控制策略的鋼鐵企業的應用，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；實現方式

1.引言

宣鋼內部的變電站大部分建設于2005年左右，隨著電力系統規模的不斷擴大以及電力自動化技術的持續發展，宣鋼也不斷地對變電站自動化設備進行升級改造。但是在電壓無功綜合控制方面，卻仍然與系統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度指令來投入退出電容器組來維持功率因數的單純功率因數控制策略，已經不能滿足生產線對電壓質量的要求，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，要根據電壓和無功數值的上、下限來將電壓無功平面坐標系分成九個矩形區域，并且針對不同的區域制定對應的控制策略。在對系統進行控制時，要根據當前系統運行區間對應的控制策略來對有載調壓變壓器和并聯電容器組進行操作，并根據操作后的結果進行觀察，直到達到用戶設定的目標值。采用這種控制方法克服了傳統單獨電壓判據下進行調節對系統無功補償功率的影響，也在很大程度上避免了傳統調節方式下電容器組經常出現錯誤投切的缺點。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，這就導致控制策略存在很大的盲目性和不確定性，最顯著的表現就是設備需要頻繁投切來完成調節，嚴重影響了設備的使用壽命，增加了設備的故障率。

（2）基于專家系統的變電站電壓無功綜合控制

專家系統是建立在對專家解決問題的過程進行模擬的基礎上設計的計算機程序，它非常適合應用在沒有確切數學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驗知識，結合歷史調控過程及數據，通過自啟發方式來進行解決。電力系統電壓無功綜合控制過程中，有經驗的調度員通常能夠根據自己掌握的調節計算知識以及操作經驗來制定系統調節策略，實際證明，這些策略控制的效果也比較好。專家系統運用在電壓無功綜合控制中，依靠控制裝置中已經存儲的變電站歷次進行系統電壓無功控制的數據，通過分析當前系統所處的運行狀態，在歷史數據庫中搜索與之對應的控制策略，從而實現對系統的良好控制。通過專家系統的應用和發展，已經對專家系統在動作策略的修改和對變電站負荷變化的自動適應方面有了很大的改善，使得專家系統能夠較好的滿足電壓無功綜合控制的需求，但是，專家系統本身存在的對知識的獲取渠道單一同時表達不夠完備，以及接口不友好等缺點，其發展仍然受到制約。

（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相互沖突的優化問題上，在電力系統電壓無功綜合控制調節時，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行控制，可以在無功調節判據中引入電壓的變化量，將原先基于固定邊界的無功功率變為基于模糊無功邊界，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，電壓無功能夠實現動態平衡，避免出現無功調節震蕩現象，可以減少開關設備的動作次數，提高開關設備動作的準確性。利用模糊理論制定電壓無功調節的策略，建立一個兩輸入兩輸出的模糊控制系統，輸入變量應該選取二次側電壓和系統無功功率的偏差量，輸出量為驅動變壓器分接頭以及補償電容器組的投切開關。在整個控制策略的實現過程中，如何選擇無功和電壓的隸屬度函數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方法

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

（1）自動化系統后臺軟件VQC

該種電壓無功軟件綜合控制系統是在變電站綜合自動化系統中實現的，對電壓無功的控制作為綜合自動化系統的一個模塊，在這種模式下，VQC系統的輸入輸出回路可以完全依靠綜合自動化系統的輸入輸出模塊。這種實現方式的優點就是無需增加硬件投資，就可減少系統投入所需要的硬件投資和施工內容，降低投資費用；缺點就是VQC依賴于變電站綜合自動化系統的網絡和電氣硬件回路，在綜合自動化系統進行系統操作或者調試時，VQC系統無法正常運行。另外，因為要涉及到從綜合自動化系統數據庫中調用所需要的數據，一定程度上還受到系統延時的影響，不能完全滿足系統的閉鎖速度要求。

（2）自動化系統網絡VQC

這種VQC系統與后臺軟件系統VQC在硬件回路上結構相同，都是在變電站綜合自動化系統的基礎上建立的，但是自動化網絡VQC在此基礎上增加了單獨用于VQC控制的中央處理單元，中央處理單元通過內置的控制系統來完成數據的調用、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系統的可靠性受到綜合自動化系統輸入輸出單元、網絡通信單元和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，則整個系統的參數設置和調試就比較困難。

（3）自帶輸入輸出系統的VQC

這種VQC在系統結構上不依賴變電站綜合自動化系統，在軟件、硬件上都實現了完全的獨立性，依靠自身建立起來的輸入輸出系統和通信系統，在對變電站進行電壓無功綜合控制時可以依賴穩定、獨立的通信單元實現快速反應，同時依賴自身硬件實現快速閉鎖和操作輸出。這種VQC系統的數據采集實現了獨立性，大大提高了系統運行的可靠性。但是這種VQC系統的建立需要增加輸入輸出通信設備，在功能實現的整體投資上增加幅度較大，同時，整個系統的安裝難度也遠遠高于前兩種。

4.結束語

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方式，根據同行業的實際使用經驗，宣鋼目前的變電站設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，通過智能控制技術與經驗知識的結合，能夠有效的提高變電站電壓無功綜合控制水平。

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