模糊動態規劃法在變電站電壓無功控制中的應用

鄧 昱，趙 劍

（國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇 南京 211106）

0 引 言

隨著城市電網改革的推進，優化運營方案已成為1項現實且緊迫的任務。配電網電容器投切是優化城市配電網工作技術的重點，能夠有效降低城市配電網的有功損失和電壓損耗，提高城市配電網的安全性和穩定性[1-3]。電網電壓是衡量城市電氣性能的1項重要技術指標。電壓過高或過低不僅會降低城市電力設備的正常運行壽命和效益，而且將嚴重危害城市供電系統的安全平穩運行和正常經濟運行[4]。無功補償系統是影響輸出電流大小的最主要因子，完成了對無功功率控制電流大小的分層、分區調節以及就地均衡，控制輸出電流大小合格變化[5]。因此，變電站系統中無功補償技術管理的最主要任務是通過改變有載調壓變壓器中各接點的相對位置，直接投切無功功率控制補償系統，完成供電壓力調節的時間與無功功率控制調節的時間就地均衡，減少變壓器內有載調壓開關的調整時間和無功功率調節裝置開關的投切時間[6]。電網無功綜合管理系統解決了多指標和多限值的最優控制問題，管理策略效益直接決定變電站電壓與無功管理系統的經濟效益[7]。

1 變電站電壓無功控制應用的必要性

在電能的傳遞和分配過程中，隨著電纜和變壓器的內部損耗，出現了規模巨大的電力損失。電力產品質量的優劣取決于工農業提供的產品質量和產量是否達標，也取決于供電系統是否能夠安全良好運轉。合理降低電力系統網損，向消費者提供安全、高質量以及穩定的電力產品，有助于實現節約能源、降低成本、提高民眾的生活質量。

額定電壓質量是反映系統電源性能的1項關鍵技術指標。系統通過調節供電設備控制輸出電流的最大額定值，供電裝置嚴格按照最大額定值容量設計生產。若它與額定電壓質量偏離太大，不但影響系統的正常運行，而且可能導致網損的電流范圍逐步擴大，甚至威脅系統工作的穩定性。系統無功功率控制器缺失或無功功率控制器分配方法錯誤，將導致系統額定電壓效率下降。

2 模糊控制理論概述

模糊控制系統把模糊語言與模糊系統數學性質的理論描述及模糊邏輯的基本原理推導成為理論基礎，利用計算機技術組成1個封閉結構并帶有反饋通路的數字控制器，組成核心為高度智能化的模糊控制器。模糊控制器一般由模糊控制器、執行機構、輸入端口、輸出端口、檢測設備以及被控對象5個部分構成。模糊控制系統組成如圖1所示。

圖1 模糊控制系統組成

仿真顯示，模糊控制方式能夠適應不同的變電站調壓和無功條件，合理減少對有載調壓變壓器分接頭和無功補償裝置的使用時間，延長對有載調壓變壓器和無功補償系統的使用時間，是1項值得研究和發展的有效調壓和無功控制技術。

3 無功控制方法的應用

電壓和頻率是反映供電系統中電能品質的主要技術指標。為保證供電系統的正常工作，供電電壓和頻率需要處于規定范圍。由于電壓限制，頻率的限制與有功功率限制和無功功率限制相關，一般直接限制發電機勵磁電流，使其在超前或落后的功率因數狀況下正常工作，以實現無功功率限制，或者選用固定的串聯電容器或電抗器進行限制。無功補償方式主要有集中補償、分級補償以及對地補償3種。變電站高電壓無功管理裝置以系統的九區圖為基礎，根據人工神經網絡對邊界位置的預測特性，實現對電壓和無功的統一管理，網絡監測結果如表1所示。

表1 網絡檢驗結果

3.1 確定無功平衡的判定依據

電壓與無功綜合管理是指通過電壓和無功2種判別量綜合控制變電站電壓及無功，保證電流在合理范圍內波動，從而實現無功平衡。通過使目標電網壓力的最大偏移合格設置了變壓器，有功損失最小且與無功功率基本相等，同時符合無功電壓離散性和主要影響因子等約束條件，從而達到變電站變壓器的高壓側無功功率控制和目標側母線接通后最大電壓的最佳控制曲線。通過對變壓器部分接頭的調整和對電容器組件的投切，實現最低電壓合格，使網損降至最低。

無功的改變對電壓波動的影響引起了變壓器中部分觸點的頻繁移動和對電容的投切影響。從變電站的調壓無功控制裝置的調控基本原理出發，按照無功負荷變化的基本規律和不同階段的不同性質，提出計算調壓無功功率整定值的辦法。有功功率和無功功率變化曲線如圖2和圖3所示。

圖2 有功功率變化曲線

圖3 無功功率變化曲線

3.2 電壓上限確定

通過調整供電系統中無功功率完成電流指標的調整。當高峰負載時，線電流及其消耗大，此時需要增加電流來彌補部分電流消耗，從而使負載點電流不會太低；當低谷供電時，線電流及其影響小，此時適當的電流可使負載點電流不會過大。按照負載峰值時增加電流上下限和負載低點時減少電流上下限的原理判斷電流。

3.3 無功功率的確定

系統無功功率控制的調整對負荷的影響很大，而無功功率的分配錯誤是網損擴大的主要原因。電網企業直接面向用戶，對電力合格的規定相應較多。無功功率控制限值結合電壓限額，可實現無功功率限制平衡，具有較大的彈性。

4 變電站無功電壓綜合控制的方式

系統中無功電源不足時，不能通過調節變壓器變比的方式增加電流，而應增加無功補償設備。大多使用有載調壓變壓器的電流補償并聯電容器組，采用手動控制有載變壓器的部分接點位置并投切串聯電容器，以達到控制電流合格和無功平衡的目的。主要有集中控制、分散控制以及關聯分散控制方式3類控制方法。

4.1 集中控制方式

集中控制方式是指調節控制器時實施統一控制配電中心的調壓裝置和無功補償裝置，目的是保證系統電壓正常工作，達到無功平衡控制，改善控制器運行穩定性與效率。調度機構須具備因地制宜的能力和流量無功優化實時控制軟件。各供電中心須具備遙信和遙測能力，且對通道的安全性要求較高。此外，在供電系統需設置智能監控系統。目前，我國各變電站的基礎系統自動化水平不一，導致對整個系統實現集中優化控制的難度較大。

4.2 分散控制方式

分散控制是當前綜合管理電網無功的重要措施，是各變壓器通過自動控制有載調壓變壓器的各接點位置和各壓力調節器控制無功功率補償裝置的運行，保證在當前壓力發生變化后各地區的電流和無功功率都保持在一定的范圍內。分散控制對于改善受控站供電區域內的供電能力、減少內部線路變壓器的功率消耗以及減少值班員的工作具有重要意義，但目前僅實現了局部優化，尚未達到全局改善。控制系統工作流程如圖4所示。

圖4 控制系統工作流程

4.3 關聯分散控制方式

關聯分散控制是指在正常的工作狀態下，由分設在各站的關聯分散控制設備，根據設計的調節程序控制電網，調整幅度的整定值，考慮整個網絡的安全、穩定以及經濟效益，按照電網的無功調整規定設計，從而實現責任分散、控制分散以及損失分散。若供電系統運行模式發生較大改變，則應由調度中心進行調節或由調度中心更改下屬變壓器維持的母線接通電壓和無功功率的整定值，以適應安全、平穩以及經濟需要，從而增強整個供電系統的安全性和經濟效益。

5 變電站電壓單一控制策略

按功率因素控制，功率因素在一定范圍內實時變化。當功率因子小于規定的波動范圍下限時，將電容器組全部投入工作。當功率因數大于設定的波動幅度范圍最大值時，將電容器組全部切除。該控制方法并未考慮投切串聯電容器的無功功率控制的改變及其對母線接通負載的作用。假如負載較小，投切電容器組件的操作較為煩瑣，則極易造成投切振蕩。為解決上述問題，改進自動投切器，可以針對低負荷區域的不同情況自動調節其不同的功率因數值，通過自動選取法實現自動投切。臨界因數技術常用于處理臨界振蕩問題，有效限制了低負荷下的臨界振蕩范圍，從而克服了電容器投切時的振蕩現象。

6 結 論

隨著城市電網改革的推進，優化運行方案成為1項現實而緊迫的任務。分布電容的分銷網絡優化城市配電網技術，可有效降低有功功率損耗和城市配網電壓損失，提高城市配電網的安全性和穩定性。