楊 輝

（河南省新鄉(xiāng)供電公司調(diào)度中心，河南 新鄉(xiāng) 453002）

電壓是衡量電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，電壓過高或過低，都會(huì)影響用電設(shè)備的效率和壽命，甚至造成用電設(shè)備的損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電壓崩潰。維持電壓處于合理范圍內(nèi)，不僅關(guān)系到電力系統(tǒng)自身的安全，而且關(guān)系到千家萬戶的用電安全。

無功功率對(duì)電壓影響很大，使無功就地平衡，不僅可以提高電壓質(zhì)量，提高電網(wǎng)的輸送能力，而且可以降低有功損耗，節(jié)約投資并減少環(huán)境污染。對(duì)電網(wǎng)實(shí)現(xiàn)電壓和無功的優(yōu)化控制，可以確保電力系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電壓和無功，處于安全合格的范圍之內(nèi)，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

目前，變電站主要通過對(duì)有載調(diào)壓變壓器的分接頭進(jìn)行調(diào)節(jié)，和對(duì)并聯(lián)電容器組進(jìn)行投切，來實(shí)現(xiàn)電壓合格和無功平衡的目的。人為地調(diào)節(jié)電壓和無功功率，一方面增加了值班人員的負(fù)擔(dān)，另一方面很難保證調(diào)節(jié)的合理性。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)的快速發(fā)展，變電站綜合自動(dòng)化程度的提高，有必要對(duì)變電站電壓和無功自動(dòng)控制展開進(jìn)一步的研究。

1 變電站電壓和無功控制的現(xiàn)狀

利用改變有載調(diào)壓變壓器的分接頭位置進(jìn)行調(diào)壓時(shí)，它自身不產(chǎn)生無功功率，在系統(tǒng)無功功率不足的情況下，不能用改變變比的辦法，來提高系統(tǒng)的電壓水平，否則電壓調(diào)得越高，無功功率就越不足。鑒于上述原因，在系統(tǒng)缺乏無功的情況下，必須利用電容器進(jìn)行調(diào)壓。

把調(diào)節(jié)有載調(diào)壓變壓器分接頭和控制電容器組的投切兩者結(jié)合起來，進(jìn)行合理的調(diào)控，從而達(dá)到最優(yōu)控制的效果，目前比較有代表性的方法有：

1.1 功率因數(shù)法和母線電壓法

按照功率因數(shù)的大小，來控制電容器的投切，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償，使系統(tǒng)的功率因數(shù)維持在一定的范圍內(nèi)。由于某些企業(yè)的日負(fù)荷曲線變化比較大，造成電壓波動(dòng)，可以根據(jù)母線電壓的大小，自動(dòng)投切并聯(lián)電容器組，使母線電壓保持在一定的范圍內(nèi)，以上兩種控制方式比較簡(jiǎn)單，但控制精度不高。

1.2 九區(qū)圖法

是將電壓和無功上下限值劃分為9個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)不同的控制策略，該控制方案根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的電壓和無功功率，判定當(dāng)前變電站電壓無功運(yùn)行的區(qū)域，再根據(jù)相應(yīng)區(qū)域的控制策略，對(duì)有載調(diào)壓變壓器的分接頭和并聯(lián)電容器組進(jìn)行控制。但九區(qū)圖法可靠性和經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)“投切振蕩”，既影響控制性能，又縮短了電器設(shè)備的使用壽命。

1.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)ANN（Artificial Neural Network）可以實(shí)時(shí)控制電容器的投切，建立具有兩級(jí)人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的控制網(wǎng)絡(luò)模型。第一級(jí)，輸入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有有功功率、無功功率、電壓值和當(dāng)前電容器組的狀態(tài)，輸出負(fù)荷輪廓LP（Load Profile）；第二級(jí)，根據(jù)第一級(jí)輸出的負(fù)荷輪廓選擇最佳電容器組狀態(tài)。該方法不僅可以保持電壓處于合格的范圍內(nèi)，維持無功功率的平衡，而且有效地減少變電站有載調(diào)壓開關(guān)的切換次數(shù)，和電容器組的投切次數(shù)，但人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)要求高，訓(xùn)練次數(shù)和訓(xùn)練時(shí)間不容易確定。

1.4 蟻群算法

蟻群算法ACO（Ant Colony Optimization）是人們受螞蟻群體行為的啟示，而提出的一種優(yōu)化算法。它通過個(gè)體之間的信息交流與相互協(xié)作，最終得到待求問題的解。通過蟻群算法建立相應(yīng)的無功優(yōu)化模型和求解算法，使用高效的鄰域搜索方法，提出新的收斂條件，從而進(jìn)行無功優(yōu)化，但是存在著易陷于局部最小值的缺點(diǎn)。

1.5 遺傳算法

遺傳算法GA（Genetic Algorithms）是一種隨機(jī)搜索方法，它能夠在可行解空間內(nèi)進(jìn)行大范圍搜索，從而得到全局最優(yōu)解，適合于解決組合優(yōu)化問題，以及目標(biāo)函數(shù)或某些約束條件不可微的非線性優(yōu)化問題。遺傳算法用于電壓無功控制，可以更有效地搜索到最優(yōu)控制策略，使主變中流過的無功功率及主變二次側(cè)電壓偏移值最小，并且可以增加電壓合格裕度，但該算法迭代次數(shù)較多時(shí)，會(huì)影響計(jì)算時(shí)間和運(yùn)行優(yōu)化結(jié)果。

1.6 模糊邏輯控制法。

模糊邏輯控制FLC（Fuzzy Logic Control）可以根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行方式，把電壓和無功邊界模糊化，進(jìn)行推理，計(jì)算出控制策略和延遲時(shí)間，列出模糊控制規(guī)則表，通過查表方式去控制有載調(diào)壓分接頭和電容器的投切，在有效保持電壓質(zhì)量和無功平衡時(shí)，避免投切振蕩。但是它對(duì)信息的簡(jiǎn)單模糊化處理，容易導(dǎo)致系統(tǒng)精度不高，要提高控制精度必須增加量化等級(jí)，從而導(dǎo)致系統(tǒng)搜索范圍增大，降低模糊決策速度。

2 電壓和無功的綜合控制方法研究

將模糊控制和專家系統(tǒng)相結(jié)合，是一種新的智能控制策略，即模糊專家系統(tǒng)。它不僅可以增強(qiáng)處理不確定性問題的能力，而且可以充分利用專家系統(tǒng)的綜合決策能力。鑒于上述原因，本文采用模糊控制和專家系統(tǒng)相結(jié)合的控制策略（如圖1所示）。

圖1 模糊專家控制系統(tǒng)圖

圖1中，Ke和Kec為量化因子，Ku為比例因子，K1、K2和 K3為動(dòng)態(tài)修正因子。模糊控制器完成控制系統(tǒng)受控對(duì)象的直接控制，而專家控制作用于在線的指導(dǎo)模糊控制器的量化因子和比例因子的大小，實(shí)現(xiàn)專家控制和模糊控制的完美結(jié)合。Ke值會(huì)影響誤差值e的大小，進(jìn)而模糊控制器模糊化最小量化值，增大Ke值，增強(qiáng)了誤差值對(duì)控制系統(tǒng)的作用，從而導(dǎo)致系統(tǒng)的超調(diào)量增大，收斂速度減慢，甚至可能產(chǎn)生振蕩分散現(xiàn)象；相反，若減小Ke值，將削弱誤差控制作用；但是Ke過小，則使系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間增大，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差較大。增大值，提高了系統(tǒng)的靈敏度，可以有效抑制超調(diào)量，但是Kec過大，不利于系統(tǒng)的穩(wěn)定，Kec過小又不利于減小超調(diào)量。比例因子Ku直接影響模糊控制器的控制量輸出值的大小，增大Ku可以提高系統(tǒng)的快速性，但Ku過大將增大系統(tǒng)的超調(diào)量，過小對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定時(shí)間不利。

對(duì)于量化因子Ke、Kec和比例因子Ku值的選取不能單純的“選大”或“選小”固定值，理想的選擇方法是根據(jù)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)信息，對(duì)系統(tǒng)的量化因子Ke、Kec和比例因子Ku進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇。通過專家控制器監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)調(diào)整量化因子Ke、Kec和比例因子Ku值的大小，改善控制系統(tǒng)的性能。

變電站電壓無功控制，是根據(jù)電壓和無功功率兩個(gè)參數(shù)的實(shí)時(shí)變化，對(duì)變電站有載調(diào)壓變壓器的分接頭的升降和并聯(lián)電容器組的投切，進(jìn)行綜合控制。采用模糊專家控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電站電壓和無功控制，以電壓偏差和無功偏差作為輸入量，變壓器分接頭調(diào)節(jié)和電容器組投切作為輸出量，根據(jù)模糊控制設(shè)計(jì)出電壓無功的模糊控制器，再根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)，調(diào)整模糊控制器的某些參數(shù)，如量化因子和比例因子等，這樣在實(shí)時(shí)運(yùn)行中，能更好的保持電壓在合格范圍內(nèi)維持無功平衡，更好地保持電壓穩(wěn)定。

3 仿真分析

為了驗(yàn)證所提方法的正確性，本文用Matlab軟件進(jìn)行了仿真，圖2是變電站的電壓和無功波動(dòng)圖，圖3是采用模糊專家控制系統(tǒng)后的電壓波形、無功波形、變壓器檔位調(diào)節(jié)及電容器組投切的情況。

圖2 電壓無功變化曲線圖

圖3 模糊專家控制系統(tǒng)仿真圖

可以看出，模糊專家控制系統(tǒng)的電壓和無功波形平滑，變壓器檔位和電容器組比模糊控制系統(tǒng)控制的調(diào)節(jié)次數(shù)少，投切次數(shù)也少，變壓器高壓側(cè)的的無功能基本保持平衡。

4 結(jié)束語

針對(duì)變電站電壓和無功控制的現(xiàn)狀，本文把模糊控制和專家系統(tǒng)結(jié)合起來，提出了一種模糊專家控制系統(tǒng)，仿真表明該方法在保證電壓合格和無功基本平衡的基礎(chǔ)下，能有效減少分接頭檔位和電容器組的動(dòng)作次數(shù)，達(dá)到了很好的控制效果。

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