1、概述

電壓/無功控制是我國電力系統(tǒng)運行急待解決的技術(shù)問題之一。變電站電壓/無功微機自動控制系統(tǒng)要求能綜合利用站內(nèi)的有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器組這些調(diào)控手段，控制系統(tǒng)電壓在一定范圍，改善功率因數(shù)，實現(xiàn)無功就地平衡，提高電壓運行的合格率，減少線路上的有功損耗，達到提高電壓質(zhì)量和運行經(jīng)濟性的目的。

2、變電站電壓/無功綜合控制裝置的現(xiàn)狀

電壓合格率是衡量電能質(zhì)量的一項重要指標。為改善電壓質(zhì)量，提高電壓合格率，供電部門在110KV及以下電壓等級的電網(wǎng)中廣泛采用有載調(diào)壓變壓器，許多供電企業(yè)在110KV及以下電壓等級電網(wǎng)中已實現(xiàn)了100%一級有載調(diào)壓覆蓋蓋，城網(wǎng)甚至達到了100%二級有載調(diào)壓覆蓋。為了使調(diào)壓手段多樣化，同時減少電網(wǎng)中輸送的無功功率，降低電能損耗，各級變電站普遍配置了一定數(shù)量的并聯(lián)無功補償電容器組。

3、裝置功能設(shè)計

3.1裝置控制目標

裝置的控制目標可以用三句話概述：保證電壓合格，無功基本平衡，盡量減少調(diào)壓次數(shù)。

3.2裝置硬件結(jié)構(gòu)

變電站電壓/無功微機自動控制裝置（以下簡稱VQAC裝置），采用模糊控制技術(shù)和反時限方法，綜合利用有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補償電容器組的調(diào)控手段，達到最佳的電壓控制效果，對負荷隨機波動及突發(fā)事故具有在線修改控制策略的能力，同時系統(tǒng)具備運行異常的自動閉鎖能力，防止誤操作，保證系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

VQAC裝置由硬件和軟件兩大部分組成。硬件以工業(yè)控制計算機（Pentium 233）為主體，輔以獨立的可編程的模擬量采集板（YC模板）、開關(guān)量采集板（YX模板）、控制對象輸出板（YK模板）、電壓諧波分析模板（XB模板）以及I/O接口、彩色顯示器、打印機、軟驅(qū)、光驅(qū)、鍵盤、鼠標、電壓、電流互感器、開關(guān)電源等一系列接口部件組成，整個裝置的硬件可分為主機層、采樣層及繼電變送層三部分。

主機層、采樣層及繼電層均安裝在VQAC裝置中。裝置背面為繼電變送層，安裝控制用的繼電器和電壓、電流信號變換用的電壓、電流變送器。繼電變送層與采樣層通過遙控、遙信、遙測接線板連接。采樣層中的電量采集板（YC模板）、開關(guān)量采集板（YX模板）、控制對象輸出板（YK模板）、電壓諧波分析模板（XB模板）置于工業(yè)控制計算機的插槽中，各功能模板與CPU主板通過I/O口交換數(shù)據(jù)，各功能模板的I/O口地址可通過跳線設(shè)置。

3.3軟件總體框圖

根據(jù)軟件的功能模塊及系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫管理，軟件總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

模擬量、開關(guān)量數(shù)據(jù)通過輸入/輸出接口讀入數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)，由乘系數(shù)軟件包將無量綱電量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有量綱的數(shù)據(jù)，格式轉(zhuǎn)換軟件包則將各開關(guān)量分解出來存入實時數(shù)據(jù)庫。一些人工控制量、修改量也將存入實時數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)存檔軟件包定時將實時數(shù)據(jù)存檔生成歷史數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫通過顯示、打印軟件包實現(xiàn)顯示、打印功能。算法與控制軟件包從實時、歷史數(shù)據(jù)庫中讀取所需的數(shù)據(jù)，進行分析、計算，得出分析計算結(jié)果。一方面，將結(jié)果反饋回實時、歷史數(shù)據(jù)庫；另一方面，將結(jié)果送入輸出數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，發(fā)出控制命令，調(diào)節(jié)變壓器分接頭和投切電容器組。

電壓/無功智能控制在控制算法中實現(xiàn)?？刂扑惴ò肆鶄€環(huán)節(jié)：預(yù)處理、反時限、輸入量模糊化、模糊規(guī)則、控制策略以及閉鎖處理。

3.4軟件功能分解說明

為了滿足系統(tǒng)運行的實時性和可靠性，同時兼有友善的用戶界面，軟件按功能分為人機接口模塊、打印模塊、數(shù)據(jù)存檔模塊、I/O接口模塊及算法與控制模塊五個部分。

4.4.1人機接口模塊 人機接口模塊主要完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的顯示及人工控制、修改等功能。

4.4.2打印模塊 打印模塊主要完成的功能有：分接頭開關(guān)動作及電容器組投切操作的實時打印，遙信變位打印，各類參數(shù)報表及運行曲線的定時打印，召喚打印等。

4.4.3數(shù)據(jù)存檔模塊 數(shù)據(jù)存檔模塊主要完成重要的歷史數(shù)據(jù)存檔功能。這些數(shù)據(jù)包括：電壓合格率，諧波含量分析數(shù)據(jù)，電壓運行曲線數(shù)據(jù)，功率因數(shù)運行曲線數(shù)據(jù)，有功、無功功率運行曲線數(shù)據(jù)，分接頭操作記錄，電容器組操作記錄，遙信變位記錄等。

4.4.4 I/O接口模塊

該模塊實現(xiàn)主機與各功能模板間的數(shù)據(jù)通信（并行），VQAC裝置與當?shù)豏TU或變電站綜合自動化系統(tǒng)的通信（串行），以及通過MODEM與調(diào)度中心的通信（串行）。通信中的信息主要包括：模擬量信息、狀態(tài)信息、控制信息、報文信息等。

4.4.5算法與控制模塊

該模塊是VQAC裝置進行有效控制的核心部分，通過一系列控制算法的分析和計算，實現(xiàn)對電壓無功的最佳控制。主要包括：在線負荷短期預(yù)測，電壓運行曲線擬定，模糊控制算法，諧波分量分析算法，電量標度變換及格式轉(zhuǎn)換，串行通信報文打包，電壓控制策略的制定，電容器組三相電流不平衡度的分析，變壓器分接頭和電容器組的調(diào)控，事故閉鎖控制，系統(tǒng)自診斷，系統(tǒng)自舉，等功能。

4.控制流程

控制部分的設(shè)計包括人機接口和后臺運行兩部分。人機接口部分主要包括控制方式和控制手段的選擇、控制參數(shù)及控制出口時間的設(shè)置、手動控制及監(jiān)視控制的實時狀態(tài)。后臺運行部分則是依據(jù)運行人員所設(shè)置的控制參數(shù)實現(xiàn)實時控制。此處，根據(jù)控制方法設(shè)置了兩個定時器，分別對電壓和無功功率進行實時監(jiān)測，當兩個電量之一超出規(guī)定的范圍，即開始進行反時限面積累積，當兩個電量之一的反時限面積超出既定的面積限置，啟動控制規(guī)則，根據(jù)控制規(guī)則產(chǎn)生相應(yīng)的控制事件。

5、結(jié)束語

銅山供電局與四川聯(lián)合大學(xué)共同研制的基于模糊控制理論的變電站電壓/無功微機自動控制裝置體現(xiàn)了90年代電力自動控制裝置的技術(shù)水平，具有分布式的開放性體系結(jié)構(gòu)，突坡了傳統(tǒng)九區(qū)圖的種種不便，完全可以滿足變電站電壓/無功綜合自動控制的要求，為實現(xiàn)變電站真正意義上的無人值班和減員增效提供了技術(shù)條件，也為今后實現(xiàn)全網(wǎng)電壓/無功自動控制奠定了理論基礎(chǔ)，同時，也為國內(nèi)其他兄弟單位提供了有益的經(jīng)驗和借鑒。

參考文獻

[1]盧強，孫元章.（Lu Qiang，Sun Yuanzhang），電力系統(tǒng)非線性控制（Nonlinear Control of Power System）北京：科學(xué)出版社（Beijing Science Publishing Company），1993

作者簡介

侯永全（1973-），男，工程師，主要從事電力系統(tǒng)自動化、電壓無功控制的研究和工程化工作。