河鋼宣鋼公司設(shè)備能源部　尹燕民

淺議變電站電壓無(wú)功智能綜合控制策略

河鋼宣鋼公司設(shè)備能源部尹燕民

本文立足宣鋼變電站實(shí)際情況，在廣泛查閱資料的基礎(chǔ)上，分析了電壓無(wú)功綜合控制采用的調(diào)節(jié)判據(jù)和控制策略，并在此基礎(chǔ)上分析了各種控制策略的優(yōu)劣；同時(shí)，本文介紹了電壓無(wú)功綜合控制的具體實(shí)現(xiàn)方法。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題的研究，可以推動(dòng)智能化電壓無(wú)功綜合控制策略的鋼鐵企業(yè)的應(yīng)用，提高電壓無(wú)功綜合控制水平。

電壓無(wú)功綜合控制；控制策略；模糊控制；實(shí)現(xiàn)方式

1.引言

宣鋼內(nèi)部的變電站大部分建設(shè)于2005年左右，隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及電力自動(dòng)化技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，宣鋼也不斷地對(duì)變電站自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造。但是在電壓無(wú)功綜合控制方面，卻仍然與系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際要求有著較大的差距。目前采用的仍然是依靠調(diào)度指令來(lái)投入退出電容器組來(lái)維持功率因數(shù)的單純功率因數(shù)控制策略，已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)線對(duì)電壓質(zhì)量的要求，因此，探討變電站電壓無(wú)功綜合控制策略，對(duì)于提高變電站電壓無(wú)功綜合控制水平有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.電壓無(wú)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(wú)功綜合控制

采用這種控制策略，要根據(jù)電壓和無(wú)功數(shù)值的上、下限來(lái)將電壓無(wú)功平面坐標(biāo)系分成九個(gè)矩形區(qū)域，并且針對(duì)不同的區(qū)域制定對(duì)應(yīng)的控制策略。在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制時(shí)，要根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行區(qū)間對(duì)應(yīng)的控制策略來(lái)對(duì)有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)電容器組進(jìn)行操作，并根據(jù)操作后的結(jié)果進(jìn)行觀察，直到達(dá)到用戶設(shè)定的目標(biāo)值。采用這種控制方法克服了傳統(tǒng)單獨(dú)電壓判據(jù)下進(jìn)行調(diào)節(jié)對(duì)系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償功率的影響，也在很大程度上避免了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方式下電容器組經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤投切的缺點(diǎn)。但是基于固定邊界的電壓無(wú)功綜合控制在制定控制策略時(shí)，不能充分體現(xiàn)出無(wú)功功率增減對(duì)電壓的影響，運(yùn)算分析信息過(guò)于隨機(jī)和分散，這就導(dǎo)致控制策略存在很大的盲目性和不確定性，最顯著的表現(xiàn)就是設(shè)備需要頻繁投切來(lái)完成調(diào)節(jié)，嚴(yán)重影響了設(shè)備的使用壽命，增加了設(shè)備的故障率。

（2）基于專(zhuān)家系統(tǒng)的變電站電壓無(wú)功綜合控制

專(zhuān)家系統(tǒng)是建立在對(duì)專(zhuān)家解決問(wèn)題的過(guò)程進(jìn)行模擬的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)程序，它非常適合應(yīng)用在沒(méi)有確切數(shù)學(xué)模型和算法的研究對(duì)象上，這些研究對(duì)象往往可以利用專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，結(jié)合歷史調(diào)控過(guò)程及數(shù)據(jù)，通過(guò)自啟發(fā)方式來(lái)進(jìn)行解決。電力系統(tǒng)電壓無(wú)功綜合控制過(guò)程中，有經(jīng)驗(yàn)的調(diào)度員通常能夠根據(jù)自己掌握的調(diào)節(jié)計(jì)算知識(shí)以及操作經(jīng)驗(yàn)來(lái)制定系統(tǒng)調(diào)節(jié)策略，實(shí)際證明，這些策略控制的效果也比較好。專(zhuān)家系統(tǒng)運(yùn)用在電壓無(wú)功綜合控制中，依靠控制裝置中已經(jīng)存儲(chǔ)的變電站歷次進(jìn)行系統(tǒng)電壓無(wú)功控制的數(shù)據(jù)，通過(guò)分析當(dāng)前系統(tǒng)所處的運(yùn)行狀態(tài)，在歷史數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索與之對(duì)應(yīng)的控制策略，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的良好控制。通過(guò)專(zhuān)家系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展，已經(jīng)對(duì)專(zhuān)家系統(tǒng)在動(dòng)作策略的修改和對(duì)變電站負(fù)荷變化的自動(dòng)適應(yīng)方面有了很大的改善，使得專(zhuān)家系統(tǒng)能夠較好的滿足電壓無(wú)功綜合控制的需求，但是，專(zhuān)家系統(tǒng)本身存在的對(duì)知識(shí)的獲取渠道單一同時(shí)表達(dá)不夠完備，以及接口不友好等缺點(diǎn)，其發(fā)展仍然受到制約。

（3）基于模糊理論的變電站電壓無(wú)功綜合控制

模糊控制理論非常適合運(yùn)用在解決量綱不同且目標(biāo)相互沖突的優(yōu)化問(wèn)題上，在電力系統(tǒng)電壓無(wú)功綜合控制調(diào)節(jié)時(shí)，電壓的變化和無(wú)功的變化相互影響，若采用模糊控制策略進(jìn)行控制，可以在無(wú)功調(diào)節(jié)判據(jù)中引入電壓的變化量，將原先基于固定邊界的無(wú)功功率變?yōu)榛谀：裏o(wú)功邊界，這樣的控制策略下，無(wú)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(wú)功能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，避免出現(xiàn)無(wú)功調(diào)節(jié)震蕩現(xiàn)象，可以減少開(kāi)關(guān)設(shè)備的動(dòng)作次數(shù)，提高開(kāi)關(guān)設(shè)備動(dòng)作的準(zhǔn)確性。利用模糊理論制定電壓無(wú)功調(diào)節(jié)的策略，建立一個(gè)兩輸入兩輸出的模糊控制系統(tǒng)，輸入變量應(yīng)該選取二次側(cè)電壓和系統(tǒng)無(wú)功功率的偏差量，輸出量為驅(qū)動(dòng)變壓器分接頭以及補(bǔ)償電容器組的投切開(kāi)關(guān)。在整個(gè)控制策略的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，如何選擇無(wú)功和電壓的隸屬度函數(shù)以及電壓無(wú)功的控制方法是存在的難點(diǎn)。

3.電壓無(wú)功綜合控制的具體實(shí)現(xiàn)方法

在實(shí)際運(yùn)用中變電站電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)VQC）可以采用多種不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，按照實(shí)現(xiàn)方式可以概括為以下三種。

（1）自動(dòng)化系統(tǒng)后臺(tái)軟件VQC

該種電壓無(wú)功軟件綜合控制系統(tǒng)是在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的，對(duì)電壓無(wú)功的控制作為綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的一個(gè)模塊，在這種模式下，VQC系統(tǒng)的輸入輸出回路可以完全依靠綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的輸入輸出模塊。這種實(shí)現(xiàn)方式的優(yōu)點(diǎn)就是無(wú)需增加硬件投資，就可減少系統(tǒng)投入所需要的硬件投資和施工內(nèi)容，降低投資費(fèi)用；缺點(diǎn)就是VQC依賴(lài)于變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)和電氣硬件回路，在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)操作或者調(diào)試時(shí)，VQC系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。另外，因?yàn)橐婕暗綇木C合自動(dòng)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)用所需要的數(shù)據(jù)，一定程度上還受到系統(tǒng)延時(shí)的影響，不能完全滿足系統(tǒng)的閉鎖速度要求。

（2）自動(dòng)化系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)VQC

這種VQC系統(tǒng)與后臺(tái)軟件系統(tǒng)VQC在硬件回路上結(jié)構(gòu)相同，都是在變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立的，但是自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)VQC在此基礎(chǔ)上增加了單獨(dú)用于VQC控制的中央處理單元，中央處理單元通過(guò)內(nèi)置的控制系統(tǒng)來(lái)完成數(shù)據(jù)的調(diào)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(tǒng)的可靠性受到綜合自動(dòng)化系統(tǒng)輸入輸出單元、網(wǎng)絡(luò)通信單元和VQC主機(jī)的影響。如果VQC主機(jī)采用的電腦可以提供的存儲(chǔ)器容量有限，則整個(gè)系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置和調(diào)試就比較困難。

（3）自帶輸入輸出系統(tǒng)的VQC

這種VQC在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上不依賴(lài)變電站綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，在軟件、硬件上都實(shí)現(xiàn)了完全的獨(dú)立性，依靠自身建立起來(lái)的輸入輸出系統(tǒng)和通信系統(tǒng)，在對(duì)變電站進(jìn)行電壓無(wú)功綜合控制時(shí)可以依賴(lài)穩(wěn)定、獨(dú)立的通信單元實(shí)現(xiàn)快速反應(yīng)，同時(shí)依賴(lài)自身硬件實(shí)現(xiàn)快速閉鎖和操作輸出。這種VQC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)了獨(dú)立性，大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。但是這種VQC系統(tǒng)的建立需要增加輸入輸出通信設(shè)備，在功能實(shí)現(xiàn)的整體投資上增加幅度較大，同時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的安裝難度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前兩種。

4.結(jié)束語(yǔ)

本文概括的介紹了電壓無(wú)功綜合控制的策略和具體的實(shí)現(xiàn)方式，根據(jù)同行業(yè)的實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，宣鋼目前的變電站設(shè)備水平適合建立基于模糊理論的變電站電壓無(wú)功綜合控制系統(tǒng)，通過(guò)智能控制技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)知識(shí)的結(jié)合，能夠有效的提高變電站電壓無(wú)功綜合控制水平。

［1］孫亮.變電站電壓無(wú)功自動(dòng)控制策略與系統(tǒng)設(shè)計(jì)［D］.天津大學(xué)，2010.

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