一種變電站電壓無功模糊專家控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：本文對(duì)變電站電壓無功控制的技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了模糊專家控制的變電站電壓無功控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能避免大量的數(shù)學(xué)計(jì)算，而且能有效減少有載調(diào)壓變壓器的分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)和并聯(lián)電容器組的投切次數(shù)，提高了變壓器和電容器的運(yùn)行壽命。

關(guān)鍵字：模糊專家控制系統(tǒng)；電壓無功控制；變電站

一、 引言

近年來，電力系統(tǒng)正在進(jìn)行大的改造，電壓是衡量電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，而電力系統(tǒng)的無功功率對(duì)電壓水平有很大的影響。變電站的改造是電力系統(tǒng)改造的重點(diǎn)。因此為了適應(yīng)變電站自動(dòng)化系統(tǒng)和電壓無功綜合控制改造的需要，利用現(xiàn)代控制技術(shù)設(shè)計(jì)一種合理高效并能達(dá)到綜合控制電壓無功的控制器勢在必行。

二、 變壓器電壓無功補(bǔ)償?shù)牡姆桨副容^

變電站電壓無功控制的主要目的是提高變電站二次側(cè)的電壓質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)無功平衡。為了達(dá)到這個(gè)目的，變電站目前主要采用以下兩種調(diào)節(jié)手段，調(diào)節(jié)有載變壓器的分接頭和投切安裝在變壓器低壓側(cè)的并聯(lián)電容器組。這兩種調(diào)節(jié)和控制措施各有優(yōu)缺點(diǎn)，必須把調(diào)節(jié)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，達(dá)到最優(yōu)控制。

目前，國內(nèi)外對(duì)這種雙參數(shù)控制提出不少控制方法，比較有代表性的方法有：

1.功率因數(shù)或母線電壓自動(dòng)控制方法

根據(jù)用電網(wǎng)的功率因數(shù)或母線電壓的變化來決定電容器的投切，實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償和電壓的調(diào)節(jié)。該控制方式通過功率因數(shù)變換器或單片機(jī)來控制，實(shí)現(xiàn)電容器的投切，但控制精度不高，難以保證電壓質(zhì)量，效果比較差。[1]

2.九區(qū)圖實(shí)現(xiàn)電壓無功控制

九區(qū)圖控制方法是將電壓和無功上下限值劃分為九個(gè)區(qū)域，各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)不同的控制策略。該控制方法在一定程度上能滿足運(yùn)行要求，但可靠性和經(jīng)濟(jì)性不強(qiáng)，容易出現(xiàn)“投切振蕩”。

3.人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電壓無功控制

應(yīng)用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)方法實(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。該方法用于控制電容器補(bǔ)償無功，實(shí)時(shí)控制所需計(jì)算量小。[2]但人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練對(duì)訓(xùn)練數(shù)據(jù)要求高，訓(xùn)練數(shù)據(jù)的選取將關(guān)系到神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能的好壞。

4.模糊控制和專家系統(tǒng)相結(jié)合的方法

采用模糊控制和專家系統(tǒng)相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)電壓無功綜合控制，即用模糊專家控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)變電站電壓無功控制。該控制方法對(duì)分接頭和電容器組實(shí)現(xiàn)綜合控制，能更好的保持電壓在合格范圍內(nèi)維持無功平衡，更好的保持電壓穩(wěn)定。[3]

通過前面幾種控制方案的比較，本文引用模糊專家控制理論，改進(jìn)傳統(tǒng)的九區(qū)圖法的電壓無功控制。該模糊專家控制器能很好的解決原九區(qū)圖和模糊控制的缺點(diǎn)，利用模糊專家控制算法得出電壓無功控制策略去控制分接頭調(diào)節(jié)電壓和電容器組投切補(bǔ)償無功，能有效地減少分接頭的動(dòng)作次數(shù)，提高電壓質(zhì)量。

三、電壓無功模糊專家控制器的結(jié)構(gòu)

電壓無功模糊專家控制系統(tǒng)主要由模糊控制去控制變電站電壓和無功功率兩個(gè)變量，而專家系統(tǒng)主要

作用是監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，動(dòng)態(tài)指導(dǎo)調(diào)整電壓無功模糊控制系統(tǒng)的量化因子和比例因子，主要包含以下5個(gè)模塊：變電站運(yùn)行信息獲取模塊、基于模糊控制器的電壓無功模糊控制模塊、基于專家系統(tǒng)的電壓無功綜合分析模塊、控制命令執(zhí)行模塊、電壓和無功偏差的量化因子模塊以及電壓和無功的比例因子?？刂葡到y(tǒng)框圖如圖1所示。

通過專家模糊模糊控制系統(tǒng)框圖可知，首先從變電站母線上采集電壓和無功的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)作為電壓無功模糊控制器的的輸入量，確定變電站的運(yùn)行狀態(tài)，并通過模糊控制對(duì)此做出初步的控制策略。同時(shí)，電壓無功專家系統(tǒng)將根據(jù)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)狀態(tài)信息，對(duì)電壓和無功的量化因子和比例因子進(jìn)行動(dòng)態(tài)選擇，模糊控制器根據(jù)專家系統(tǒng)所選擇的量化因子和比例因子并結(jié)合變電站的實(shí)際運(yùn)行約束條件進(jìn)行綜合決策分析，確定最終的電壓無功控制命令，通過控制命令模塊完成。

四、電壓無功模糊專家系統(tǒng)的仿真

利用Matlab中的模糊邏輯工具箱建立變電站電壓無功模糊控制器，得出仿真波形。圖2是采用模糊控制器后的電壓波形、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。

通過圖2，圖3比較得，通過模糊專家控制的電壓和無功波形比模糊控制系統(tǒng)控制的更加平滑，效果更好；模糊專家控制的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。因此模糊專家控制對(duì)變電站電壓無功控制能保證變壓器二次側(cè)電壓維持在合格的范圍內(nèi)，使變壓器高壓側(cè)的的無功能基本保持平衡，能有效地減少變壓器分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)和電容器組的投切次數(shù)。

5結(jié)語

通過國內(nèi)外對(duì)變電站電壓無功進(jìn)行控制的各種控制方案進(jìn)行比較，提出了采用模糊專家控制對(duì)變電站電壓無功進(jìn)行控制，該控制策略可以使變壓器分接頭和電容器組的動(dòng)作次數(shù)更加合理，因此能降低其的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。

參考文獻(xiàn)

[1] 陸安定. 功率因數(shù)與無功功率[M].上?？茖W(xué)普及出版社，2004，89-95

[2] 趙永存，韓富春，尹慶富等. 基于九區(qū)圖控制的變電站電壓無功自動(dòng)裝置[J]. 山西電力，2005（2）：1-3

[3] 李升，陳歆技，高山等. 基于模糊理論的變電站電壓無功控制策略研究[J]. 電力電容器 ，2005（3）：21-24

作者簡介：王莉，女，山西大學(xué)電子信息工程系，教師。聯(lián)系電話：18234180317 山西省太原市杏花嶺區(qū)大東關(guān)紅溝南街36號(hào)， E-mail：wl0610@126.com