淺談配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制

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摘要：本文對配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制方法進行了分析，提出了基于區(qū)域有效劃分的控制策略和基于人工智能的控制策略，總結(jié)了微機型電壓無功綜合控制方法，分析了基于電壓穩(wěn)定性的VQC控制策略。

關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；無功優(yōu)化；控制；策略

確保電網(wǎng)的電壓及頻率在一定的范圍內(nèi)是電網(wǎng)自動控制的基本目標(biāo)，在配電網(wǎng)的控制中，電壓/無功的控制比頻率/有功的控制要更受到重視，對電壓/無功進行調(diào)控的基本目標(biāo)是確保整個配電網(wǎng)的電壓都在一定的幅度內(nèi)進行波動，這主要是通過對變壓器的分接頭和所并聯(lián)的補償電容器來實現(xiàn)的。

作為對控制性能有著關(guān)鍵影響的因素，在對VQC進行控制時其控制策略要具有優(yōu)化性。自從上世紀(jì)70年代以來，大量的專家和學(xué)者都對VQC進行了廣泛的研究，并形成了成熟的研究成果和控制策略。近年來隨著計算機處理技術(shù)的快速發(fā)展，電網(wǎng)電壓無功補償與分區(qū)協(xié)調(diào)控制已經(jīng)成為可能。

國外許多大型電力公司都已經(jīng)實現(xiàn)了區(qū)域電壓的集中控制，確保整個系統(tǒng)的電壓都得到協(xié)調(diào)控制，有些國家還構(gòu)建了專門針對電壓控制的自動綜合控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了電壓的有效控制和調(diào)整。本文對配電網(wǎng)電壓無功優(yōu)化控制方法進行了分析。

1 基于區(qū)域有效劃分的控制策略分析

早期專家和學(xué)者所提出的VQC控制策略主要是針對電網(wǎng)電壓或功率等單一因素的，根據(jù)電網(wǎng)的無功功率的狀態(tài)空間所實現(xiàn)的電網(wǎng)電壓有效控制是當(dāng)前較為常見的一種控制策略。

（1）傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制策略及改進方法分析作為最早應(yīng)用在VQC控制中的策略，傳統(tǒng)的九區(qū)圖控制方法如圖1所示。其主要是通過對變壓器的電壓進行實時監(jiān)測，并將其作為控制變量來實現(xiàn)對電壓的有效控制。根據(jù)運行區(qū)間的具體條件來實現(xiàn)對變壓器分接頭和電容器數(shù)量進行有效的控制。

由于九區(qū)圖法無法有效滿足控制系統(tǒng)對負荷變化的要求。有學(xué)者提出了改進的九區(qū)圖控制策略，主要是針對電壓越限和正常兩種情況，在不對VQC的控制效果進行降低的條件下，對變壓器分接頭的使用壽命進行有效的提高。

圖1 九區(qū)圖控制策略

（2）面向相關(guān)操作的五區(qū)圖控制策略為了確保相關(guān)裝置能夠可靠動作，有的國外專家提出了一種新的控制方法，即以裝置的動作為基本的控制對象，以不同的操作性質(zhì)來對控制區(qū)域進行合理的劃分。其基本思路是將VQC有效地劃分為5 種控制行為：即不動作的行為、對變壓器擋位進行上升的行為、對變壓器擋位進行下降的行為、投入電容器的行為及退出電容器的行為。因此引入了5 個相關(guān)的動作控制變量，通過對運行狀態(tài)進行有效地比較來實現(xiàn)操作，同時要對約束條件進行有效地兼顧，要有效地選擇一個操作命令作為最優(yōu)的操作命令。

2 基于人工智能的控制策略

作為一種非線性、多變量的控制模型，VQC的控制受系統(tǒng)相關(guān)時變性、運行參數(shù)及條件的變化影響顯著。基于其這種控制的特點，通常可將人工智能方法引入到VQC控制中來。主要有模糊控制法和人工智能控制法。

（1）模糊控制法分析

所謂模糊控制法，主要是根據(jù)相關(guān)模糊控制條件來對人類的思維進行模仿，其主要對模糊控制規(guī)則和相關(guān)的隸屬度函數(shù)依賴較高，其控制的特點是無須對輸出和輸入之間的函數(shù)關(guān)系進行獲知，通常所采用的模糊推理方法主要有Zadeh法、Larson法及Sugeno法。

在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)無功優(yōu)化方法中引入模糊控制理論后，國外許多研究者都對模糊控制的邊界進行了修改，其判據(jù)主要是將相關(guān)電壓的工作狀態(tài)在相關(guān)無功調(diào)節(jié)特性中進行引入，進而得到無功功率與電壓之間的有效關(guān)系，在維持調(diào)節(jié)次數(shù)不變的條件下，這種控制方法能夠有效地對分接頭的調(diào)節(jié)次數(shù)進行延長，并提高電壓的質(zhì)量。

（2）專家控制法分析

專家控制法主要是一種基于專業(yè)知識與計算經(jīng)驗的方法，其主要結(jié)構(gòu)可劃分為數(shù)據(jù)庫、推理機和知識庫等。

專家控制方法通過人類專家的經(jīng)驗來解決問題，其能夠綜合在線數(shù)據(jù)的實時性優(yōu)勢和專家的經(jīng)驗，對配電網(wǎng)無功控制策略進行合理的設(shè)計。有的學(xué)者還以狀態(tài)辨識為依據(jù)來對知識庫進行辨識，這樣能夠通過不斷學(xué)習(xí)對相關(guān)經(jīng)驗加以完善。

3 微機型電壓無功綜合控制方法

當(dāng)前國內(nèi)所采用的微機型電壓無功綜合控制方法都是以VQC為基本控制對象，利用計算機的智能控制模塊來實現(xiàn)的。其中計算機控制模塊作為一個典型的多輸入及多輸出變量控制系統(tǒng)，其能夠通過配電網(wǎng)中的電流互感器實現(xiàn)運行設(shè)備信息的快速跟蹤，并能夠?qū)ΡＷo的動作情況及相關(guān)的閉鎖條件進行有效的分析。其主要特點是功能較為強大，且可靠性高，靈活性較強等，因而當(dāng)前受到了較為廣泛的歡迎。有的研究者將藍牙技術(shù)應(yīng)用于AVQC裝置中，實現(xiàn)了自動裝置的藍牙無線改造，提高了裝置的網(wǎng)絡(luò)通信能力及操作的靈活性，增強了各裝置之間相互配合能力。

4 基于電壓穩(wěn)定性的VQC控制策略分析

當(dāng)配電網(wǎng)的變壓器重載時，相關(guān)VQC裝置在被擾動或可能對有載調(diào)壓變壓器的分接頭調(diào)整時導(dǎo)致電壓失穩(wěn)現(xiàn)象的發(fā)生，其對負荷調(diào)整時本身的非線性也非常不利于電網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。國外有的研究學(xué)者從負荷特性的角度出發(fā)，通過對有載變壓器分接頭調(diào)整造成電壓失穩(wěn)進行分析和計算來實現(xiàn)對配電網(wǎng)無功優(yōu)化的有效控制。

國內(nèi)外的專家學(xué)者對配電網(wǎng)無功進行有效優(yōu)化的方法主要是基于廣域測量系統(tǒng)及相應(yīng)的寬域網(wǎng)實現(xiàn)的，其主要目的是對VQC進行改進。廣域測量系統(tǒng)是電力系統(tǒng)穩(wěn)定分析中傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)的延伸，其主導(dǎo)思想是采用高精度的同步采集廣域電網(wǎng)進行實時相量分析，并基于高速的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)對分散數(shù)據(jù)的有效采集，確保在時空坐標(biāo)下電網(wǎng)動態(tài)信息的全局性。通過對廣域測量進行有效利用能夠?qū)崿F(xiàn)對VQC控制策略的優(yōu)化，并且在軟件中還能夠?qū)h方數(shù)據(jù)接口進行分析，利用電壓控制方法來有效實現(xiàn)對電壓的檢測，根據(jù)數(shù)據(jù)中心的分析功能完成對VQC控制策略的分析，在完成了對電壓失穩(wěn)或電壓崩潰的條件下對控制策略進行調(diào)整。

5 結(jié)論

配電網(wǎng)中的電壓無功優(yōu)化控制是一種離散的控制，要實現(xiàn)其最優(yōu)控制應(yīng)對混雜控制及離散控制進行協(xié)調(diào)。當(dāng)前的控制方法還無法從根本上實現(xiàn)這些協(xié)調(diào)，應(yīng)加強混雜控制與離散控制協(xié)調(diào)性研究，為實現(xiàn)配電網(wǎng)無功優(yōu)化全局控制奠定良好的理論基礎(chǔ)。

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