1、變電站電壓無功控制技術(shù) 摘 要：對變電站電壓無功自動控制系統(tǒng)的工作原理進(jìn)行了介紹和分析，并提出了控制系統(tǒng)中存在的若干問題以及解決的設(shè)想，由此再進(jìn)一步提出了未來值得研究的方向。 關(guān)鍵詞：變電站；電壓無功；控制系統(tǒng) 中圖分類號：tm411+.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號： 引言： 電力系統(tǒng)的無功補(bǔ)償與無功平衡是保證電壓質(zhì)量的基本條件。有效的電壓調(diào)節(jié)和無功補(bǔ)償不僅能提高電壓的質(zhì)量, 而且能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性, 充分發(fā)揮電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。過去, 變電站的電壓調(diào)整是依靠變電站值班人員通過手動操作變壓器的有載調(diào)壓分接頭和投退電容器來完成。 1. vqc的原理 目前地區(qū)電網(wǎng)的變電站一般采用的無功補(bǔ)償控

2、制方法一般是人工調(diào)節(jié)和 vqc 控制調(diào)節(jié)。人工調(diào)節(jié)即變電站值班人員根據(jù)我母線電壓運(yùn)行情況，進(jìn)行人工投切我的并聯(lián)補(bǔ)償電容器或者調(diào)節(jié)變壓器分接頭進(jìn)行補(bǔ)償，這種方式存在及時性差、難以優(yōu)化的缺點(diǎn)。實現(xiàn)了變電站綜合自動化的變電站，一般采用電壓無功綜合控制裝置(vqc)進(jìn)行無功綜合控制。 由于電壓、無功功率、功率因數(shù)是緊密聯(lián)系的，根據(jù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，在保證電壓合格的情況下，從系統(tǒng)角度計算出每個變電站應(yīng)該補(bǔ)償?shù)娜萘亢秃线m的主變分接頭位置，這樣可以實現(xiàn)全網(wǎng)的無功損耗最小。 但是，一方面電網(wǎng)調(diào)度自動化系統(tǒng)不具備這樣的計算能力和防調(diào)控制能力。 另一方面，變電站的并聯(lián)補(bǔ)償電容還不能根據(jù)系統(tǒng)要求實現(xiàn)無級平滑的調(diào)節(jié)無功

3、，只能是分組投切。 所以實際運(yùn)行的變電站電壓無功自動控制系統(tǒng)都是采用分區(qū)控制的原則。 其中比較著名的是“九區(qū)域圖”控制原則。 2.系統(tǒng)架構(gòu) 本產(chǎn)品控制主板采用 32 位 risc 架構(gòu)的 arm10 微控制器， 該處理器具有極高的性能，主頻高達(dá) 520mhz。 本主板是嵌入式結(jié)構(gòu)，板形接口極其緊湊，功耗極低。整板功耗就可以控制在 5w 以內(nèi)。 本主板具有 pc104 接口并且支持標(biāo)準(zhǔn)的 pc104 擴(kuò)展板卡。 并且具有豐富的接口資源，集成 3 路工業(yè)級串口、一路 100m 以太網(wǎng)接口，可以方便的連接各種工業(yè)控制模塊。 usb 主接口 2 路、usb 設(shè)備接口 1 路、1 路ac97 音頻、1

4、路 lcd 及觸摸屏等接口。 板載 vga 接口， 分辨率可達(dá)800 x 600，可以直接連接電腦顯示器 ，配以 usb 鼠標(biāo)和鍵盤 ，即可連接成為一臺具有極低功耗的工業(yè)控制計算機(jī)。 大容量的存儲空間，64m 的 ram ,256m 的 nandflash，可滿足客戶對大量數(shù)據(jù)的存儲。 3.模塊劃分 vqc 系統(tǒng)包括以下幾大功能模塊 ：通訊模塊 、規(guī)約模塊 、數(shù)據(jù)庫模塊、算法模塊、采集與控制模塊、數(shù)據(jù)定時清除模塊， gui 模塊。 3.1 通訊模塊 主要負(fù)責(zé)與變電站后臺機(jī)的通訊， 進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。 通訊方式包括 tcp/ip 通信和 rs232 串口通訊,數(shù)據(jù)主要包括上行信息（遙測、遙信、定值

5、信息）和下行信息（電容斷路器位置及判別運(yùn)行方式的斷路器位置，遠(yuǎn)程操作命令及故障清除命令，定值的遠(yuǎn)程設(shè)定）以及電壓、電流數(shù)據(jù)。 3.2 規(guī)約模塊 包括 modubs 規(guī)約、cdt規(guī)約、iec101 規(guī)約、iec104 規(guī)約。用于通訊的數(shù)據(jù)封裝。規(guī)約支持的功能，細(xì)化出來。 3.3 數(shù)據(jù)庫模塊 用于數(shù)據(jù)的存儲，主要存儲的數(shù)據(jù)有補(bǔ)償參數(shù)、實時數(shù)據(jù)（硬接點(diǎn)采集或軟件獲取）、通過算法計算后的計算結(jié)果（有功、無功、功率因數(shù)）。 3.4 算法模塊 應(yīng)用電壓無功模糊識別判據(jù)，根據(jù)當(dāng)前電壓、電流值計算有功無功分量、功率因數(shù)等量，并得出控制信號用于控制電容器的投切和變壓器檔位的調(diào)節(jié)。進(jìn)行計算所需要的參數(shù)低壓母線的電

6、壓 無功 功率因素，如果母聯(lián)是閉合的，合起來計算。如果分開，則需要獨(dú)立計算。一般不考慮中壓側(cè)母聯(lián)。 3.5 采集模塊 兩種獲取現(xiàn)場數(shù)據(jù)的方式， 一種是通過采集板采集 16 路電壓、電流量和 128 路開關(guān)狀態(tài)量；一種是通過網(wǎng)絡(luò)或串口從變電站后臺機(jī)要數(shù)據(jù)。 3.6 gui 模塊 界面部分分為開機(jī)歡迎界面、 功能選著界面和各功能子界面（運(yùn)行實況、補(bǔ)償設(shè)定、歷史曲線、系統(tǒng)設(shè)定、故障信息、數(shù)據(jù)處理、手自動切換、使用幫助、恢復(fù)出廠設(shè)置、系統(tǒng)退出）。 4.變電站電壓、無功綜合控制的控制 變電站電壓無功控制系統(tǒng)是一個多輸人多輸出(mimo)的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。從控制理論的角度來說，它又是一個多約束(電壓上下

7、限、無功功率上下限、調(diào)壓變壓器分接頭動作次數(shù)、并聯(lián)電容器投切次數(shù)等)、多目標(biāo)(電壓合格和無功平衡)的最優(yōu)控制問題。由于無法建立精確的數(shù)學(xué)模型，目前只能采用工程實用算法做出實用有效的控制決策。按照控制策略的不同可分為以下幾種。 4.1按一次側(cè)電壓控制 根據(jù)系統(tǒng)要求設(shè)定一次側(cè)母線電壓的上限電壓和下限電壓。當(dāng)一次側(cè)母線電壓小于允許最低電壓值時，投人補(bǔ)償電容器組提升電壓;當(dāng)母線電壓大于允許最高電壓值時，切除補(bǔ)償電容器組降低電壓。但由于沒有考慮無功功率平衡這一基本條件，單純進(jìn)行電壓控制，很難實現(xiàn)合適的無功平衡，控制效果不太理想。 4.2按功率因數(shù)控制 根據(jù)功率因數(shù)自動投切并聯(lián)電容器組，若功率因數(shù)低于下限

8、則投人電容器組，高于上限則切除電容器組。由于功率因數(shù)容易受到系統(tǒng)負(fù)荷的影響，當(dāng)系統(tǒng)帶較小負(fù)荷時，較小的無功功率的變化會引起功率因數(shù)較大的變化，容易造成投切電容器組動作頻繁。另外該方法沒有考慮投切并聯(lián)電容器組對母線電壓的影響。 4.3按電壓、無功功率的綜合控制 根據(jù)母線電壓和無功功率將運(yùn)行情況劃分為如圖1所示的9個區(qū)域。圖1中縱坐標(biāo)為電壓u，橫坐標(biāo)為無功功率q(功率因數(shù)coso)。u。為運(yùn)行過程要求保持的目標(biāo)電壓。為避免控制過程中頻繁動作，電壓和無功(功率因數(shù))都有一個允許的波動范圍。只有當(dāng)電壓或無功(功率因數(shù))超出允許的上下限時才進(jìn)行調(diào)節(jié)。在不同的區(qū)域采取不同的控制決策，綜合利用有載調(diào)壓器的自

9、動電壓調(diào)節(jié)和投切并聯(lián)電容器組平衡無功功率這兩種手段，達(dá)到電壓和無功都控制在系統(tǒng)允許的范圍內(nèi)。 4.4人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)預(yù)測無功 根據(jù)大量的歷史數(shù)據(jù)應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ann)對無功負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測，然后將預(yù)測結(jié)果連同當(dāng)前的母線電壓、無功功率、功率因數(shù)等模糊化后作為另一個人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸人，輸出即為調(diào)節(jié)動作決策。由于該方法需要進(jìn)行大量的計算，對系統(tǒng)硬件運(yùn)行速度要求高，實時性差，僅只能作為離線控制;并且人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的解容易陷人局部最優(yōu)解，所得控制決策是否合理與訓(xùn)練工作的可靠性密切相關(guān)。因此，該方法只是處于理論研究階段，尚未進(jìn)人應(yīng)用。 5.結(jié)語 采用變電站綜合自動化系統(tǒng)的先進(jìn)技術(shù)，能達(dá)到減員增效、減少或避免誤操作、誤判斷、縮短事故處理時間、提高供電質(zhì)量和供電可靠性，并提高了整個電力系統(tǒng)的自動化水平。 本文僅對變電站綜合自動化系統(tǒng)作了粗淺的分析和研究，隨著計算機(jī)技術(shù)、電力技術(shù)、自動控制等技術(shù)的迅猛發(fā)展，變電站綜合自