1、變電站電壓無功控制策略和實現方式莊侃沁,李興源(四川大學電氣信息學院,成都610065摘要:闡述了變電站電壓無功控制的原理、策略、存在的問題和實現方式;分析了基于人工智能新技術的"九區圖"法的優點及其在電壓無功控制中的應用;比較了當前幾種主要的電壓無功控制裝置/方式,提出了一種利用變電站自動化系統采集信息的"半獨立式"電壓無功控制裝置,這種控制裝置有著廣闊的應用前景。關鍵詞:變電站;電壓;無功;九區圖;人工智能中圖分類號:T M 761+.1;T P 18收稿日期:2001-01-03;修回日期:2001-03-01。0引言變電站電壓無功控制已成為保證電

2、壓質量和無功平衡、提高電網可靠性和經濟性必不可少的措施。從控制理論的角度上講,變電站電壓無功控制是一個多限值、多目標的最優控制問題1;從控制手段上講主要有2種方法:變壓器分接頭調節和電力電容器投切。其基本控制規律是:變壓器分接頭上(下調后,電壓將變大(小,無功變大(小,功率因數變小(大;投入(退出電容器后,無功變小(大,電壓變大(小,功率因數變大(小。目前,原有的主要靠人工手動調節的電壓無功控制方法已不能適應電力系統發展的要求,需要有新的控制方法和方式。1電壓無功的控制策略基于變壓器分接頭調節和電容器投切,國內外提出了不少自動控制方法,較典型的有以下幾種。1.1按功率因數或電壓高低調節2,3根

3、據用電網功率因數或電壓的變化自動投切電容器組,使功率因數維持在某一整定的范圍內,實現無功補償。這種方法簡單、易行,但未考慮變壓器分接頭的調節,無功補償效果較差。1.2基于人工智能的動態規劃方法通過人工智能的方法46尋找一組變壓器分接頭和電容器組投切量變量,使得目標函數有最優解:J=X|V |+X p f +X t a p +X n c其中X|V |為實際電壓對額定電壓的偏移量;X p f 為無功(功率因數的偏移量;X t a p 為變壓器分接頭動作的次數;X n c 為電容器組投切動作的次數。同時,滿足不等式約束條件:a .T T m a x :一天內變壓器分接頭動作次數之和應不大于限定值;b

4、 .N c N c m a x :一天內電容器投切次數之和應不大于限定值;c .|V m i n |V |V m a x |:實際電壓不大于最大值、不小于最小值;d .|p f |p f m i n :功率因數不小于限定值。由于國內的計算機水平、數據庫技術、狀態估計、通信、實時監控等軟硬件技術仍有待發展,至今尚無成熟的適用于我國電力系統的全網智能動態規劃系統。目前在工程中使用較多的為九區圖控制法。1.3按傳統九區圖法實現電壓無功控制按電壓和無功上下限值將電壓-無功平面劃分為9個區域,各個區域對應不同的控制策略。實際運行時,系統根據電壓、無功運行的區域采取相應的控制方法。傳統的九區圖法存在的主要

5、問題是:控制策略是基于固定的電壓無功上下限而未考慮無功調節對電壓的影響及其相互協調關系;用于運算分析的信息有分散性、隨機性的特點,這造成了控制決策的盲目和不確定性,實際表現為設備頻繁調節。例如:當系統電壓正常而無功不正常,同時又無足夠的電容器組投切,而一天內變壓器分接頭動作次數之和未達其限定值時,采用傳統的九區圖控制將導致變壓器分接頭頻繁動作。如圖1所示。當系統運行于第1區的運行點時,電壓正常、無功越上限。若此時已無電容器可投,根據第1區控制規則-"先投電容器,若電容器不可投,下調分接頭",則只有下調分接頭到點,而調節分接頭一般對無功的影響不大,此時系統仍可能運行于第1區。

6、根據規則將繼續下調分接頭至運行點,此時74第25卷第15期2001年8月1 0日 因此在此裝置的基礎上添加相應的電壓無功控制模塊到變電站自動化系統軟件中,將系統采集到的信息進行計算、分析,輸出控制命令給被控對象,即可實現V Q C控制目的。具體有2種實現方式:a.利用變電站自動化系統后臺監控系統的V Q C控制。其特點是V Q C運行軟件安裝在變電站后臺監控計算機上,成為后臺監控系統的一個子模塊,當后臺監控計算機運行時,設置投入V Q C功能即可工作,達到控制要求。這種方法參數設置簡單,人機界面友好,調試方便,省去了專用硬件設備,降低了成本。但是V Q C的可靠性取決于網絡通信水平、I/O單元

7、和后臺監控計算機的運行狀況,尤其是對后臺監控計算機的可靠性要求更高。目前,南瑞中德公司的L S A678及N S C-2000系統的V Q C即采用此方式。b.掛在變電站自動化系統網絡上的V Q C。在變電站自動化系統的網絡上掛一獨立工控機,用于運行V Q C軟件,通過網絡實現信息的計算和V Q C 功能控制。這種方式參數設置簡單,毋需單獨敷設電纜,調試方便,而且調節與閉鎖速度快。但是要增加專用工控機,系統可靠性取決于網絡通信水平、I/O 單元和獨立工控機的運行狀況。四方公司的C S C-2000系統的V Q C即采用這種方式。2.2V Q C專用獨立式成套裝置專門用于實現變電站V Q C功能

8、的成套裝置在電力系統中應用廣泛。這種裝置的特點是集I/O單元與分析判斷功能于一體,相關閉鎖信號由相應裝置的硬接點輸入,所需測量值由自帶的I/O單元采集,有關控制也由自帶的I/O輸出。這種控制方式將各種V Q C功能集中于一個裝置中,不受其他系統或網絡的影響,因而可靠性高。缺點是所需敷設電纜較多、安裝調試麻煩,不能充分利用站內自動化資源,變電站運行方式改變時其功能改變與擴充困難。V Q C專用裝置主要適用于非自動化的變電站。國內目前這種裝置型號較多。2.3半獨立式新型V Q C控制方式根據電力系統的實際情況,很需要有一種介于V Q C專用成套獨立裝置和基于變電站自動化系統的V Q C之間的控制方

9、式-"半獨立式V Q C控制",即將變電站自動化裝置所提供的信息經V Q C 專用裝置運算處理后直接輸出控制。該方式的輸出部分是自帶的,而輸入部分基于自動化系統裝置。由于目前在許多變電站中基本上均有自動化設備而無V Q C裝置,因此若采用成套的獨立裝置增加V Q C功能時,需要進行大量的電纜和回路改造;而若采用在自動化系統上增加V Q C功能軟件,則需要對系統的軟件進行大量變動,何況目前仍有許多R T U只有"二遙"功能,使得信息采集不完善,無法保證V Q C軟件的可靠性。因此,需要有一種兼顧可靠性和經濟性的新型V Q C控制,使其能安全、有效、方便地投

10、入自動化系統中。如圖3所示 。而采用人工智能的方法,對于專家系統只需修改部分知識庫,對于模糊邏輯控制只需修改控制規則,對于神經網絡只需重新訓練樣本,簡單易行、不易出錯。人工智能技術可以解決傳統控制方法難以解決的復雜問題。此外,隨著自動化水平的提高,如何開發符合國內電力系統實際水平的動態規劃V Q C 軟件,達到全網最優也是一個重要的課題,有待進一步探索。參考文獻1施玉祥,陶曉農(S h i Y u x i a n g ,T a oX i a o n o n g.中低壓變電站電壓無功調節的研究(A u t o m a t i c V o l t a g eC o n t r o l l e r

11、a n dI t s A p p l i c a t i o nt oS u b s t a t i o n.電力系統自動化(A u t o m a t i o no f E l e c t r i cP o w e r S y s t e m s,1996,20(92孫淑信,游志成,李小平,等(S u n S h u x i n g ,Y o uZ h i c h e n g ,L i X i a o p i n g ,e t a l.大型變電站微機自動調壓系統的研究(S t u d y o f Mi c r o c o m p u t e r A u t o m a t i c V o l

12、 t a g eC o n t r o l S y s t e m f o r L a r g e S u b s t a t i o n s.電力系統自動化(A u t o m a t i o no f E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s,1996,20(93厲吉文,李紅梅,寧文怡(L i J i w e n ,L i H o n g m e i ,N i nWe n y i .變電所電壓和無功自動調節判據的研究(S t u d ya n dA n a l y s i s o nS ub s t a t i o nV o l t a g e a n

13、 dR e ac t i v e P o w e rA u t o m a t i cR e g u l a t i n g C r i t e r i a.中國電力(E l e c t r i c P o w e r,1995,28(74L a f r a m b o i s e J R PR ,F e r l a n dG ,C h i k h a n i A Y ,e t a l.A n E x p e r tS y s t e m f o rR e a c t i v e P o w e rC o n t r o lo faD i s t r i b u t i o n S y s t

14、 e m P a r t 2:S y s t e m I m p l e m e n t a t i o n.I E E E T r a n so nP o w e rS y s t e m s,1995,10(3:143314415L u F C ,H s u Y Y .F u z z y D y n a m i c P r o g r a m m i n gA p p r o a c h t o R e a c t i v e P o w e r /V o l t a g e C o n t r o l i n aD i s t r i b u t i o n S u b s t a t

15、i o n .IE E E T r a n s o n P o w e rS y s t e m s,1997,12(2:6816886H s u Y Y ,L u F C .A C o m b i n e d A r t i f i c i a lN e u r a lN e t w o r k -F u z z y D y n a m i c P r o g r a m m i n g A p p r o a c h t oR e a c t i v e P o w e r /V o l t a g e C o n t r o l i n a D i s t r i b u t i o n

16、S u b s t a t i o n .I E E E T r a n s o n P o w e r S y s t e m s,1998,13(4:126512717孫淑信,肖能爽,李暉,等(S u n S h u x i n g ,X i a o N e n g s h u a n g ,L i H u i ,e t a l .500k V 變電站電壓和無功智能控制及專家系統應用的研究(T h eA p p l i c a t i o na n d S t u d yo fV o l t a g e /V A R I n t e l l i g e n tC o n t r o l a

17、 n dE x p e r t S y s t e m i n 500k V S u b s t a t i o n .見:全國高等學校電力系統及其自動化專業第十二屆學術年會論文集(I n :P r o c e e d i n go f 12t hC U S -E P S A .保定(B a o d i n g :19968呂艷萍(L uY a n p i n g.變電站自動調壓裝置的專家系統(A nE x p e r tS y s t e m f o rS u b s t a t i o nA u t o m a t i cV o l t a g e R e g u l a t o r .中

18、國電力(E l e c t r i c P o w e r ,1996,29(39李建中(L i J i a n z h o n g .變電站電壓無功綜合調節模糊控制研究(F u z z y C o n t r o lo f S u b s t a t i o n V o l t a g e a n d R e a c t i v eP o w e rC o m p r e h e n s i v eR e g u l a t i o n .中國電力(E l e c t r i c P o w e r ,1998,31(410段海峰,李興源,宋永華(D u a nH a i f e n g ,

19、L i X i n g y u a n ,S o n gY o n g h u a .一種基于模糊邏輯的電壓無功控制策略(T h e C o n t r o lS t r a t e g y o fV o l t a g e a n d R e a c t i v e P o w e rB a s e d o n F u z z y L o g i c .電力系統自動化(A u t o m a t i o no f E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s ,1997,21(611許之晗(X uZ h i h a n .變電站電壓無功模糊控制理論和系統設計

20、:碩士學位論文(F u z z y L o g i cC o n t r o l T h e o r ya n dS y s t e m D e s i g no f V o l t a g e /R e a c t i v eP o w e r i n S u b s t a t i o n ,T h e s i s .成都:四川大學(C h e n g d u :S i c h u a nU n i v e r s i t y ,200012R a m a k r i s h n aG ,R a oN D .F u z z yI n f e r e n c eS y s t e m t o

21、 A s s i s t t h e O p e r a t o r i n R e a c t i v e P o w e r C o n t r o li n D i s t r i b u t i o nS y s t e m .I E E P r o c e e d i n g s -G e n e r a t i o n ,T r a n s m i s s i o n&D i s t r i b u t i o n ,1998,145(213楊爭林,孫雅明(Y a n gZ h e n g l i n ,S u nY a m i n g .基于A N N 的變電站電壓和無功

22、綜合自動控制(T h e S y n t h e t i c a n dA u t o m a t i c C o n t r o l o f S u b s t a t i o nV o l t a g e a n dR e a c t i v eP o w e r B a s e do nA N N .電力系統自動化(A u t o m a t i o no f E l e c t r i c P o w e r S y s t e m s ,1999,23(13莊侃沁,女,碩士研究生,研究方向為電力系統穩定與控制。李興源,男,博士,教授,中國電機工程學會理事,I E E E 高級會員,從

23、事電壓穩定分析、電壓無功控制系統、H V D C、電能質量及電力市場方面的研究工作。S T R A T E G I E SA N D I MP L E ME N T A T I O N MO D E SO FV O L T A G EA N D R E A C T I V EP O WE R C O N T R O LF O R S U B S T A T I O N SZ h u a n gKa n q i n (i *i n g +u a n ,S i c h u a nU n i v e r s i t y -C h e n g d u 610065-C h i n a.A /0123415T h e p r i n c i p l e s a n ds t r a t e g i e s o f v o l t a g e a n dr e a c t i v e p o w e r c o n t r o l ,V Q C .f o r s u b s t a t i o n s -a s w e l l a s t h e e x i s t i n gp r o b l e m s a n di m p l e m e n t a t i o nm o d e s a r e d i s c u