一种变电站电压无功模糊专家控制系统的设计

摘要：本文对变电站电压无功控制的技术进行了研究，提出了模糊专家控制的变电站电压无功控制系统。该系统不仅能避免大量的数学计算，而且能有效减少有载调压变压器的分接头的调节次数和并联电容器组的投切次数，提高了变压器和电容器的运行寿命。

关键字：模糊专家控制系统；电压无功控制；变电站

一、 引言

近年来，电力系统正在进行大的改造，电压是衡量电力系统电能质量的一个重要指标，而电力系统的无功功率对电压水平有很大的影响。变电站的改造是电力系统改造的重点。因此为了适应变电站自动化系统和电压无功综合控制改造的需要，利用现代控制技术设计一种合理高效并能达到综合控制电压无功的控制器势在必行。

二、 变压器电压无功补偿的的方案比较

变电站电压无功控制的主要目的是提高变电站二次侧的电压质量和实现无功平衡。为了达到这个目的，变电站目前主要采用以下两种调节手段，调节有载变压器的分接头和投切安装在变压器低压侧的并联电容器组。这两种调节和控制措施各有优缺点，必须把调节分接头和控制电容器组的投切两者结合起来，进行合理的调控，达到最优控制。

目前，国内外对这种双参数控制提出不少控制方法，比较有代表性的方法有：

1.功率因数或母线电压自动控制方法

根据用电网的功率因数或母线电压的变化来决定电容器的投切，实现无功补偿和电压的调节。该控制方式通过功率因数变换器或单片机来控制，实现电容器的投切，但控制精度不高，难以保证电压质量，效果比较差。[1]

2.九区图实现电压无功控制

九区图控制方法是将电压和无功上下限值划分为九个区域，各个区域对应不同的控制策略。该控制方法在一定程度上能满足运行要求，但可靠性和经济性不强，容易出现“投切振荡”。

3.人工神经元网络实现电压无功控制

应用人工神经元网络方法实时控制电容器的投切，建立具有两级人工神经元网络的控制网络模型。该方法用于控制电容器补偿无功，实时控制所需计算量小。[2]但人工神经元网络的训练对训练数据要求高，训练数据的选取将关系到神经网络性能的好坏。

4.模糊控制和专家系统相结合的方法

采用模糊控制和专家系统相结合的方法实现电压无功综合控制，即用模糊专家控制系统实现变电站电压无功控制。该控制方法对分接头和电容器组实现综合控制，能更好的保持电压在合格范围内维持无功平衡，更好的保持电压稳定。[3]

通过前面几种控制方案的比较，本文引用模糊专家控制理论，改进传统的九区图法的电压无功控制。该模糊专家控制器能很好的解决原九区图和模糊控制的缺点，利用模糊专家控制算法得出电压无功控制策略去控制分接头调节电压和电容器组投切补偿无功，能有效地减少分接头的动作次数，提高电压质量。

三、电压无功模糊专家控制器的结构

电压无功模糊专家控制系统主要由模糊控制去控制变电站电压和无功功率两个变量，而专家系统主要

作用是监控系统状态，动态指导调整电压无功模糊控制系统的量化因子和比例因子，主要包含以下5个模块：变电站运行信息获取模块、基于模糊控制器的电压无功模糊控制模块、基于专家系统的电压无功综合分析模块、控制命令执行模块、电压和无功偏差的量化因子模块以及電压和无功的比例因子。控制系统框图如图1所示。

通过专家模糊模糊控制系统框图可知，首先从变电站母线上采集电压和无功的实时数据作为电压无功模糊控制器的的输入量，确定变电站的运行状态，并通过模糊控制对此做出初步的控制策略。同时，电压无功专家系统将根据系统的动态状态信息，对电压和无功的量化因子和比例因子进行动态选择，模糊控制器根据专家系统所选择的量化因子和比例因子并结合变电站的实际运行约束条件进行综合决策分析，确定最终的电压无功控制命令，通过控制命令模块完成。

四、电压无功模糊专家系统的仿真

利用Matlab中的模糊逻辑工具箱建立变电站电压无功模糊控制器，得出仿真波形。图2是采用模糊控制器后的电压波形、无功波形、变压器档位调节及电容器组投切的情况。图3是采用模糊专家控制系统后的电压波形、无功波形、变压器档位调节及电容器组投切的情况。

通过图2，图3比较得，通过模糊专家控制的电压和无功波形比模糊控制系统控制的更加平滑，效果更好；模糊专家控制的变压器档位和电容器组比模糊控制系统控制的调节次数少，投切次数也少。因此模糊专家控制对变电站电压无功控制能保证变压器二次侧电压维持在合格的范围内，使变压器高压侧的的无功能基本保持平衡，能有效地减少变压器分接头的调节次数和电容器组的投切次数。

5结语

通过国内外对变电站电压无功进行控制的各种控制方案进行比较，提出了采用模糊专家控制对变电站电压无功进行控制，该控制策略可以使变压器分接头和电容器组的动作次数更加合理，因此能降低其的运行和维护费用。

参考文献

[1] 陆安定. 功率因数与无功功率[M].上海科学普及出版社，2004，89-95

[2] 赵永存，韩富春，尹庆富等. 基于九区图控制的变电站电压无功自动装置[J]. 山西电力，2005（2）：1-3

[3] 李升，陈歆技，高山等. 基于模糊理论的变电站电压无功控制策略研究[J]. 电力电容器 ，2005（3）：21-24

作者简介：王莉，女，山西大学电子信息工程系，教师。联系电话：18234180317 山西省太原市杏花岭区大东关红沟南街36号， E-mail：wl0610@126.com