模糊动态规划法在变电站电压无功控制中的应用

邓 昱，赵 剑

（国电南瑞南京控制系统有限公司，江苏 南京 211106）

0 引 言

随着城市电网改革的推进，优化运营方案已成为1项现实且紧迫的任务。配电网电容器投切是优化城市配电网工作技术的重点，能够有效降低城市配电网的有功损失和电压损耗，提高城市配电网的安全性和稳定性[1-3]。电网电压是衡量城市电气性能的1项重要技术指标。电压过高或过低不仅会降低城市电力设备的正常运行寿命和效益，而且将严重危害城市供电系统的安全平稳运行和正常经济运行[4]。无功补偿系统是影响输出电流大小的最主要因子，完成了对无功功率控制电流大小的分层、分区调节以及就地均衡，控制输出电流大小合格变化[5]。因此，变电站系统中无功补偿技术管理的最主要任务是通过改变有载调压变压器中各接点的相对位置，直接投切无功功率控制补偿系统，完成供电压力调节的时间与无功功率控制调节的时间就地均衡，减少变压器内有载调压开关的调整时间和无功功率调节装置开关的投切时间[6]。电网无功综合管理系统解决了多指标和多限值的最优控制问题，管理策略效益直接决定变电站电压与无功管理系统的经济效益[7]。

1 变电站电压无功控制应用的必要性

在电能的传递和分配过程中，随着电缆和变压器的内部损耗，出现了规模巨大的电力损失。电力产品质量的优劣取决于工农业提供的产品质量和产量是否达标，也取决于供电系统是否能够安全良好运转。合理降低电力系统网损，向消费者提供安全、高质量以及稳定的电力产品，有助于实现节约能源、降低成本、提高民众的生活质量。

额定电压质量是反映系统电源性能的1项关键技术指标。系统通过调节供电设备控制输出电流的最大额定值，供电装置严格按照最大额定值容量设计生产。若它与额定电压质量偏离太大，不但影响系统的正常运行，而且可能导致网损的电流范围逐步扩大，甚至威胁系统工作的稳定性。系统无功功率控制器缺失或无功功率控制器分配方法错误，将导致系统额定电压效率下降。

2 模糊控制理论概述

模糊控制系统把模糊语言与模糊系统数学性质的理论描述及模糊逻辑的基本原理推导成为理论基础，利用计算机技术组成1个封闭结构并带有反馈通路的数字控制器，组成核心为高度智能化的模糊控制器。模糊控制器一般由模糊控制器、执行机构、输入端口、输出端口、检测设备以及被控对象5个部分构成。模糊控制系统组成如图1所示。

图1 模糊控制系统组成

仿真显示，模糊控制方式能够适应不同的变电站调压和无功条件，合理减少对有载调压变压器分接头和无功补偿装置的使用时间，延长对有载调压变压器和无功补偿系统的使用时间，是1项值得研究和发展的有效调压和无功控制技术。

3 无功控制方法的应用

电压和频率是反映供电系统中电能品质的主要技术指标。为保证供电系统的正常工作，供电电压和频率需要处于规定范围。由于电压限制，频率的限制与有功功率限制和无功功率限制相关，一般直接限制发电机励磁电流，使其在超前或落后的功率因数状况下正常工作，以实现无功功率限制，或者选用固定的串联电容器或电抗器进行限制。无功补偿方式主要有集中补偿、分级补偿以及对地补偿3种。变电站高电压无功管理装置以系统的九区图为基础，根据人工神经网络对边界位置的预测特性，实现对电压和无功的统一管理，网络监测结果如表1所示。

表1 网络检验结果

3.1 确定无功平衡的判定依据

电压与无功综合管理是指通过电压和无功2种判别量综合控制变电站电压及无功，保证电流在合理范围内波动，从而实现无功平衡。通过使目标电网压力的最大偏移合格设置了变压器，有功损失最小且与无功功率基本相等，同时符合无功电压离散性和主要影响因子等约束条件，从而达到变电站变压器的高压侧无功功率控制和目标侧母线接通后最大电压的最佳控制曲线。通过对变压器部分接头的调整和对电容器组件的投切，实现最低电压合格，使网损降至最低。

无功的改变对电压波动的影响引起了变压器中部分触点的频繁移动和对电容的投切影响。从变电站的调压无功控制装置的调控基本原理出发，按照无功负荷变化的基本规律和不同阶段的不同性质，提出计算调压无功功率整定值的办法。有功功率和无功功率变化曲线如图2和图3所示。

图2 有功功率变化曲线

图3 无功功率变化曲线

3.2 电压上限确定

通过调整供电系统中无功功率完成电流指标的调整。当高峰负载时，线电流及其消耗大，此时需要增加电流来弥补部分电流消耗，从而使负载点电流不会太低；当低谷供电时，线电流及其影响小，此时适当的电流可使负载点电流不会过大。按照负载峰值时增加电流上下限和负载低点时减少电流上下限的原理判断电流。

3.3 无功功率的确定

系统无功功率控制的调整对负荷的影响很大，而无功功率的分配错误是网损扩大的主要原因。电网企业直接面向用户，对电力合格的规定相应较多。无功功率控制限值结合电压限额，可实现无功功率限制平衡，具有较大的弹性。

4 变电站无功电压综合控制的方式

系统中无功电源不足时，不能通过调节变压器变比的方式增加电流，而应增加无功补偿设备。大多使用有载调压变压器的电流补偿并联电容器组，采用手动控制有载变压器的部分接点位置并投切串联电容器，以达到控制电流合格和无功平衡的目的。主要有集中控制、分散控制以及关联分散控制方式3类控制方法。

4.1 集中控制方式

集中控制方式是指调节控制器时实施统一控制配电中心的调压装置和无功补偿装置，目的是保证系统电压正常工作，达到无功平衡控制，改善控制器运行稳定性与效率。调度机构须具备因地制宜的能力和流量无功优化实时控制软件。各供电中心须具备遥信和遥测能力，且对通道的安全性要求较高。此外，在供电系统需设置智能监控系统。目前，我国各变电站的基础系统自动化水平不一，导致对整个系统实现集中优化控制的难度较大。

4.2 分散控制方式

分散控制是当前综合管理电网无功的重要措施，是各变压器通过自动控制有载调压变压器的各接点位置和各压力调节器控制无功功率补偿装置的运行，保证在当前压力发生变化后各地区的电流和无功功率都保持在一定的范围内。分散控制对于改善受控站供电区域内的供电能力、减少内部线路变压器的功率消耗以及减少值班员的工作具有重要意义，但目前仅实现了局部优化，尚未达到全局改善。控制系统工作流程如图4所示。

图4 控制系统工作流程

4.3 关联分散控制方式

关联分散控制是指在正常的工作状态下，由分设在各站的关联分散控制设备，根据设计的调节程序控制电网，调整幅度的整定值，考虑整个网络的安全、稳定以及经济效益，按照电网的无功调整规定设计，从而实现责任分散、控制分散以及损失分散。若供电系统运行模式发生较大改变，则应由调度中心进行调节或由调度中心更改下属变压器维持的母线接通电压和无功功率的整定值，以适应安全、平稳以及经济需要，从而增强整个供电系统的安全性和经济效益。

5 变电站电压单一控制策略

按功率因素控制，功率因素在一定范围内实时变化。当功率因子小于规定的波动范围下限时，将电容器组全部投入工作。当功率因数大于设定的波动幅度范围最大值时，将电容器组全部切除。该控制方法并未考虑投切串联电容器的无功功率控制的改变及其对母线接通负载的作用。假如负载较小，投切电容器组件的操作较为烦琐，则极易造成投切振荡。为解决上述问题，改进自动投切器，可以针对低负荷区域的不同情况自动调节其不同的功率因数值，通过自动选取法实现自动投切。临界因数技术常用于处理临界振荡问题，有效限制了低负荷下的临界振荡范围，从而克服了电容器投切时的振荡现象。

6 结 论

随着城市电网改革的推进，优化运行方案成为1项现实而紧迫的任务。分布电容的分销网络优化城市配电网技术，可有效降低有功功率损耗和城市配网电压损失，提高城市配电网的安全性和稳定性。