淺談配電網電壓無功優化控制

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

關鍵詞：配電網；無功優化；控制；策略

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

作為對控制性能有著關鍵影響的因素，在對VQC進行控制時其控制策略要具有優化性。自從上世紀70年代以來，大量的專家和學者都對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的快速發展，電網電壓無功補償與分區協調控制已經成為可能。

國外許多大型電力公司都已經實現了區域電壓的集中控制，確保整個系統的電壓都得到協調控制，有些國家還構建了專門針對電壓控制的自動綜合控制系統，實現了電壓的有效控制和調整。本文對配電網電壓無功優化控制方法進行了分析。

1 基于區域有效劃分的控制策略分析

早期專家和學者所提出的VQC控制策略主要是針對電網電壓或功率等單一因素的，根據電網的無功功率的狀態空間所實現的電網電壓有效控制是當前較為常見的一種控制策略。

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

由于九區圖法無法有效滿足控制系統對負荷變化的要求。有學者提出了改進的九區圖控制策略，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 九區圖控制策略

（2）面向相關操作的五區圖控制策略為了確保相關裝置能夠可靠動作，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，以不同的操作性質來對控制區域進行合理的劃分。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 個相關的動作控制變量，通過對運行狀態進行有效地比較來實現操作，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的控制受系統相關時變性、運行參數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，主要是根據相關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則和相關的隸屬度函數依賴較高，其控制的特點是無須對輸出和輸入之間的函數關系進行獲知，通常所采用的模糊推理方法主要有Zadeh法、Larson法及Sugeno法。

在傳統的配電網無功優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，其判據主要是將相關電壓的工作狀態在相關無功調節特性中進行引入，進而得到無功功率與電壓之間的有效關系，在維持調節次數不變的條件下，這種控制方法能夠有效地對分接頭的調節次數進行延長，并提高電壓的質量。

（2）專家控制法分析

專家控制法主要是一種基于專業知識與計算經驗的方法，其主要結構可劃分為數據庫、推理機和知識庫等。

專家控制方法通過人類專家的經驗來解決問題，其能夠綜合在線數據的實時性優勢和專家的經驗，對配電網無功控制策略進行合理的設計。有的學者還以狀態辨識為依據來對知識庫進行辨識，這樣能夠通過不斷學習對相關經驗加以完善。

3 微機型電壓無功綜合控制方法

當前國內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，其能夠通過配電網中的電流互感器實現運行設備信息的快速跟蹤，并能夠對保護的動作情況及相關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，因而當前受到了較為廣泛的歡迎。有的研究者將藍牙技術應用于AVQC裝置中，實現了自動裝置的藍牙無線改造，提高了裝置的網絡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 基于電壓穩定性的VQC控制策略分析

當配電網的變壓器重載時，相關VQC裝置在被擾動或可能對有載調壓變壓器的分接頭調整時導致電壓失穩現象的發生，其對負荷調整時本身的非線性也非常不利于電網電壓的穩定性。國外有的研究學者從負荷特性的角度出發，通過對有載變壓器分接頭調整造成電壓失穩進行分析和計算來實現對配電網無功優化的有效控制。

國內外的專家學者對配電網無功進行有效優化的方法主要是基于廣域測量系統及相應的寬域網實現的，其主要目的是對VQC進行改進。廣域測量系統是電力系統穩定分析中傳統SCADA系統的延伸，其主導思想是采用高精度的同步采集廣域電網進行實時相量分析，并基于高速的通信網絡實現對分散數據的有效采集，確保在時空坐標下電網動態信息的全局性。通過對廣域測量進行有效利用能夠實現對VQC控制策略的優化，并且在軟件中還能夠對遠方數據接口進行分析，利用電壓控制方法來有效實現對電壓的檢測，根據數據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或電壓崩潰的條件下對控制策略進行調整。

5 結論

配電網中的電壓無功優化控制是一種離散的控制，要實現其最優控制應對混雜控制及離散控制進行協調。當前的控制方法還無法從根本上實現這些協調，應加強混雜控制與離散控制協調性研究，為實現配電網無功優化全局控制奠定良好的理論基礎。

參考文獻：

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[2] 孫文生，張明軍.基于操作動作效果預算比較的電壓無功綜合控制原理[ J ].繼電器，2009.09