基于“九區圖”和“五區圖”相結合的電壓無功組合控制

鄧桂勇 白宇

摘 要 為更好地實現全局最優控制將五區圖和九區圖相互配合，形成九區圖和五區圖的組合策略，根據設定的最優限值曲線，按照九區圖判斷各變電站的無功調壓設備的工作點區域及啟動區的上下限，僅對有越限的變電站按照五區圖進行VQC裝置的調控，以達到減少控制變量頻繁操作，又保證全網電壓質量和電網潮流最優分布的目的。

【關鍵詞】電壓無功控制 變電站自動化 “九區圖”控制策略 “五區圖”控制策略

1 “九區圖”、“五區圖”原理分析

1.1 九區圖的控制原理與分析

九區圖控制策略是典型的電壓、無功雙參數控制策略， 它是根據變電站運行中電壓和無功均存在合格、過高和過低3種狀態，而將二維坐標平面分為九個區域。電壓無功綜合控制的基本原理是實時采集變壓器系統側輸入無功功率Q和低壓側母線電壓U，然后根據調節判據得出不同區域的控制方法，通過調節有載變壓器分接頭位置或投切電容器，保證電壓合格和無功基本平衡。

其控制目標是使電壓和無功控制在9區，首要目標是將被測母線的電壓控制在規定的U上限和U下限之間，保證電壓合格。同時要盡量使無功功率控制在Q上限和Q下限之間，如果電壓無功不能同時達到要求，則優先保證電壓合格。控制裝置根據電壓、無功、時間、負載率、調壓分接頭和電容器所處狀態（位置）等諸因素進行判別，根據實時數據判斷當前的運行區域，再按照一定的控制方案，閉環地控制站內并聯補償電容器的投切及有載調壓變壓器分接頭的調節，以最優的控制順序和最少的動作次數使運行點進入到第9區（正常工作區）。

1.2 九區圖控制策略存在的問題

（1）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的關系。

（2）用于運算分析的信息具有隨機性、分散性的特點，造成了控制決策的盲目和不確定性，實際表現為裝置頻繁調節。

（3）“九區圖”的某些區對于兩類設備的控制都起作用時，難以區分哪一類的效果更好。

（4）“九區圖”中的兩類設備動作的先后順序對控制結果影響很大，如果順序不當，會產生頻繁動作、投切振蕩等現象。

（5）“九區圖”對于控制設備的使用是無限次的，而實際操作中分接頭調節和電容器組投切次數是有嚴格限制的。

（6）由于只要進入第9區就不會再有調節，可能造成系統長時間運行在電壓或功率因數不合格狀態邊緣，而不能做到將系統控制在額定最佳運行狀態。

1.3 五區圖的控制原理與分析

根據具體操作動作性質的不同， VQC裝置的最基本操作動作分為：無動作、升變壓器檔位、降變壓器檔位、投電容、切電容這五個動作。根據所給的控制目標，同時兼顧閉鎖約束條件，判斷選擇5種操作動作中最優的一個作為實際執行命令，這就形成了直接以裝置動作為控制對象的，面向操作動作的控制思想。

設理想工作點（目標工作點）為，當前工作點為，當執行完第i項操作后，工作點移動到，定義到目標工作點的距離的平方為操作優劣距離：

于是可以將電壓無功綜合控制裝置的操作看成是進行可選的動作，以Li最小為最優控制目標，形成以操作優劣距離最短為判據來確定最優操作動作的控制策略，通過選擇最優操作量fi，使當前工作點向最優控制目標點逼近。

1.4 五區圖控制策略存在的問題

（1）在“五區圖”中最優控能目標不能選取一個工作用點，需選擇一個最優控制區域作為控制指向的目標。

（2）在最優控制區域內是系統的非啟動動作區，控制機構不動作，只有在工作點越出最優控制區域，系統才可能啟動動作。

（3）只能實現局部優化，保證受控母線電壓合格，不能實現全系統的最優控制以達到全網功率損耗最小的目的。

2 控制思想的引入

系統對控制不僅有準確性要求，還有對穩定性的要求，為了更好地實現全局最優控制，將五區圖和九區圖相互配合形成九區圖和五區圖的組合策略，九區圖動作啟動值是基于全網最優無功電壓整定，當工作點越出最優控制區，啟動控制進行最優操作判斷，選取合適的操作動作。對于全網的變電站，根據設定的最優限值曲線，按照九區圖判斷各變電站的無功調壓設備的工作點區域及啟動區的上下限，僅對有越限的變電站按照五區圖進行VQC裝置的調控，既可減少控制變量的頻繁操作，又可保證全網電壓的質量和全網潮流的最優分布。

3 九區圖與五區圖的組合控制策略

將五區圖和九區圖相互配合，九區圖動作啟動值是基于全網最優無功電壓整定，當工作點越出最優控制區，啟動控制進行最優操作判斷，選取合適的操作動作，形成九區圖和五區 圖相互配合的控制策略（如圖1所示）。

4 結束語

這種整定方法克服了變電站局限于無功，電壓就地控制，從優化與控制的角度使局部優化、分散控制變為全局優化、集中控制與分散控制相結合，提高了系統電壓的合格率、降低了系統的總線損。

參考文獻

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[2]嚴浩軍.變電站電壓無功綜合控制策略的改進[J].電網技術，1997.

[3]趙登福，張濤，楊靖.新型變電站電壓無功綜合控制裝置的研制[J].電網技術，2012.

作者單位

國網河南桐柏縣供電公司 河南省南陽市 474750