張 倩 于 雷 張明軍

1.山東大學(xué)威海分校機(jī)電與信息學(xué)院 山東 威海 220582；2.山東大學(xué)電氣工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250061

0 引言

電壓是衡量電能質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，保證電壓合格，是電力系統(tǒng)安全優(yōu)質(zhì)供電的重要條件。無(wú)功是影響電壓質(zhì)量的重要因素，實(shí)現(xiàn)無(wú)功的分層、分區(qū)、就地平衡是降低網(wǎng)損、保持電壓合格的重要手段。在各級(jí)變電站利用電壓無(wú)功綜合控制裝置對(duì)有載調(diào)壓變壓器和并聯(lián)補(bǔ)償電容器進(jìn)行控制，以保證母線側(cè)電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)，進(jìn)線功率因數(shù)盡可能接近1。

而控制裝置的控制策略更為重要。下面給出了兩種控制策略并進(jìn)行了實(shí)例仿真比較。

1 模糊無(wú)功邊界的“九區(qū)圖”控制策略

傳統(tǒng)“九區(qū)圖”的電壓調(diào)節(jié)判據(jù)和無(wú)功調(diào)節(jié)判據(jù)是互不相關(guān)的［1］。電壓調(diào)節(jié)判據(jù)根據(jù)電壓合格范圍整定；無(wú)功調(diào)節(jié)判據(jù)根據(jù)無(wú)功基本平衡和電容器組的容量以及保持投切相對(duì)穩(wěn)定原則整定，沒(méi)有考慮無(wú)功調(diào)節(jié)對(duì)電壓狀態(tài)的影響。

將電壓狀態(tài)引入無(wú)功調(diào)節(jié)判據(jù)，把“九區(qū)圖”原先固定的無(wú)功上下限邊界變?yōu)槭茈妷籂顟B(tài)影響的無(wú)功模糊邊界。如圖1所示。其中各個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)的控制策略與“九區(qū)圖”相似。在Δabc和Δcde兩個(gè)區(qū)域充分考慮了電壓對(duì)無(wú)功的影響。在Δabc區(qū)域中，電壓偏上限，無(wú)功不是很缺，此時(shí)不動(dòng)作，避免因投電容器操作引起電容器投切振蕩；在Δcde區(qū)域中，電壓偏下限，無(wú)功偏上限，投電容器操作，避免因負(fù)荷波動(dòng)造成電壓質(zhì)量不合格。

圖1 模糊無(wú)功邊界“九區(qū)圖”

采用模糊無(wú)功邊界“九區(qū)圖”控制策略，可以在保持無(wú)功調(diào)節(jié)次數(shù)和無(wú)功補(bǔ)償效果不變的情況下，有效地減少分接開(kāi)關(guān)的調(diào)節(jié)次數(shù)，進(jìn)而延長(zhǎng)有載分接開(kāi)關(guān)的使用壽命。

2 “五區(qū)圖”控制策略

“九區(qū)圖”及模糊無(wú)功邊界“九區(qū)圖”的控制策略是將控制目標(biāo)對(duì)象U、Q直接引入控制思路，在數(shù)學(xué)模型上采用最簡(jiǎn)易的大小比較的方式，在U-Q平面上就形成了經(jīng)典的“井”字型動(dòng)作區(qū)間劃分。

根據(jù)具體操作動(dòng)作性質(zhì)的不同，任何一種VQC裝置的最基本操作動(dòng)作分為：

1）不動(dòng)作；2）升變壓器檔位；3）降變壓器檔位；4）投電容；5）切電容。

根據(jù)所給的控制目標(biāo)，同時(shí)兼顧各種閉鎖約束條件，比較判斷5種操作動(dòng)作中最優(yōu)的一種作為實(shí)際執(zhí)行命令，就形成了直接以裝置動(dòng)作為控制對(duì)象，面向操作動(dòng)作的控制思想。

將5種不同的操作動(dòng)作在U-Q平面上當(dāng)前工作點(diǎn)處矢量化［3］，如圖2所示。

圖2 操作動(dòng)作矢量圖

五個(gè)操作矢量分別為：

0：不動(dòng)作矢量：f0（Q，U）=（Q，U）；

1：升檔矢量：f1（Q，U）=（Q，U+dU）；

2：降檔矢量：f2（Q，U）=（Q，U-dU）；

3：投C矢量：f3（Q，U）=（Q-QC，U+UC）；

4：切C矢量：f4（Q，U）=（Q+QC，U-UC）。

每種操作動(dòng)作都將改變系統(tǒng)電壓無(wú)功的運(yùn)行狀態(tài)，使當(dāng)前工作點(diǎn)M（Q，U）產(chǎn)生移動(dòng)。假設(shè)執(zhí)行完第i號(hào)操作動(dòng)作后，系統(tǒng)工作點(diǎn)移動(dòng)到Mi（Qi，Ui），定義Mi（Qi，Ui）到理想目標(biāo)工作點(diǎn)Mp（Qp， Up）距離的平方為操作優(yōu)劣距離：

以Li最小為比較判斷控制效果優(yōu)劣的依據(jù)，就形成了以操作優(yōu)劣距離最短為判據(jù)，來(lái)確定最優(yōu)操作動(dòng)作的控制策略。

文獻(xiàn)【2】用MATLAB對(duì)以上操作矢量模型進(jìn)行仿真分析，在U-Q平面得到圖3所示的控制區(qū)間示意圖，該圖仿照“九區(qū)圖”的名稱可稱為“五區(qū)圖”。

圖3 “五區(qū)圖”示意圖

3 基于“五區(qū)圖”和模糊無(wú)功邊界“九區(qū)圖”控制策略的電壓無(wú)功模糊控制仿真比較［3］

以110kV變電站為例，如圖4簡(jiǎn)單變電站等值電路模型。其中各部分?jǐn)?shù)據(jù)如下：

圖4 變電站等值電路模型

系統(tǒng)：假設(shè)為理想無(wú)窮大系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)阻抗為0；

變壓器：OLTC（有載調(diào)壓雙繞組變壓器），型號(hào)為SFZQ7—31500/110， 變比為115±8×1.25%kV/10.5kV；

進(jìn)線參數(shù)：LGJ—185/30，100km，r1=0.17Ω/km，x1=0.41Ω/km；

補(bǔ)償電容器組：額定電壓10.5kV，共4組，每組容量2400kvar；仿真曲線比較及分析。

仿真一：以“五區(qū)圖”控制策略為控制規(guī)則；仿真二：以模糊無(wú)功邊界“九區(qū)圖”控制策略為控制規(guī)則。下面給出這兩種不同控制策略下的電壓變化曲線及無(wú)功變化曲線比較。

仿真一和仿真二的數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比情況如圖5和6所示。兩種控制策略均能基本滿足變電站電壓無(wú)功控制的目標(biāo)。但基于“五區(qū)圖”控制策略的變電站電壓無(wú)功模糊控制要優(yōu)于采用模糊邊界 “九區(qū)圖”控制策略下的變電站電壓無(wú)功模糊控制。首先，基于“五區(qū)圖”的模糊控制方式的變壓器動(dòng)作次數(shù)明顯要少；其次，采用基于“五區(qū)圖”的模糊控制所得到的低壓側(cè)母線電壓相較于采用模糊無(wú)功邊界“九區(qū)圖”的模糊控制所得到的結(jié)果要平緩的多。無(wú)功變化情況雖然幾近相似，但是采用“五區(qū)圖”的變電站電壓無(wú)功模糊控制的效果更能滿足變電站對(duì)無(wú)功的要求?？梢?jiàn)，在對(duì)變電站進(jìn)行電壓無(wú)功控制時(shí)，所采用控制策略的優(yōu)劣是影響控制效果的一個(gè)重要方面。

圖5 主變低壓側(cè)母線電壓變化曲線

圖6 主變高壓側(cè)無(wú)功變化曲線

采用了“五區(qū)圖”控制策略的以操作優(yōu)劣距離作為控制判據(jù)，很好地解決了控制中存在的盲目性。

4 結(jié)語(yǔ)

運(yùn)用模糊控制方法對(duì)基于模糊無(wú)功邊界的“九區(qū)圖”及“五區(qū)圖”的控制策略進(jìn)行仿真，可知基于“五區(qū)圖”的模糊控制策略能夠有效地改善變電站電壓無(wú)功控制效果，使變壓器分接頭和電容器組的動(dòng)作更具有針對(duì)性，避免了控制動(dòng)作的盲目性和不確定性。而且控制動(dòng)作后的主變高壓側(cè)無(wú)功功率和低壓側(cè)母線電壓均能滿足要求。

［1］張明軍，董潔，蔣霞，厲吉文.電壓無(wú)功綜合調(diào)節(jié)判據(jù)的分析 ［J］.山東大學(xué)學(xué) 報(bào)（工學(xué)版），2003，33（01）：22～24，28.

［2］蔡凱.電壓無(wú)功綜合控制裝置控制原理的新討論—由“九區(qū)圖”到 “五區(qū)圖”.電力系統(tǒng)自動(dòng)化［J］.2004，28（19）：92～95.

［3］于雷.基于“五區(qū)圖”變電站電壓無(wú)功模糊控制［D］.碩士學(xué)位論文，濟(jì)南：山東大學(xué)，2011.