变电站电压无功控制策略研究

张 倩 于 雷 张明军

1.山东大学威海分校机电与信息学院 山东 威海 220582；2.山东大学电气工程学院 山东 济南 250061

0 引言

电压是衡量电能质量的一项重要指标，保证电压合格，是电力系统安全优质供电的重要条件。无功是影响电压质量的重要因素，实现无功的分层、分区、就地平衡是降低网损、保持电压合格的重要手段。在各级变电站利用电压无功综合控制装置对有载调压变压器和并联补偿电容器进行控制，以保证母线侧电压在规定的范围内，进线功率因数尽可能接近1。

而控制装置的控制策略更为重要。下面给出了两种控制策略并进行了实例仿真比较。

1 模糊无功边界的“九区图”控制策略

传统“九区图”的电压调节判据和无功调节判据是互不相关的［1］。电压调节判据根据电压合格范围整定；无功调节判据根据无功基本平衡和电容器组的容量以及保持投切相对稳定原则整定，没有考虑无功调节对电压状态的影响。

将电压状态引入无功调节判据，把“九区图”原先固定的无功上下限边界变为受电压状态影响的无功模糊边界。如图1所示。其中各个区域对应的控制策略与“九区图”相似。在Δabc和Δcde两个区域充分考虑了电压对无功的影响。在Δabc区域中，电压偏上限，无功不是很缺，此时不动作，避免因投电容器操作引起电容器投切振荡；在Δcde区域中，电压偏下限，无功偏上限，投电容器操作，避免因负荷波动造成电压质量不合格。

图1 模糊无功边界“九区图”

采用模糊无功边界“九区图”控制策略，可以在保持无功调节次数和无功补偿效果不变的情况下，有效地减少分接开关的调节次数，进而延长有载分接开关的使用寿命。

2 “五区图”控制策略

“九区图”及模糊无功边界“九区图”的控制策略是将控制目标对象U、Q直接引入控制思路，在数学模型上采用最简易的大小比较的方式，在U-Q平面上就形成了经典的“井”字型动作区间划分。

根据具体操作动作性质的不同，任何一种VQC装置的最基本操作动作分为：

1）不动作；2）升变压器档位；3）降变压器档位；4）投电容；5）切电容。

根据所给的控制目标，同时兼顾各种闭锁约束条件，比较判断5种操作动作中最优的一种作为实际执行命令，就形成了直接以装置动作为控制对象，面向操作动作的控制思想。

将5种不同的操作动作在U-Q平面上当前工作点处矢量化［3］，如图2所示。

图2 操作动作矢量图

五个操作矢量分别为：

0：不动作矢量：f0（Q，U）=（Q，U）；

1：升档矢量：f1（Q，U）=（Q，U+dU）；

2：降档矢量：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）。

每种操作动作都将改变系统电压无功的运行状态，使当前工作点M（Q，U）产生移动。假设执行完第i号操作动作后，系统工作点移动到Mi（Qi，Ui），定义Mi（Qi，Ui）到理想目标工作点Mp（Qp， Up）距离的平方为操作优劣距离：

以Li最小为比较判断控制效果优劣的依据，就形成了以操作优劣距离最短为判据，来确定最优操作动作的控制策略。

文献【2】用MATLAB对以上操作矢量模型进行仿真分析，在U-Q平面得到图3所示的控制区间示意图，该图仿照“九区图”的名称可称为“五区图”。

图3 “五区图”示意图

3 基于“五区图”和模糊无功边界“九区图”控制策略的电压无功模糊控制仿真比较［3］

以110kV变电站为例，如图4简单变电站等值电路模型。其中各部分数据如下：

图4 变电站等值电路模型

系统：假设为理想无穷大系统，系统内阻抗为0；

变压器：OLTC（有载调压双绕组变压器），型号为SFZQ7—31500/110， 变比为115±8×1.25%kV/10.5kV；

进线参数：LGJ—185/30，100km，r1=0.17Ω/km，x1=0.41Ω/km；

补偿电容器组：额定电压10.5kV，共4组，每组容量2400kvar；仿真曲线比较及分析。

仿真一：以“五区图”控制策略为控制规则；仿真二：以模糊无功边界“九区图”控制策略为控制规则。下面给出这两种不同控制策略下的电压变化曲线及无功变化曲线比较。

仿真一和仿真二的数据结果对比情况如图5和6所示。两种控制策略均能基本满足变电站电压无功控制的目标。但基于“五区图”控制策略的变电站电压无功模糊控制要优于采用模糊边界 “九区图”控制策略下的变电站电压无功模糊控制。首先，基于“五区图”的模糊控制方式的变压器动作次数明显要少；其次，采用基于“五区图”的模糊控制所得到的低压侧母线电压相较于采用模糊无功边界“九区图”的模糊控制所得到的结果要平缓的多。无功变化情况虽然几近相似，但是采用“五区图”的变电站电压无功模糊控制的效果更能满足变电站对无功的要求。可见，在对变电站进行电压无功控制时，所采用控制策略的优劣是影响控制效果的一个重要方面。

图5 主变低压侧母线电压变化曲线

图6 主变高压侧无功变化曲线

采用了“五区图”控制策略的以操作优劣距离作为控制判据，很好地解决了控制中存在的盲目性。

4 结语

运用模糊控制方法对基于模糊无功边界的“九区图”及“五区图”的控制策略进行仿真，可知基于“五区图”的模糊控制策略能够有效地改善变电站电压无功控制效果，使变压器分接头和电容器组的动作更具有针对性，避免了控制动作的盲目性和不确定性。而且控制动作后的主变高压侧无功功率和低压侧母线电压均能满足要求。

［1］张明军，董洁，蒋霞，厉吉文.电压无功综合调节判据的分析 ［J］.山东大学学 报（工学版），2003，33（01）：22～24，28.

［2］蔡凯.电压无功综合控制装置控制原理的新讨论—由“九区图”到 “五区图”.电力系统自动化［J］.2004，28（19）：92～95.

［3］于雷.基于“五区图”变电站电压无功模糊控制［D］.硕士学位论文，济南：山东大学，2011.