变电站无功电压优化控制策略分析 刘璟

http://www.chinaqking.com 期刊门户-中国期刊网2019/3/28来源:《电力设备》2018年第30期文/刘璟
[导读]摘要:在工业用电和民用用电日益增加的形势下,保障电压稳定的变电站成为了维持电网平稳运行的关键手段。

        (国网山西省电力公司检修分公司  山西太原  030006)
        摘要:在工业用电和民用用电日益增加的形势下,保障电压稳定的变电站成为了维持电网平稳运行的关键手段。本文从分析变电站中电压控制的主要方式入手,着重探讨了无功电压优化控制技术的工作原理,通过对几种典型的无功电压优化控制技术的应用领域、应用优劣势进行对比分析,阐述了变电站无功电压控制的发展历程和发展趋势,为进一步完善变电站的电压控制提供了新的解决思路。
        关键词:变电站;电压无功优化控制;应对策略
        随着输配电网结构的日趋复杂及对输配电网供电质量和可靠性要求的不断提高,变电站电压无功控制已成为保证电压质量、无功平衡,提高输配电网经济性和可靠性的不可缺少的途径之一。
        对于输配电系统,由于结构、运行方式比较固定,无功电压控制主要是采用最优潮流方法,控制变量包括发电机电压、变压器抽头、电容器分接头、一次变电站电压,以达到电压越限最小,传输损耗最小的目的。对于输配电系统,由于负荷、运行方式、网络结构经常变化,电压无功优化问题比较复杂,在全系统电压无功调节上存在一定难度。
        变电站电压无功调节的基本原则是:保证无功平衡,降低减少调节次数,提高电压质量。变电站的无功补偿分为分散(就地)控制和集中控制两种模式。基于这些原则和规律,国内外提出了不少自动控制策略。归纳起来,有以下几种方法:1.按功率因数、电压复合调节;2.基于传统的九区图法;3.基于人工智能的九区图法;4.人工智能调节方法。
        1变电站无功电压控制技术的工作原理
        通常来说变电站无功电压控制是指通过调整有载变压器的分接头的位置以及改变投切电容器组的数量来实现电压的调整。在变电站的构建中,有载变压器和并联电容器组是其主要设备,由于电压的无功控制具有不连续性和动态性的变化特点,因此,从本质上来讲,电压的无功优化控制是一个多月苏条件、多变量和多控制目标的强非线性问题。常见的操作流程是:以负载结点电压和发电机的无功输出载荷为主要约束条件;以无功补偿设备和可调变压器的分接开关的实际档位为控制实现手段;集成最新的智能自动化控制技术,建立一个模拟实际电力系统的电压无功优化控制的简化数学模型。实际控制中根据电压和无功潮流的数值震荡量,以并联补偿电路,结合有载调压变压器进行无功电压的综合调控。因此,变电站的电压优化控制就转化为一个多变量、多目标的最优控制求解问题。
        2 典型的变电站无功电压优化控制策略分析
        传统的变电站电压控制主要是以人工操作为主,但是随着超高压技术和实时电压调节的工作需求,人工操作以及难以满足实际需求。以电压无功优化控制技术为理论依托,以调节变压器分接头和调节电容器投切为主要手段,国内外提出了一系列的无功优化控制技术,这些控制策略在控制原理、控制手段、控制时效性和控制效率上各有所长,本文将针对每一种控制策略进行系统的分析。
        2.1基于人工智能的无功电压优化控制策略
        针对变电站电压控制中的不确定特征,模糊逻辑控制的控制策略逐渐被引入进来,模糊控制对参数为强非线性、多变量综合影响的复杂控制问题具有较好的处理效果,因此,以电压、无功功率的变化趋势为参数输入量,将投切电容器组数及变压器分接头档位的实际数值作为输出变量,可以建立一个典型的模糊控制器。与传统的九区控制法相比,电压和无功功率的边界数值被模糊处理,简化的数学模型更接近实际情况。变压器分接头和电容器组投切容量之间的最优配置是变电站电压调节的核心目标之一,通过模糊动态规范法,可以建立一个模糊处理目标函数进行最优化求解,通过对电压数值、电容器投切次数、变压器分接头动作次数进行模糊加成处理,采用模糊运算分析可以得出最优化控制情况下的变压器分接头和电容器组投切容量的实际配比数值。
        2.2基于负荷预测的无功电压优化控制策略
        变电站的电压控制在很大一部分情况下要考虑当地电压负荷的变化量,基于变电站系统的参数数值和不确定的电压负荷,采用常规的数值计算方法很难得到无功补偿的具体数值,因此,考虑这样的计算失效的情况,在保障变电站内部变压器分接头动作次数和并联电容器组投切次数为具体有限数值的前提下,以电压符合预测技术为基础,建立变电站无功电压优化控制的数学模型,根据变电站的变压操作的数据库资料,通过数据索引和数据相关性分析,可以对变电站的电压实时负荷进行阶段性预测,结合人工智能的动态规划法进行实时的反馈补偿调节,最终得出一组变压器分接头和电容器组投切量变量组合,通过对控制目标函数进行最优化控制求解,可以找出各阶段内的分接头位置和电容器的开关状态,切实保障变电站的运行状态处于可控范围之内。
        2.3基于专家系统的无功电压优化控制策略
        专家系统的核心内容是构建一个与现实情况符合度极高的数学分析模型,通过大量的实际运行数据,进行数据索引、数据分析和数据匹配,最终实现智能化和自动化控制的目的。因此,基于专家系统的无功电压优化控制主要由两部分组成,其一是构建数学分析模型,通过参考行业内的控制经验和专家意见,将指令以知识库的形式嵌入控制系统之中,形成学习范本,通过人工智能逻辑,可以根据实时的运行状态参数,进行智能控制。其次是构建一个变电站工作运行实况数据库,监测并采集变电站的实时数据,根据标准化的数据采集原则,将数据分类进行存储,以专家知识库为学习样本,结合神经网络等智能学习方法,进行控制经验的在线形成,并最终形成实时的控制指令,在预先设置的限制条件下进行最优控制。
        3 基于人工智能的九区图方法
        电压无功控制作为电力系统自动化的一个重要组成部分,具有电力系统控制所固有的复杂性、非线性、不精确性及控制要求实时性强等特性,使得其中有些方面难以用传统的数学模型和控制方法来实现,如上述九区图方法的某些局限。随着人工智能方法的开发,智能性算法的自适应性优势日益显著,智能型方法也被引入电力系统计算、分析、控制等领域,以弥补传统方法的不足。将模糊数学理论用来求解变电站电压无功优化问题是一种比较普遍、有效的方法,但在算法设计上各有不同。
        文献[3]通过定义模糊集论域,把电压的偏差量进行模糊化处理,转化为模糊语言变量,作为模糊控制器的输入,以控制程度的模糊语言变量作为输出。此法所需信息量少,计算量小,易于在线实现。
        模糊理论的优点在于它对被控对象参数变化不敏感,可处理由不确定性和不精确性带来的一些问题等。不足为:①信息的模糊处理较简单,使得系统的控制精度不高;②在确定精确的控制目标上存在一定的难度;③多采用试凑法确定某个量的选取和定义,该法难以应用到复杂系统中。
        人工智能方法的引入为电压无功控制问题的解决开辟了新的方向,同时,由于不同的人工智能方法在解决问题时的侧重点不同,也使得他们的效果各有不同,所以,人们考虑将不同的方法结合起来,用其所长,避其所短。文献[4]提出了一种智能型变电站电压无功综合自动控制装置。在ANN电压、有功、无功负荷预测基础上,将遗传算法、ANN优化控制策略、模糊边界策略三者结合起来。不同的预测精度采用不同的控制策略,这样,就可以在不同的优先级上保证了调节策略的最优或次最优,体现了装置的灵活性、智能性。
        结论
        变电站无功电压的优化控制是变电站电压控制的主要技术手段,也是未来的变压技术的发展趋势,针对 变电站无功电压的优化控制的多变量、强非线性的最优控制的特点,本文在分析变电站无功电压的优化控制的工作原理的基础上,重点阐述了三种典型的变电站无功电压的优化控制策略,为变电站无功电压的优化控制技术的进一步发展提供了新的研究思路。
        参考文献:
        [1]钱晶.变电站无功电压控制策略.云南水力发电[J],2002(2).
        [2]方先存.变电站无功电压优化控制策略研究[J].电能质量,2008(23).