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摘要：本文首先阐述了电压无功控制的意义，然后介绍了电压无功控制模型，最后讨论了几种常见的电压无功控制策略，并对电压无功自动控制装置（VQC）进行了简要说明。旨在推动变电站电压无功控制的进一步发展，从而改善电压质量，降低损耗，提高变电站运行的可靠性。
关键词：变电站；电压无功控制；模型；策略
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
电压无功控制的意义
电能质量很大程度上取决于电压控制的好坏。实际电压和额定值之间如果存在较大偏移，不仅会对用电设备造成一定的损害（缩短使用寿命，降低工作性能），还有可能影响整个电力系统的正常运行。研究发现，电压偏移的主因有两个，一是电力系统无功功率不足，二是无功功率分布不合理。因此，电压控制的重点在于无功功率的补偿以及合理分布这两大方面。[1]
当前，电压无功控制的不足：1）相当部分的控制动作由人工完成，不仅增加了工作量，而且无法保证控制的绝对合理性；2）现有自动控制装置未能做好电压和无功自动控制的高度结合，还存在调节次数过于频繁的弊端；3）多数控制系统在功能扩展方面是弱项，另外，在远程控制、实时控制方面也表现出了一定的不足。
所以，有必要对电压无功控制策略进行深入的研究，从而改善电压质量,降低损耗，保证供电的可靠性。
2.电压无功控制模型
2.1目标函数
基于全网电能损耗最小，构建数学函数如下：
△P=min,其中Ui=f2(K1…Ki,Q1…Qi)
基于设备动作次数最少，构建数学函数如下：
N=min
式中：Ui——变电站母线电压；Ki——变电站主变分接开关应处档位数；Qi——变电站应投无功补偿容量；KT——主变当前分接开关档位数；Qc——变电站所配电容器容量；n——变电站个数。[2]
2.2算法约束条件及计算程序流程图
算法约束条件：1）母线电压在允许范围之内；2）功率因数合格；3）有载调压开关和电容器每日动作次数不可超过限制。
计算程序流程如下：
开始→实时数据采集→对函数求解→主变分接开关及电容开关动作次数最少时的解→控制输出→开始
3.电压无功控制策略
3.1基于母线电压的控制策略
电网电压波动一般是无功功率波动造成的。枢纽变电站在电压控制方面的要求极为严格，仅仅依靠基于母线电压的控制策略是无法满足实际需要的，因为该策略没有充分考虑无功基本平衡的要求。经实践发现，基于母线电压控制策略制成的并联电容自动投切装置的补偿效果较差。
3.2基于功率因数的控制策略
基于功率因数的控制策略是一种较为传统的电网无功控制方法。该方法根据功率因数的变化情况，发出控制信号，完成对并联电容器的投切控制以及无功补偿。
该策略虽然具有诸多优点，但其缺点也是不容忽视的。功率因数属于无功分量三个因素 ( Q=UIsin) 中的一个，其高低无法用作判断无功缺额大小的唯一条件。除此之外，该策略还存在投切振荡的弊端，一方面降低了控制系统的可靠性，另一方面缩减了控制系统的使用寿命，给电网设备及用户设备的正常运行造成了一定的影响。[3]
3.3基于九区图的控制策略
基于九区图的控制策略是一种较为基础的电压无功控制策略。它以变电站当前运行方式为基础，通过实时监测的手段，得出电压与无功两个判别量，最终实现对变电站的自动控制。根据固定电压、固定无功的上下限特性，将电压和无功平面划分成九大控制区，针对各自特点采取相应的控制策略，从而实现对有载调压变压器以及电容器的有效控制。基于九区图的控制策略不仅原理简单，而且实现要求不高，因此，应用广泛。该策略重点考虑的是固定电压、固定无功的上下限特性，却没有深入研究无功调节对电压的影响以及相互之间的协调关系。[4]另外，实时数据的随机性及分散性是不可避免的，因此运算分析便会存在一定的误差，进而给控制决策增加了某些不确定的因素。实践中，投切振荡（设备频繁投切）问题较为严重。
3.4基于模糊逻辑的控制策略
模糊理论常见于多目标的优化问题。鉴于多目标的优化复杂性和常见性，变电站进行电压无功控制过程中多采用基于模糊逻辑的控制策略。应用该策略时，应注意以下几点：1）确定控制的输入输出信号；2）确定输入输出信号的模糊集；3）确定有载调压分接头以及电容器组的控制规则；4）选择和确定模糊逻辑算法。
模糊理论的劣势在于无法精确感知被控对象的参数变化情况，具体表现在以下几个方面：1）如果对信息进行简单模糊处理，那么将造成系统控制精度的不足。如果提高精度，那么将导致量化数的增加，进而加大了规则搜索范围，最终影响决策的速度；2）设计方法缺乏系统性，无法对特定的控制目标进行精确的定义；3）在选择控制规则、论域及量化因子的过程中，大多采用试凑法，因而无法满足复杂系统的实际需求。
3.5基于人工智能的动态规划法
基于人工智能的动态规划法，即“模糊动态规范法”，其原理是使如下模糊目标函数取得最优：
J=μ△U∑+μpf+μNTap+μNC；
式中：μ△U∑——实际电压对额定电压的偏移量的隶属函数；μNC——电容器投切次数隶属函数； μpf——功率因数的偏移量的隶属函数；μNTap——变压器分接头动作次数隶属函数。
同时满足不等式约束：
∑NTap≤NMAX：一天内变压器分接头动作次数之和不应大于限定值；∑Nc≤NMAX：一天内电容器投切次数之和不小于限定值；∑UMMIN≤U≤∑UMMAX：实际电压在最大值和最小值之间； pf≥pfMIN：功率因数不小于最小值。
4.电压无功自动控制装置
随着经济水平和科学技术的不断提高，人们对供电质量也提出了更高的要求。越來越多的变电站开始采用无人值班的运行模式，配备了电压无功自动调控装置（VQC）。VQC能够满足现代变电站对电压无功控制的绝大部分需求，实现了电压无功控制的最优化。VQC能够对系统的一次接线方式以及运行模式进行自动识别，并结合其他具体要求，采取针对性的优化措施，最终使电压无功控制满足实际需求。另外，VQC具有十分强大的闭锁功能，为系统的安全运行提供了可靠的保障。用户能够结合实际需要，通过配置遥信的方式灵活实现闭锁功能。设置电容器投切时，用户可根据具体使用要求对投切顺序进行自定义设置。
在控制策略上，VQC不仅要满足调节电压的需要，要满足平衡无功的要求，还要服务于整个系统的正常运行。考虑到VQC的控制特点，建议采用该装置的变电站注意以下两点：1）主变一定要有载调压，且主变档位为8×±25％，利于灵活控制；2）变电站应具有比较成熟的远动“四遥”手段，还要有远动通信接口，能通过SCADA 实现与变电站自动化系统之间的数据交换。[5]
5.结语
电压无功自动控制技术逐渐普及且日趋完善，表现出了强大的发展潜力，不仅安全经济，而且能够有效降低网损，还能极大提高了电能质量，因此，电压无功自动控制装置（VQC）有望成为今后数字变电站的一个重要研究领域。
参考文献：
[1] 李德崇.大型工业企业配电网电压无功控制策略[J]. 科技资讯. 2012(32).
[2] 黎兵才.变电站电压无功控制模型及控制策略[J]. 广东科技. 2010(10).
[3] 肖锋.浅析变电站电压无功控制装置的设计与应用[J]. 中国新技术新产品. 2011(06).
[4] 郝茂亭.变电站电压无功控制策略[J]. 内蒙古石油化工. 2010(01).
[5] 王彬,李付强.变电站电压无功综合控制策略的研究[J]. 农村电气化. 2010(03).
关键词：变电站；电压无功控制；模型；策略
中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：
电压无功控制的意义
电能质量很大程度上取决于电压控制的好坏。实际电压和额定值之间如果存在较大偏移，不仅会对用电设备造成一定的损害（缩短使用寿命，降低工作性能），还有可能影响整个电力系统的正常运行。研究发现，电压偏移的主因有两个，一是电力系统无功功率不足，二是无功功率分布不合理。因此，电压控制的重点在于无功功率的补偿以及合理分布这两大方面。[1]
当前，电压无功控制的不足：1）相当部分的控制动作由人工完成，不仅增加了工作量，而且无法保证控制的绝对合理性；2）现有自动控制装置未能做好电压和无功自动控制的高度结合，还存在调节次数过于频繁的弊端；3）多数控制系统在功能扩展方面是弱项，另外，在远程控制、实时控制方面也表现出了一定的不足。
所以，有必要对电压无功控制策略进行深入的研究，从而改善电压质量,降低损耗，保证供电的可靠性。
2.电压无功控制模型
2.1目标函数
基于全网电能损耗最小，构建数学函数如下：
△P=min,其中Ui=f2(K1…Ki,Q1…Qi)
基于设备动作次数最少，构建数学函数如下：
N=min
式中：Ui——变电站母线电压；Ki——变电站主变分接开关应处档位数；Qi——变电站应投无功补偿容量；KT——主变当前分接开关档位数；Qc——变电站所配电容器容量；n——变电站个数。[2]
2.2算法约束条件及计算程序流程图
算法约束条件：1）母线电压在允许范围之内；2）功率因数合格；3）有载调压开关和电容器每日动作次数不可超过限制。
计算程序流程如下：
开始→实时数据采集→对函数求解→主变分接开关及电容开关动作次数最少时的解→控制输出→开始
3.电压无功控制策略
3.1基于母线电压的控制策略
电网电压波动一般是无功功率波动造成的。枢纽变电站在电压控制方面的要求极为严格，仅仅依靠基于母线电压的控制策略是无法满足实际需要的，因为该策略没有充分考虑无功基本平衡的要求。经实践发现，基于母线电压控制策略制成的并联电容自动投切装置的补偿效果较差。
3.2基于功率因数的控制策略
基于功率因数的控制策略是一种较为传统的电网无功控制方法。该方法根据功率因数的变化情况，发出控制信号，完成对并联电容器的投切控制以及无功补偿。
该策略虽然具有诸多优点，但其缺点也是不容忽视的。功率因数属于无功分量三个因素 ( Q=UIsin) 中的一个，其高低无法用作判断无功缺额大小的唯一条件。除此之外，该策略还存在投切振荡的弊端，一方面降低了控制系统的可靠性，另一方面缩减了控制系统的使用寿命，给电网设备及用户设备的正常运行造成了一定的影响。[3]
3.3基于九区图的控制策略
基于九区图的控制策略是一种较为基础的电压无功控制策略。它以变电站当前运行方式为基础，通过实时监测的手段，得出电压与无功两个判别量，最终实现对变电站的自动控制。根据固定电压、固定无功的上下限特性，将电压和无功平面划分成九大控制区，针对各自特点采取相应的控制策略，从而实现对有载调压变压器以及电容器的有效控制。基于九区图的控制策略不仅原理简单，而且实现要求不高，因此，应用广泛。该策略重点考虑的是固定电压、固定无功的上下限特性，却没有深入研究无功调节对电压的影响以及相互之间的协调关系。[4]另外，实时数据的随机性及分散性是不可避免的，因此运算分析便会存在一定的误差，进而给控制决策增加了某些不确定的因素。实践中，投切振荡（设备频繁投切）问题较为严重。
3.4基于模糊逻辑的控制策略
模糊理论常见于多目标的优化问题。鉴于多目标的优化复杂性和常见性，变电站进行电压无功控制过程中多采用基于模糊逻辑的控制策略。应用该策略时，应注意以下几点：1）确定控制的输入输出信号；2）确定输入输出信号的模糊集；3）确定有载调压分接头以及电容器组的控制规则；4）选择和确定模糊逻辑算法。
模糊理论的劣势在于无法精确感知被控对象的参数变化情况，具体表现在以下几个方面：1）如果对信息进行简单模糊处理，那么将造成系统控制精度的不足。如果提高精度，那么将导致量化数的增加，进而加大了规则搜索范围，最终影响决策的速度；2）设计方法缺乏系统性，无法对特定的控制目标进行精确的定义；3）在选择控制规则、论域及量化因子的过程中，大多采用试凑法，因而无法满足复杂系统的实际需求。
3.5基于人工智能的动态规划法
基于人工智能的动态规划法，即“模糊动态规范法”，其原理是使如下模糊目标函数取得最优：
J=μ△U∑+μpf+μNTap+μNC；
式中：μ△U∑——实际电压对额定电压的偏移量的隶属函数；μNC——电容器投切次数隶属函数； μpf——功率因数的偏移量的隶属函数；μNTap——变压器分接头动作次数隶属函数。
同时满足不等式约束：
∑NTap≤NMAX：一天内变压器分接头动作次数之和不应大于限定值；∑Nc≤NMAX：一天内电容器投切次数之和不小于限定值；∑UMMIN≤U≤∑UMMAX：实际电压在最大值和最小值之间； pf≥pfMIN：功率因数不小于最小值。
4.电压无功自动控制装置
随着经济水平和科学技术的不断提高，人们对供电质量也提出了更高的要求。越來越多的变电站开始采用无人值班的运行模式，配备了电压无功自动调控装置（VQC）。VQC能够满足现代变电站对电压无功控制的绝大部分需求，实现了电压无功控制的最优化。VQC能够对系统的一次接线方式以及运行模式进行自动识别，并结合其他具体要求，采取针对性的优化措施，最终使电压无功控制满足实际需求。另外，VQC具有十分强大的闭锁功能，为系统的安全运行提供了可靠的保障。用户能够结合实际需要，通过配置遥信的方式灵活实现闭锁功能。设置电容器投切时，用户可根据具体使用要求对投切顺序进行自定义设置。
在控制策略上，VQC不仅要满足调节电压的需要，要满足平衡无功的要求，还要服务于整个系统的正常运行。考虑到VQC的控制特点，建议采用该装置的变电站注意以下两点：1）主变一定要有载调压，且主变档位为8×±25％，利于灵活控制；2）变电站应具有比较成熟的远动“四遥”手段，还要有远动通信接口，能通过SCADA 实现与变电站自动化系统之间的数据交换。[5]
5.结语
电压无功自动控制技术逐渐普及且日趋完善，表现出了强大的发展潜力，不仅安全经济，而且能够有效降低网损，还能极大提高了电能质量，因此，电压无功自动控制装置（VQC）有望成为今后数字变电站的一个重要研究领域。
参考文献：
[1] 李德崇.大型工业企业配电网电压无功控制策略[J]. 科技资讯. 2012(32).
[2] 黎兵才.变电站电压无功控制模型及控制策略[J]. 广东科技. 2010(10).
[3] 肖锋.浅析变电站电压无功控制装置的设计与应用[J]. 中国新技术新产品. 2011(06).
[4] 郝茂亭.变电站电压无功控制策略[J]. 内蒙古石油化工. 2010(01).
[5] 王彬,李付强.变电站电压无功综合控制策略的研究[J]. 农村电气化. 2010(03).