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1、概述
电压/无功控制是我国电力系统运行急待解决的技术问题之一。变电站电压/无功微机自动控制系统要求能综合利用站内的有载调压变压器和并联补偿电容器组这些调控手段，控制系统电压在一定范围，改善功率因数，实现无功就地平衡，提高电压运行的合格率，减少线路上的有功损耗，达到提高电压质量和运行经济性的目的。
2、变电站电压/无功综合控制装置的现状
电压合格率是衡量电能质量的一项重要指标。为改善电压质量，提高电压合格率，供电部门在110KV及以下电压等级的电网中广泛采用有载调压变压器，许多供电企业在110KV及以下电压等级电网中已实现了100%一级有载调压覆盖盖，城网甚至达到了100%二级有载调压覆盖。为了使调压手段多样化，同时减少电网中输送的无功功率，降低电能损耗，各级变电站普遍配置了一定数量的并联无功补偿电容器组。
3、装置功能设计
3.1装置控制目标
装置的控制目标可以用三句话概述：保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调压次数。
3.2装置硬件结构
变电站电压/无功微机自动控制装置（以下简称VQAC装置），采用模糊控制技术和反时限方法，综合利用有载调压变压器和并联补偿电容器组的调控手段，达到最佳的电压控制效果，对负荷随机波动及突发事故具有在线修改控制策略的能力，同时系统具备运行异常的自动闭锁能力，防止误操作，保证系统运行的安全性和可靠性。
VQAC装置由硬件和软件两大部分组成。硬件以工业控制计算机（Pentium 233）为主体，辅以独立的可编程的模拟量采集板（YC模板）、开关量采集板（YX模板）、控制对象输出板（YK模板）、电压谐波分析模板（XB模板）以及I/O接口、彩色显示器、打印机、软驱、光驱、键盘、鼠标、电压、电流互感器、开关电源等一系列接口部件组成，整个装置的硬件可分为主机层、采样层及继电变送层三部分。
主机层、采样层及继电层均安装在VQAC装置中。装置背面为继电变送层，安装控制用的继电器和电压、电流信号变换用的电压、电流变送器。继电变送层与采样层通过遥控、遥信、遥测接线板连接。采样层中的电量采集板（YC模板）、开关量采集板（YX模板）、控制对象输出板（YK模板）、电压谐波分析模板（XB模板）置于工业控制计算机的插槽中，各功能模板与CPU主板通过I/O口交换数据，各功能模板的I/O口地址可通过跳线设置。
3.3软件总体框图
根据软件的功能模块及系统的数据库管理，软件总体结构框图如图2所示。
模拟量、开关量数据通过输入/输出接口读入数据输入缓冲区，由乘系数软件包将无量纲电量数据转换为有量纲的数据，格式转换软件包则将各开关量分解出来存入实时数据库。一些人工控制量、修改量也将存入实时数据库中。数据存档软件包定时将实时数据存档生成历史数据库。数据库通过显示、打印软件包实现显示、打印功能。算法与控制软件包从实时、历史数据库中读取所需的数据，进行分析、计算，得出分析计算结果。一方面，将结果反馈回实时、历史数据库；另一方面，将结果送入输出数据缓冲区，发出控制命令，调节变压器分接头和投切电容器组。
电压/无功智能控制在控制算法中实现。控制算法包括了六个环节：预处理、反时限、输入量模糊化、模糊规则、控制策略以及闭锁处理。
3.4软件功能分解说明
为了满足系统运行的实时性和可靠性，同时兼有友善的用户界面，软件按功能分为人机接口模块、打印模块、数据存档模块、I/O接口模块及算法与控制模块五个部分。
4.4.1人机接口模块 人机接口模块主要完成系统数据的显示及人工控制、修改等功能。
4.4.2打印模块 打印模块主要完成的功能有：分接头开关动作及电容器组投切操作的实时打印，遥信变位打印，各类参数报表及运行曲线的定时打印，召唤打印等。
4.4.3数据存档模块 数据存档模块主要完成重要的历史数据存档功能。这些数据包括：电压合格率，谐波含量分析数据，电压运行曲线数据，功率因数运行曲线数据，有功、无功功率运行曲线数据，分接头操作记录，电容器组操作记录，遥信变位记录等。
4.4.4 I/O接口模块
该模块实现主机与各功能模板间的数据通信（并行），VQAC装置与当地RTU或变电站综合自动化系统的通信（串行），以及通过MODEM与调度中心的通信（串行）。通信中的信息主要包括：模拟量信息、状态信息、控制信息、报文信息等。
4.4.5算法与控制模块
该模块是VQAC装置进行有效控制的核心部分，通过一系列控制算法的分析和计算，实现对电压无功的最佳控制。主要包括：在线负荷短期预测，电压运行曲线拟定，模糊控制算法，谐波分量分析算法，电量标度变换及格式转换，串行通信报文打包，电压控制策略的制定，电容器组三相电流不平衡度的分析，变压器分接头和电容器组的调控，事故闭锁控制，系统自诊断，系统自举，等功能。
4.控制流程
控制部分的设计包括人机接口和后台运行两部分。人机接口部分主要包括控制方式和控制手段的选择、控制参数及控制出口时间的设置、手动控制及监视控制的实时状态。后台运行部分则是依据运行人员所设置的控制参数实现实时控制。此处，根据控制方法设置了两个定时器，分别对电压和无功功率进行实时监测，当两个电量之一超出规定的范围，即开始进行反时限面积累积，当两个电量之一的反时限面积超出既定的面积限置，启动控制规则，根据控制规则产生相应的控制事件。
5、结束语
铜山供电局与四川联合大学共同研制的基于模糊控制理论的变电站电压/无功微机自动控制装置体现了90年代电力自动控制装置的技术水平，具有分布式的开放性体系结构，突坡了传统九区图的种种不便，完全可以满足变电站电压/无功综合自动控制的要求，为实现变电站真正意义上的无人值班和减员增效提供了技术条件，也为今后实现全网电压/无功自动控制奠定了理论基础，同时，也为国内其他兄弟单位提供了有益的经验和借鉴。
参考文献
[1]卢强，孙元章.（Lu Qiang，Sun Yuanzhang），电力系统非线性控制（Nonlinear Control of Power System）北京：科学出版社（Beijing Science Publishing Company），1993
作者简介
侯永全（1973-），男，工程师，主要从事电力系统自动化、电压无功控制的研究和工程化工作。
电压/无功控制是我国电力系统运行急待解决的技术问题之一。变电站电压/无功微机自动控制系统要求能综合利用站内的有载调压变压器和并联补偿电容器组这些调控手段，控制系统电压在一定范围，改善功率因数，实现无功就地平衡，提高电压运行的合格率，减少线路上的有功损耗，达到提高电压质量和运行经济性的目的。
2、变电站电压/无功综合控制装置的现状
电压合格率是衡量电能质量的一项重要指标。为改善电压质量，提高电压合格率，供电部门在110KV及以下电压等级的电网中广泛采用有载调压变压器，许多供电企业在110KV及以下电压等级电网中已实现了100%一级有载调压覆盖盖，城网甚至达到了100%二级有载调压覆盖。为了使调压手段多样化，同时减少电网中输送的无功功率，降低电能损耗，各级变电站普遍配置了一定数量的并联无功补偿电容器组。
3、装置功能设计
3.1装置控制目标
装置的控制目标可以用三句话概述：保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调压次数。
3.2装置硬件结构
变电站电压/无功微机自动控制装置（以下简称VQAC装置），采用模糊控制技术和反时限方法，综合利用有载调压变压器和并联补偿电容器组的调控手段，达到最佳的电压控制效果，对负荷随机波动及突发事故具有在线修改控制策略的能力，同时系统具备运行异常的自动闭锁能力，防止误操作，保证系统运行的安全性和可靠性。
VQAC装置由硬件和软件两大部分组成。硬件以工业控制计算机（Pentium 233）为主体，辅以独立的可编程的模拟量采集板（YC模板）、开关量采集板（YX模板）、控制对象输出板（YK模板）、电压谐波分析模板（XB模板）以及I/O接口、彩色显示器、打印机、软驱、光驱、键盘、鼠标、电压、电流互感器、开关电源等一系列接口部件组成，整个装置的硬件可分为主机层、采样层及继电变送层三部分。
主机层、采样层及继电层均安装在VQAC装置中。装置背面为继电变送层，安装控制用的继电器和电压、电流信号变换用的电压、电流变送器。继电变送层与采样层通过遥控、遥信、遥测接线板连接。采样层中的电量采集板（YC模板）、开关量采集板（YX模板）、控制对象输出板（YK模板）、电压谐波分析模板（XB模板）置于工业控制计算机的插槽中，各功能模板与CPU主板通过I/O口交换数据，各功能模板的I/O口地址可通过跳线设置。
3.3软件总体框图
根据软件的功能模块及系统的数据库管理，软件总体结构框图如图2所示。
模拟量、开关量数据通过输入/输出接口读入数据输入缓冲区，由乘系数软件包将无量纲电量数据转换为有量纲的数据，格式转换软件包则将各开关量分解出来存入实时数据库。一些人工控制量、修改量也将存入实时数据库中。数据存档软件包定时将实时数据存档生成历史数据库。数据库通过显示、打印软件包实现显示、打印功能。算法与控制软件包从实时、历史数据库中读取所需的数据，进行分析、计算，得出分析计算结果。一方面，将结果反馈回实时、历史数据库；另一方面，将结果送入输出数据缓冲区，发出控制命令，调节变压器分接头和投切电容器组。
电压/无功智能控制在控制算法中实现。控制算法包括了六个环节：预处理、反时限、输入量模糊化、模糊规则、控制策略以及闭锁处理。
3.4软件功能分解说明
为了满足系统运行的实时性和可靠性，同时兼有友善的用户界面，软件按功能分为人机接口模块、打印模块、数据存档模块、I/O接口模块及算法与控制模块五个部分。
4.4.1人机接口模块 人机接口模块主要完成系统数据的显示及人工控制、修改等功能。
4.4.2打印模块 打印模块主要完成的功能有：分接头开关动作及电容器组投切操作的实时打印，遥信变位打印，各类参数报表及运行曲线的定时打印，召唤打印等。
4.4.3数据存档模块 数据存档模块主要完成重要的历史数据存档功能。这些数据包括：电压合格率，谐波含量分析数据，电压运行曲线数据，功率因数运行曲线数据，有功、无功功率运行曲线数据，分接头操作记录，电容器组操作记录，遥信变位记录等。
4.4.4 I/O接口模块
该模块实现主机与各功能模板间的数据通信（并行），VQAC装置与当地RTU或变电站综合自动化系统的通信（串行），以及通过MODEM与调度中心的通信（串行）。通信中的信息主要包括：模拟量信息、状态信息、控制信息、报文信息等。
4.4.5算法与控制模块
该模块是VQAC装置进行有效控制的核心部分，通过一系列控制算法的分析和计算，实现对电压无功的最佳控制。主要包括：在线负荷短期预测，电压运行曲线拟定，模糊控制算法，谐波分量分析算法，电量标度变换及格式转换，串行通信报文打包，电压控制策略的制定，电容器组三相电流不平衡度的分析，变压器分接头和电容器组的调控，事故闭锁控制，系统自诊断，系统自举，等功能。
4.控制流程
控制部分的设计包括人机接口和后台运行两部分。人机接口部分主要包括控制方式和控制手段的选择、控制参数及控制出口时间的设置、手动控制及监视控制的实时状态。后台运行部分则是依据运行人员所设置的控制参数实现实时控制。此处，根据控制方法设置了两个定时器，分别对电压和无功功率进行实时监测，当两个电量之一超出规定的范围，即开始进行反时限面积累积，当两个电量之一的反时限面积超出既定的面积限置，启动控制规则，根据控制规则产生相应的控制事件。
5、结束语
铜山供电局与四川联合大学共同研制的基于模糊控制理论的变电站电压/无功微机自动控制装置体现了90年代电力自动控制装置的技术水平，具有分布式的开放性体系结构，突坡了传统九区图的种种不便，完全可以满足变电站电压/无功综合自动控制的要求，为实现变电站真正意义上的无人值班和减员增效提供了技术条件，也为今后实现全网电压/无功自动控制奠定了理论基础，同时，也为国内其他兄弟单位提供了有益的经验和借鉴。
参考文献
[1]卢强，孙元章.（Lu Qiang，Sun Yuanzhang），电力系统非线性控制（Nonlinear Control of Power System）北京：科学出版社（Beijing Science Publishing Company），1993
作者简介
侯永全（1973-），男，工程师，主要从事电力系统自动化、电压无功控制的研究和工程化工作。