變電站電壓無功控制技術

1、變電站電壓無功控制技術 摘 要：對變電站電壓無功自動控制系統(tǒng)的工作原理進行了介紹和分析，并提出了控制系統(tǒng)中存在的若干問題以及解決的設想，由此再進一步提出了未來值得研究的方向。 關鍵詞：變電站；電壓無功；控制系統(tǒng) 中圖分類號：tm411+.4文獻標識碼：a文章編號： 引言： 電力系統(tǒng)的無功補償與無功平衡是保證電壓質量的基本條件。有效的電壓調節(jié)和無功補償不僅能提高電壓的質量, 而且能夠提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性, 充分發(fā)揮電網的經濟效益。過去, 變電站的電壓調整是依靠變電站值班人員通過手動操作變壓器的有載調壓分接頭和投退電容器來完成。 1. vqc的原理 目前地區(qū)電網的變電站一般采用的無功補償控

2、制方法一般是人工調節(jié)和 vqc 控制調節(jié)。人工調節(jié)即變電站值班人員根據我母線電壓運行情況，進行人工投切我的并聯(lián)補償電容器或者調節(jié)變壓器分接頭進行補償，這種方式存在及時性差、難以優(yōu)化的缺點。實現(xiàn)了變電站綜合自動化的變電站，一般采用電壓無功綜合控制裝置(vqc)進行無功綜合控制。 由于電壓、無功功率、功率因數(shù)是緊密聯(lián)系的，根據系統(tǒng)的運行情況，在保證電壓合格的情況下，從系統(tǒng)角度計算出每個變電站應該補償?shù)娜萘亢秃线m的主變分接頭位置，這樣可以實現(xiàn)全網的無功損耗最小。 但是，一方面電網調度自動化系統(tǒng)不具備這樣的計算能力和防調控制能力。 另一方面，變電站的并聯(lián)補償電容還不能根據系統(tǒng)要求實現(xiàn)無級平滑的調節(jié)無功

3、，只能是分組投切。 所以實際運行的變電站電壓無功自動控制系統(tǒng)都是采用分區(qū)控制的原則。 其中比較著名的是“九區(qū)域圖”控制原則。 2.系統(tǒng)架構 本產品控制主板采用 32 位 risc 架構的 arm10 微控制器， 該處理器具有極高的性能，主頻高達 520mhz。 本主板是嵌入式結構，板形接口極其緊湊，功耗極低。整板功耗就可以控制在 5w 以內。 本主板具有 pc104 接口并且支持標準的 pc104 擴展板卡。 并且具有豐富的接口資源，集成 3 路工業(yè)級串口、一路 100m 以太網接口，可以方便的連接各種工業(yè)控制模塊。 usb 主接口 2 路、usb 設備接口 1 路、1 路ac97 音頻、1

4、路 lcd 及觸摸屏等接口。 板載 vga 接口， 分辨率可達800 x 600，可以直接連接電腦顯示器 ，配以 usb 鼠標和鍵盤 ，即可連接成為一臺具有極低功耗的工業(yè)控制計算機。 大容量的存儲空間，64m 的 ram ,256m 的 nandflash，可滿足客戶對大量數(shù)據的存儲。 3.模塊劃分 vqc 系統(tǒng)包括以下幾大功能模塊 ：通訊模塊 、規(guī)約模塊 、數(shù)據庫模塊、算法模塊、采集與控制模塊、數(shù)據定時清除模塊， gui 模塊。 3.1 通訊模塊 主要負責與變電站后臺機的通訊， 進行數(shù)據的傳輸。 通訊方式包括 tcp/ip 通信和 rs232 串口通訊,數(shù)據主要包括上行信息（遙測、遙信、定值

5、信息）和下行信息（電容斷路器位置及判別運行方式的斷路器位置，遠程操作命令及故障清除命令，定值的遠程設定）以及電壓、電流數(shù)據。 3.2 規(guī)約模塊 包括 modubs 規(guī)約、cdt規(guī)約、iec101 規(guī)約、iec104 規(guī)約。用于通訊的數(shù)據封裝。規(guī)約支持的功能，細化出來。 3.3 數(shù)據庫模塊 用于數(shù)據的存儲，主要存儲的數(shù)據有補償參數(shù)、實時數(shù)據（硬接點采集或軟件獲?。⑼ㄟ^算法計算后的計算結果（有功、無功、功率因數(shù)）。 3.4 算法模塊 應用電壓無功模糊識別判據，根據當前電壓、電流值計算有功無功分量、功率因數(shù)等量，并得出控制信號用于控制電容器的投切和變壓器檔位的調節(jié)。進行計算所需要的參數(shù)低壓母線的電

6、壓 無功 功率因素，如果母聯(lián)是閉合的，合起來計算。如果分開，則需要獨立計算。一般不考慮中壓側母聯(lián)。 3.5 采集模塊 兩種獲取現(xiàn)場數(shù)據的方式， 一種是通過采集板采集 16 路電壓、電流量和 128 路開關狀態(tài)量；一種是通過網絡或串口從變電站后臺機要數(shù)據。 3.6 gui 模塊 界面部分分為開機歡迎界面、 功能選著界面和各功能子界面（運行實況、補償設定、歷史曲線、系統(tǒng)設定、故障信息、數(shù)據處理、手自動切換、使用幫助、恢復出廠設置、系統(tǒng)退出）。 4.變電站電壓、無功綜合控制的控制 變電站電壓無功控制系統(tǒng)是一個多輸人多輸出(mimo)的閉環(huán)自動控制系統(tǒng)。從控制理論的角度來說，它又是一個多約束(電壓上下

7、限、無功功率上下限、調壓變壓器分接頭動作次數(shù)、并聯(lián)電容器投切次數(shù)等)、多目標(電壓合格和無功平衡)的最優(yōu)控制問題。由于無法建立精確的數(shù)學模型，目前只能采用工程實用算法做出實用有效的控制決策。按照控制策略的不同可分為以下幾種。 4.1按一次側電壓控制 根據系統(tǒng)要求設定一次側母線電壓的上限電壓和下限電壓。當一次側母線電壓小于允許最低電壓值時，投人補償電容器組提升電壓;當母線電壓大于允許最高電壓值時，切除補償電容器組降低電壓。但由于沒有考慮無功功率平衡這一基本條件，單純進行電壓控制，很難實現(xiàn)合適的無功平衡，控制效果不太理想。 4.2按功率因數(shù)控制 根據功率因數(shù)自動投切并聯(lián)電容器組，若功率因數(shù)低于下限

8、則投人電容器組，高于上限則切除電容器組。由于功率因數(shù)容易受到系統(tǒng)負荷的影響，當系統(tǒng)帶較小負荷時，較小的無功功率的變化會引起功率因數(shù)較大的變化，容易造成投切電容器組動作頻繁。另外該方法沒有考慮投切并聯(lián)電容器組對母線電壓的影響。 4.3按電壓、無功功率的綜合控制 根據母線電壓和無功功率將運行情況劃分為如圖1所示的9個區(qū)域。圖1中縱坐標為電壓u，橫坐標為無功功率q(功率因數(shù)coso)。u。為運行過程要求保持的目標電壓。為避免控制過程中頻繁動作，電壓和無功(功率因數(shù))都有一個允許的波動范圍。只有當電壓或無功(功率因數(shù))超出允許的上下限時才進行調節(jié)。在不同的區(qū)域采取不同的控制決策，綜合利用有載調壓器的自

9、動電壓調節(jié)和投切并聯(lián)電容器組平衡無功功率這兩種手段，達到電壓和無功都控制在系統(tǒng)允許的范圍內。 4.4人工神經網絡(ann)預測無功 根據大量的歷史數(shù)據應用人工神經網絡(ann)對無功負荷進行預測，然后將預測結果連同當前的母線電壓、無功功率、功率因數(shù)等模糊化后作為另一個人工神經網絡的輸人，輸出即為調節(jié)動作決策。由于該方法需要進行大量的計算，對系統(tǒng)硬件運行速度要求高，實時性差，僅只能作為離線控制;并且人工神經網絡算法的解容易陷人局部最優(yōu)解，所得控制決策是否合理與訓練工作的可靠性密切相關。因此，該方法只是處于理論研究階段，尚未進人應用。 5.結語 采用變電站綜合自動化系統(tǒng)的先進技術，能達到減員增效、減少或避免誤操作、誤判斷、縮短事故處理時間、提高供電質量和供電可靠性，并提高了整個電力系統(tǒng)的自動化水平。 本文僅對變電站綜合自動化系統(tǒng)作了粗淺的分析和研究，隨著計算機技術、電力技術、自動控制等技術的迅猛發(fā)展，變電站綜合自