無功綜合控制策略的問題及其改進(jìn) - 變電站電壓無功的控制研究

　　3.3.4 基于遺傳算法的電壓無功控制原理

　　遺傳算法（GA）是一種通過模仿生物遺傳和進(jìn)化過程尋求復(fù)雜問題的全局最優(yōu)解的搜索和優(yōu)化方法。遺傳算法具有較高的魯棒性和廣泛的適應(yīng)性， 對求解問題幾乎沒有什么限制，也不涉及常規(guī)優(yōu)化問題求解的復(fù)雜數(shù)學(xué)過程，并能夠獲得全局的最優(yōu)解集，因此在電力系統(tǒng)研究涉及優(yōu)化問題的領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。利用遺傳算法求解實(shí)際問題的過程是，首先將實(shí)際問題編碼成染色體，將實(shí)際問題的目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)化為染色體的適應(yīng)函數(shù)，然后在初 始種群的基礎(chǔ)上，按一定的適應(yīng)值在種群中選擇個體，使之進(jìn)行生殖，交叉，變異等遺傳操作，產(chǎn)生下一代種群，這樣逐代遺傳，直到滿足期望的終止 條件。

　　通過遺傳算法搜索變壓器分接頭的檔位和投切電容器組的組合，得出母線電壓，再根據(jù)電壓求 解線路和變壓器損耗，并統(tǒng)計投切電容器組數(shù)，計算出適應(yīng)度函數(shù)，尋找適應(yīng)函數(shù)最小的優(yōu)化方案。 由于有歷史數(shù)據(jù)的指導(dǎo)以及遺傳算法強(qiáng)大的尋優(yōu)能力，采用所提方法進(jìn)行控制時，使電壓合格、裕度較大，從而系統(tǒng)的安全經(jīng)濟(jì)性能更高［12］。

　　4 目前變電站電壓與無功綜合控制策略的問題及其改進(jìn)

　　4.1 傳統(tǒng)控制策略存在的問題

　　目前工程實(shí)際中應(yīng)用最廣泛的是傳統(tǒng)的“九區(qū)圖”理論，按照電壓上、下限和無功上、下限將運(yùn)行區(qū)域劃分為九個區(qū)，各個區(qū)域?qū)?yīng)不同的控制策略，根據(jù)實(shí)時電壓、無功所在的運(yùn)行區(qū)域，采取相應(yīng)的控制方法。

　　“九區(qū)圖”的無功調(diào)節(jié)判據(jù)是一個與電壓無關(guān)的平行于電壓坐標(biāo)軸的固定邊界線，而實(shí)際運(yùn)行中無功的調(diào)節(jié)對電壓是有影響的，但在“九區(qū)圖”中 無功的調(diào)節(jié)的邊界竟然與電壓狀態(tài)無關(guān)，因此產(chǎn)生一系列問題：

　　（1）控制策略是基于固定的電壓無功上下限而未考慮無功調(diào)節(jié)對電壓的影響及其相互協(xié)調(diào)關(guān)系， 造成控制振蕩、頻繁動作問題。

　?。?）用于運(yùn)算分析的信息具有隨機(jī)性、分散 性的特點(diǎn)，造成了控制決策的盲目性和不確定性， 實(shí)際表現(xiàn)為裝置頻繁調(diào)節(jié)。

　?。?） “九區(qū)圖”的某些區(qū)對于兩類設(shè)備的控制 都起作用時，難于區(qū)分哪一類效果更好。

　?。?） “九區(qū)圖”中兩類設(shè)備動作的先后順序?qū)?控制結(jié)果影響很大，如順序不當(dāng)會產(chǎn)生頻繁動作、 投切振蕩等現(xiàn)象。

　　（5） “九區(qū)圖”對于控制設(shè)備的使用是無限次 的，而實(shí)際操作中分接頭調(diào)節(jié)和電容器組投切次數(shù) 是有嚴(yán)格限制的。

　?。?）由于“九區(qū)圖”中只要進(jìn)入第 0 區(qū)就不 會再有調(diào)節(jié)，可能造成系統(tǒng)長時間運(yùn)行在電壓、無 功或功率因數(shù)不合格狀態(tài)邊緣，而不能做到將系統(tǒng) 控制在額定最佳運(yùn)行狀態(tài)。

　　4.2 九區(qū)圖的改進(jìn)

　　電壓無功綜合控制策略應(yīng)綜合考慮變壓器分 接頭和電容器組調(diào)節(jié)過程中，所引起的系統(tǒng)電壓無 功變化趨勢以及其它一些相關(guān)的變化。近年來，針 對以上的一系列問題進(jìn)行了改進(jìn)（如采用 17 區(qū)域圖 法、 模糊邊界法等）， 雖然在一定程度上改善了控制 效果，但實(shí)際運(yùn)行效果仍不太理想。

　　4.2.111 區(qū)圖法

　　針對傳統(tǒng)九區(qū)圖法對于某些區(qū)控制結(jié)果產(chǎn)生 的振蕩現(xiàn)象以及裝置頻繁動作的缺陷，增加了 2-3 和 6-7 這兩個小區(qū)作為防震區(qū)，得到如圖 A3 所示 改進(jìn)的“九區(qū)圖” 。當(dāng)運(yùn)行點(diǎn)位于 2-3（或 6-7 ）小區(qū) 內(nèi)時，控制策略為下調(diào)分接頭降壓（或上調(diào)接頭升 壓）。

　　4.2.2 13 區(qū)域圖法

　　有人對九區(qū)圖進(jìn)行更細(xì)致的劃分，提出了較圖 A3 更加完善的改進(jìn)九區(qū)圖（實(shí)質(zhì)為 13 區(qū)域圖法）， 如圖 A4 所示。

　　4.2.317 區(qū)圖法 更為改進(jìn)的策略是在九區(qū)圖中再細(xì)分 8 個小區(qū)，采 用 17 區(qū)域圖法的控制策略。如圖 A5 所示。每個區(qū) 的控制方案可自動整定，也可手動整定，自動整定 可按五種方式進(jìn)行：只考慮電壓， 只考慮無功，電壓 優(yōu)先，無功優(yōu)先，綜合考慮。

　　由上所述可以發(fā)現(xiàn)，以上控制策略的改進(jìn)以動 作區(qū)間的進(jìn)一步細(xì)化為特點(diǎn)，然而這些改進(jìn)的控制 策略存在一個普遍問題是控制為單向控制，認(rèn)為其 設(shè)定的限值為恒定值，即未考慮無功調(diào)節(jié)對電壓的 影響及其之間相互協(xié)調(diào)關(guān)系， VQC 一直使用這些定 值，這些定值與實(shí)際值的誤差往往會導(dǎo)致裝置的誤 動作或控制振蕩。

　　4.2.4 電壓無功模糊邊界調(diào)節(jié)

　　電壓調(diào)節(jié)邊界應(yīng)該是相對固定的（各個負(fù)荷時 段可不同）， 無功調(diào)節(jié)邊界應(yīng)該是一個受電壓狀態(tài)影 響且在一定范圍內(nèi)服務(wù)于電壓調(diào)節(jié)的一個模糊邊 界。考慮到無功調(diào)節(jié)對電壓產(chǎn)生的影響，將電壓狀 態(tài)引入無功調(diào)節(jié)判據(jù)，把原來固定的無功上下限邊 界變?yōu)槭茈妷河绊懙哪：吔?，就形成了模糊邊?的電壓無功控制策略，如圖 A6 所示。

　　5 結(jié)束語

　　我國目前各變電站的基礎(chǔ)自動話層次不一的 情況下，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的集中優(yōu)化控制難度還比較大。 采用并聯(lián)分散控制雖然滿足系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求，但是采用專門的關(guān)聯(lián)分散控制裝置帶 來投資成本的增加。同時，分散控制仍然是我國變 電站的主要控制方式。因此，如何實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的集 中優(yōu)化控制是我國未來變電站自動化建設(shè)上所需 要解決的問題。

　　變電站電壓無功綜合控制是一個多目標(biāo)、多約 束的復(fù)雜的非線性控制問題。它受到電壓、無功、 時間、負(fù)荷率、負(fù)荷電壓靜態(tài)特性、運(yùn)行方式、有 載調(diào)壓變壓器分接頭檔位和電容器組狀態(tài)等多種 因素的影響，其控制規(guī)律難以用精確的數(shù)學(xué)模型表 達(dá)。同時，作為變電站電壓無功控制的兩個主要手 段：運(yùn)用有載調(diào)壓變壓器進(jìn)行有載調(diào)壓和運(yùn)用并聯(lián) 電容器組進(jìn)行無功調(diào)節(jié)，不是獨(dú)立的，他們之間存 在著一定的關(guān)聯(lián)性，在有載調(diào)壓的同時也會影響無 功，在無功調(diào)節(jié)的同時也會影響電壓?，F(xiàn)在，各種 智能算法已經(jīng)與傳統(tǒng)的“九區(qū)圖”法相結(jié)合，提出 了各種改進(jìn)的控制策略。但是，如何完全解決九區(qū) 圖法的缺陷，還是需要進(jìn)一步研究。