对电力系统电压无功控制方法分析

对电力系统电压无功控制方法分析

摘要：在本文中，笔者分析了关于这几年的电力系统电压无功控制方法：模糊

控制法、神经网络、专家系统、九区图策略等等，同时系统的比较了几种方法的

优势和劣势。最后也针对发展前景进行了一定的分析，希望能为广大的相关工作

者提供一些参考依据。

关键词：电力系统；电压；无功；控制；方法；策略

一、两种不同的控制方法分析

（一）基于人工智能的控制策略

VQC策略非常复杂，必须要借助准确的数学模型才能进行表达和控制。但是

控制的时候，可能会受到外界环境、网络参数、运行条件等方面的影响。所以不

需要将依靠许多数学模型的人工智能控制得到了广泛的使用。

1.模糊控制

按照模糊数学的概念来对模型进行构建，同时根据模糊条件来对人的思维进

行仿照，这一般需要借助模糊控制规律、隶属度函数才能完成。一般的模糊推理

方法有很多种，比如Sugeno、Zadeh等等。

过去的九区图充分借鉴了模糊原理，对模糊边界的无功调节进行分析，按照

判断的结果将电压状态引进无功调节里。同时，无功上下限属于和电压状态相关

联的两条线。通过判断的结果，可以在一定程度上避免分接头过多的调节，促使

分接头的使用寿命更长。

根据变电所控制的情况，技术人员针对模糊控制系统进行了改进，促使其功

能更多。因为现场电容器投切操作的过程中，会产生瞬时冲击无功的现象，所以

需要在模糊控制器里增加两个功能：短期负荷预测、反时限延迟功能。通过增加

新的功能，可以促使整个VQC控制系统的运行效率更高，运行能力更强。

但是，模糊控制也存在一些问题，比如不容易获得模糊规则，不能很好的进

行调整等。对于整个模糊控制核心来说，规则的获得非常重要。然而因为技术方

面的原因，缺少系统化的设计方法。相关的技术人员、专家凭借主观的经验来获

得模糊规则，没有充分借用样本数据的特点，所以具有不准确、不客观的特点。

也因此，这也促使模糊控制的成效受到了一定的限制。

2.神经网络控制

所谓的人工神经网络，指的是一种模仿人类大脑神经网络的计算机处理系统。其可以快速的处理问题，而且准确率非常高。当前经常使用的人工神经网络有两种，一种是径向基函数网络模型，另外一种则是误差反向传播模型。

可以将无功预测和优化决策进行结合，从而产生一种新的控制策略。这种策

略的合理性在于进行科学的预测，减少变压器的分接头。同时也可以针对人工神

经网络和模糊动态进行一定的规划，并且事先设计出一个人工神经网络，根据时

间来获得电容器和分接头的预控措施。可借助模糊动态规划来进行一定的改善，

最后获得良好的控制策略。通过实践后发现，运行的效果达到了一定的要求。

然而其也具备一定的缺点，比如ANN的控制策略设计必须要借助许多的历史

参数才能完成。如果参数不多，那么样本也不够，会使得ANN控制的效率降低。实际上，电力系统处于不断的变化当中，怎样合理选择样本，建立ANN模型，成为了一个非常关键的问题。

3.专家系统控制

所谓的专家系统，指的是具有专业技能、理论知识的信息系统。可以将结构

分为几个部分，即知识库、数据库以及人机接口、推理机等等。对于整个系统来说，最重要的部分是知识库。

在不断的应用当中，相关人员会根据实际情况针对专家系统中的知识进行增

加或者删除，这个过程不会对推理产生影响。此外，随着VQC系统自动调节的不

断进行，整个知识库也会被不断的完善。

然而需要注意的是，因为专家系统需要借助专家知识的合理性。所以一旦知

识不够，不能够对电网的运行进行覆盖，那么就可能产生一些不合理的控制策略。不仅如此，对于一些规模很大的变电所而言，运行方式太多，反而会难以进行控制，所以必须要采用闭锁策略。现在，已经有很多的专家系统可以离线解决其中

存在的问题，但是仍然不能够完成不同条件下的实时控制。

（二）基于控制区域划分的方法

之前出现的相关策略，很多都是根据电压、功率等规律所产生的。后来出现

了另外的控制策略：按照母线电压、无功输送功率组成的状态运行空间和控制输

出之间的联系，对区域进行划分，然后再进行控制。这样的策略被应用的非常多。

1.九区图法

这种方法之前经常被用在VQC策略当中，其图形属于“井字型”。根据下图可

以看出，其借助实时监测变压器低压来对母线电压进行检测，也借助变压器高压

来对无功功率进行检测。同时将其作为控制状态量，分析工作点在每一个区域的

实际情况，最终了解调节分接头以及投切电容量的把控状况。

九区图有一个非常明显的缺点，那就是区域定义太大，不能满足控制系统

对负荷变化进行调节的要求。对于该问题，可以这样进行解决：分析并联电容器

的电压时，在九区图的不同区域边界进行划分，使其成为十三区图。具体如下图

所示：

因为控制边界不能改变，所以不管是九区图，还是改进了的方法，一旦工作

点跨越边界，那么就可能产生和结构控制相似的抖动。同时，电容器组投切次数

则有一定的要求，不能超过一定的范围。所以，这种九区图控制策略在操作的时候，容易产生振荡的现象。

2.基于操作动作的五区图方法

为了促使装置动作更加的稳定，可以采取一种新的控制策略：以装置动作为

控制对象，根据各种不同的操作性质来对区域进行分类。也就是说，把VQC（电

力系统）分为几种完全不一样的控制行为，并且在其中引入动作矢量。然后再比

较不同的情况下，操作运行的实际情况。在这个过程中，需要针对闭锁条件的限

制进行分析，促使电容操作优先，选择最合理的作为操作执行命令。这样一来，

几种不同的动作矢量才可以获得五区图原理。

有一所变电站借助了五区图策略来进行优化，操作的时候发现其具有很多的

优势，比如动作选择合适、逻辑划分合理等。同时也可以解决电压无功控制问题。然而投电容对电压的影响被体现在曲线方面，如果曲线的精度很高，那么则会得

到很好的效果。

二、发展前景分析

如今，我国变电站采用的VQC设备都是借助计算机信息系统来进行智能控制的。在未来，还将出现一种新的微机电压无功控制装置，也就是AVQC。这是一

种先进的闭环自动控制系统，输入和输出都非常方便。微机借助SCADA系统，来