电压无功模糊控制策略的设计

石成柱张晓林王江煜刘雪艳刘静

（国网山东省电力公司济南市长清区供电公司山东济南250300）

摘要：使用传统控制算法的电压无功控制器因控制判据无法完全满足“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数”的电压无功综台调节的基本要求，导致系统的电压以及功率因数无法达到最优配置。为了弥补传统电压无功控制策略的缺陷，本文将模糊控制算法引入到电压无功控制形成了井组平台电压无功模糊控制策略，通过理论分析以及仿真研究，该控制策略可有效提高无功补偿设备的控制效果，完全满足电压无功控制的要求，并且适用于负载经常发生变化的场合。

关键词：电压无功控制；模糊控制；控制效果

1引言

电力系统的无功补偿是一个多变量、强耦合的非线性控制问题，受电力系统的时变性、电力设备运行条件的变化以及许多条件下负载模型无法精确给定的影响，很难建立精确地控制模型。因此使用传统控制算法的电压无功控制器因控制判据无法完全满足“保证电压合格，无功基本平衡，尽量减少调节次数”的电压无功综台调节的基本要求，导致系统的电压以及功率因数无法达到最优配置。为了弥补传统电压无功控制策略的缺陷，本文将模糊控制算法引入到电压无功控制形成了井组平台电压无功模糊控制策略，通过理论分析以及仿真研究，该控制策略可有效提高无功补偿设备的控制效果，完全满足电压无功控制的要求，并且适用于负载经常发生变化的场合。

2电压无功控制

所谓电压无功控制，是指保证系统电压合格的基本前提下，无功功率基本保持平衡，尽量减少电容器组的调节次数[1]，减少因电容器组的投切而导致系统电流的频繁变化以及频繁出现的电容投切涌流。电压无功控制思想可以看作：无功功率的调节边界应当是相对固定(各个负荷时段可不同)，并且在一定范围内服务于电压调节的一个模糊边界，即电压高时，无功缺额不严重就不投电容；电压低时，可以多投电容。因此，电压无功控制是一个多变量、强耦合、时变的非线性控制问题，且受很多现场情况和设备的实际条件约束，其控制规律不能用一个统一的数学模型来描述[2[[3]。

2.1传统电压无功控制策略

传统的电压无功控制策略大多是基于九区图来制定的。九区图的综合逻辑判据是基于给出的固定电压和固定无功功率的上下限特性，把系统的电压和无功功率平面分割为9个控制区[33]，如图1所示。该控制策略的控制目标是使电压和无功功率基本控制在0区，即九区图控制策略的首要目标是将被测母线的电压控制在规定的上下限之间，即首先保证电压合格，同时要尽量使无功功率控制在上下限之间，若电压和无功功率不能同时达到要求，则必须优先保证电压处于合格范围，既可以适当的牺牲无功功率的控制目标。

但是通过现场实际应用发现，传统的九区图控制策略容易导致电容器组频繁往复投切，使得电容器的使用寿命大大降低，同时加重了对电力系统的谐波污染，降低了系统的稳定性[4]。为了弥补基于传统九区图的电压无功控制策略的不足，本文将模糊控制策略应用到电压无功控制策略中，利用模糊控制对非线性、模型不可知系统的控制优越性，设计了符合现场要求的井组平台电压无功模糊控制策略。

图1传统九区图

2.2电压无功模糊控制策略

安装并联电容器组补偿装置的目的是在满足一定的现场设备技术条件下时保证将系统的功率因数和从电网索取的无功功率控制在事先已经设定的上下限范围内，以达到尽可能改善电压质量的前提下提高系统功率因数的目的。本文设计的电压无功模糊控制策略的控制目标是改善电压质量，保证负荷从电网侧吸收的无功功率控制在一定范围内，还应避免电容器组的往复投切形成振荡，即当系统在某一运行工况下有小的波动时，避免往复投切某组电容器，以免导致并联电容器使用寿命下降甚至损坏用户侧用电设备。

本文根据已有的专家经验并充分考虑到电压无功控制的要求，通过不断地仿真研究，得到了表1所示的输入模糊量与输出模糊量之间对应的模糊规则查询表，该查询表便可作为电容器组投切的控制依据。

由表2可知，采用电压无功模糊控制策略实现无功功率补偿后，电容器接入点的无功功率水平比不考虑电压的控制策略的补偿效果差，但是电容器组接入点的功率因数基本上处于系统设定的容许值范围之内，满足现场实际的生产需要。当负载无功负荷发生变化时，在无功功率水平满足系统设定要求的前提下，电压无功模糊控制策略可有效降低补偿电容器组的动作次数，从而减少由于电容器组投切而导致的投切电流涌流出现次数，有效地避免了保护装置的误动作等情况的发生。由仿真结果以及相应的理论分析可知，本文所设计的电压无功模糊控制策略的各性能指标都比较优秀，可有效提高无功补偿设备的控制效果，完全满足电压无功控制的要求，并且适用于负载经常发生变化的场合。

3结论

本文分析了电压无功控制策略基本要求以及传统的基于九区图电压无功模糊控制器的缺点后，将模糊控制策略引入到井组平台电压无功模糊控制策略中。本文借鉴传统九区图控制策略设计了电压无功模糊控制策略。通过理论分析本文设计的电压无功模糊控制策略相对于其他控制策略的优越性。

参考文献

[1]王耀南，徐泽平.电压无功控制系统中模糊积分控制器的设计[J].电工技术学报.2002,17(1):101-104.

[2]ChiuS,ChandSandChandharyA.FuzzyLogicforControlofRollandMomentforaFlexibleWingAircraft[J].IEEEControlSystemsMagazine:42-48.

[3]MichelsK.AModel-BasedFuzzyController.FuzzySetsandSystems,1997,85:223-232.

[4]余涛，周斌.电力系统电压/无功控制策略研究综述[J].继电器.2008，36(6)：79-85.