地区电网AVC系统的控制策略概述

保证频率和电压的稳定是电力系统最基本的控制目标，高压输电系统频率/有功功率与电压/无功功率通常可以解耦来考虑。对于大多数地区电网调度而言，电网频率控制一般不作为其主要职责，而电压/无功控制则作为其主要任务而备受重视。

电压/无功控制主要是采用有载调压变压器分接头调节和并联补偿电容器组的投切来实现调节电压合格和无功平衡的目的，AVC系统的控制策略是决定其控制性能好坏的关键因素。自20世纪70年代研究VQC装置以来，国内外已形成了一整套比较成熟的控制策略。近年来，电力系统信号采集和处理技术、高速通信技术和卫星同步授时技术的迅速发展，为区域电网电压与无功的多级分层与分区协调控制奠定了重要的物质条件基础。国外一些著名的电力公司，如法国电力公司（EDF）实现了无功功率及电压的区域性集中控制，全系统各节点电压得到全面协调；意大利国家电力系统（ENEL）也已实现在线分层控制结构的自动控制系统，在整个超高压电网中普遍实现了二次和三次电压调整。

基于变压器分接头调节和电容器投切，国内外提出了不少自动控制方法，较典型的有以下几种。

1.按功率因数或电压高低调节

根据用电网功率因数或电压的变化自动投切电容器组，使功率因数维持在某一整定的范围内，实现无功补偿。这种方法简单、易行，但未考虑变压器分接头的调节，无功补偿效果较差。

2.基于人工智能的动态规划方法

通过人工智能的方法，寻找一组变压器分接头调节和电容器组投切量变量，使得目标函数有最优解，即

式中，X|ΔU_∑|为实际电压对额定电压的偏移量；X_pf为无功（功率因数）的偏移量；X_tap为变压器分接头动作的次数；X_nc为电容器组投切动作的次数。

同时，目标函数还应满足下列不等式约束条件：

1），即一天内变压器分接头动作次数应不大于限定值；

2），即一天内电容器投切次数之和应不大于限定值；

3），即实际电压不大于最大值、不小于最小值；

4），即功率因数不小于限定值。

由于国内的计算机水平、数据库技术、状态估计、通信、实时监控等软硬件技术仍有待发展，至今尚无成熟的适用于我国电力系统的全网智能动态规划系统。目前在工程中使用较多的为九区图控制法。(www.xing528.com)

3.按传统九区图法实现电压/无功控制

前面章节已经叙述过，按电压和无功上下限值将电压—无功平面划分为9个区域，各个区域对应不同的控制策略。实际运行时，系统根据电压、无功运行的区域采取相应的控制方法。传统的九区图法存在的主要问题是：控制策略是基于固定的电压/无功上下限，而未考虑无功调节对电压的影响及其相互协调关系，用于运算分析的信息有分散性、随机性的特点，这造成了控制决策的盲目和不确定性，实际表现为设备频繁调节。例如，当系统电压正常而无功不正常，同时又无足够的电容器组投切，而一天内变压器分接头动作次数之和未达其限定值时，采用传统的九区图控制将导致变压器分接头频繁动作。电压调节控制九区图如图2-24所示。

图2-24 电压调节控制九区图

当系统运行于第1区的运行点①时，电压正常、无功越上限。若此时已无电容器可投入，根据第1区控制规则（先投电容器，若电容器不可投则下调分接头），则只有下调分接头到点②，而调节分接头一般对无功的影响不大，此时系统仍可能运行于第1区。根据规则将继续下调分接头至运行点③，此时电压已接近下限但无功仍不满足要求。电压继续降落进入第8区即运行点④，则电压越下限、无功越上限。根据第8区控制策略（先投电容器，若电容器不可投则上调分接头），此时又要上调分接头，造成分接头频繁动作，类似情况还可能出现在第5区。

传统九区图法原理清晰，易于用单片机实现，但对设备动作次数、经济性欠考虑。

4.基于人工智能方法的电压/无功调节

（1）基于专家系统的电压/无功调节

实际应用中，运行调试人员预先根据经验和具体要求，对于可能出现的各种情况制定一套基于规则的专家系统。运行时，专家系统针对具体的变电站配置情况、电压等级、系统运行时段，模拟专家决策的过程，根据规则综合、智能地调节电压/无功，从而达到预期的控制目标。

（2）基于模糊控制理论的电压/无功调节

模糊控制适用于不确定的、有不同量纲的、相互冲突的多目标优化问题。同时，电力系统中无功调节对电压会产生影响，因此可考虑采用无功模糊边界的调节方式，将电压状态引入无功调节判据，把原来固定的无功上下限边界变为受电压影响的模糊边界。具体过程为：通过模糊隶属函数，把电压和无功偏差量、分接头档位、可调电容器组数等模糊化处理，转化为模糊集论域的词变量，作为模糊控制器的输入。控制器的输出对应于控制规则表内电压和无功偏差的一种组合，最后把控制器的输出模糊化，得电压和无功控制模糊边界示意图到作用于分接头和电容器组投切控制的精确值。根据模糊控制策略，无功调节按照新Q限值，新边界的斜率也可随电压状态灵活地改变。这种方法充分考虑了电压/无功动态平衡，减少了设备的动作次数，保证了电容器和分接头动作合理、有效。例如，当电压较高（未越限）而无功不是太缺（根据旧边界，无功越下限时）时，按照模糊新Q边界，可以不投入电容器，避免了因投电容器引起电压进一步升高，越上限，从而导致不必要的分接头调节的情况。

（3）基于神经网络的电压/无功调节

人工神经网络（ANN）模型是模仿大脑神经网络结构和功能而建立的信息处理系统，具有并行处理速度快、联想记忆能力强和容错率高等特点。目前研究和应用最多的神经网络模型有误差反向传播（BP）模型、Hopfield离散和连续模型、径向基函数网络（RBF）模型等各具特色的模型与算法。人工神经网络有集体运算和自适应学习的能力，有预测性、指导性和灵活性的特点，能大大减少变压器分接头的调节次数。