基于“九区图”和“五区图”相结合的电压无功组合控制

邓桂勇 白宇

摘 要 为更好地实现全局最优控制将五区图和九区图相互配合，形成九区图和五区图的组合策略，根据设定的最优限值曲线，按照九区图判断各变电站的无功调压设备的工作点区域及启动区的上下限，仅对有越限的变电站按照五区图进行VQC装置的调控，以达到减少控制变量频繁操作，又保证全网电压质量和电网潮流最优分布的目的。

【关键词】电压无功控制 变电站自动化 “九区图”控制策略 “五区图”控制策略

1 “九区图”、“五区图”原理分析

1.1 九区图的控制原理与分析

九区图控制策略是典型的电压、无功双参数控制策略， 它是根据变电站运行中电压和无功均存在合格、过高和过低3种状态，而将二维坐标平面分为九个区域。电压无功综合控制的基本原理是实时采集变压器系统侧输入无功功率Q和低压侧母线电压U，然后根据调节判据得出不同区域的控制方法，通过调节有载变压器分接头位置或投切电容器，保证电压合格和无功基本平衡。

其控制目标是使电压和无功控制在9区，首要目标是将被测母线的电压控制在规定的U上限和U下限之间，保证电压合格。同时要尽量使无功功率控制在Q上限和Q下限之间，如果电压无功不能同时达到要求，则优先保证电压合格。控制装置根据电压、无功、时间、负载率、调压分接头和电容器所处状态（位置）等诸因素进行判别，根据实时数据判断当前的运行区域，再按照一定的控制方案，闭环地控制站内并联补偿电容器的投切及有载调压变压器分接头的调节，以最优的控制顺序和最少的动作次数使运行点进入到第9区（正常工作区）。

1.2 九区图控制策略存在的问题

（1）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的关系。

（2）用于运算分析的信息具有随机性、分散性的特点，造成了控制决策的盲目和不确定性，实际表现为装置频繁调节。

（3）“九区图”的某些区对于两类设备的控制都起作用时，难以区分哪一类的效果更好。

（4）“九区图”中的两类设备动作的先后顺序对控制结果影响很大，如果顺序不当，会产生频繁动作、投切振荡等现象。

（5）“九区图”对于控制设备的使用是无限次的，而实际操作中分接头调节和电容器组投切次数是有严格限制的。

（6）由于只要进入第9区就不会再有调节，可能造成系统长时间运行在电压或功率因数不合格状态边缘，而不能做到将系统控制在额定最佳运行状态。

1.3 五区图的控制原理与分析

根据具体操作动作性质的不同， VQC装置的最基本操作动作分为：无动作、升变压器档位、降变压器档位、投电容、切电容这五个动作。根据所给的控制目标，同时兼顾闭锁约束条件，判断选择5种操作动作中最优的一个作为实际执行命令，这就形成了直接以装置动作为控制对象的，面向操作动作的控制思想。

设理想工作点（目标工作点）为，当前工作点为，当执行完第i项操作后，工作点移动到，定义到目标工作点的距离的平方为操作优劣距离：

于是可以将电压无功综合控制装置的操作看成是进行可选的动作，以Li最小为最优控制目标，形成以操作优劣距离最短为判据来确定最优操作动作的控制策略，通过选择最优操作量fi，使当前工作点向最优控制目标点逼近。

1.4 五区图控制策略存在的问题

（1）在“五区图”中最优控能目标不能选取一个工作用点，需选择一个最优控制区域作为控制指向的目标。

（2）在最优控制区域内是系统的非启动动作区，控制机构不动作，只有在工作点越出最优控制区域，系统才可能启动动作。

（3）只能实现局部优化，保证受控母线电压合格，不能实现全系统的最优控制以达到全网功率损耗最小的目的。

2 控制思想的引入

系统对控制不仅有准确性要求，还有对稳定性的要求，为了更好地实现全局最优控制，将五区图和九区图相互配合形成九区图和五区图的组合策略，九区图动作启动值是基于全网最优无功电压整定，当工作点越出最优控制区，启动控制进行最优操作判断，选取合适的操作动作。对于全网的变电站，根据设定的最优限值曲线，按照九区图判断各变电站的无功调压设备的工作点区域及启动区的上下限，仅对有越限的变电站按照五区图进行VQC装置的调控，既可减少控制变量的频繁操作，又可保证全网电压的质量和全网潮流的最优分布。

3 九区图与五区图的组合控制策略

将五区图和九区图相互配合，九区图动作启动值是基于全网最优无功电压整定，当工作点越出最优控制区，启动控制进行最优操作判断，选取合适的操作动作，形成九区图和五区 图相互配合的控制策略（如图1所示）。

4 结束语

这种整定方法克服了变电站局限于无功，电压就地控制，从优化与控制的角度使局部优化、分散控制变为全局优化、集中控制与分散控制相结合，提高了系统电压的合格率、降低了系統的总线损。

参考文献

[1]刘连光，林峰，姚宝琪.机电一体开关低压无功补偿装置的开发和应用[J].电力自动化设备，2003.

[2]严浩军.变电站电压无功综合控制策略的改进[J].电网技术，1997.

[3]赵登福，张涛，杨靖.新型变电站电压无功综合控制装置的研制[J].电网技术，2012.

作者单位

国网河南桐柏县供电公司 河南省南阳市 474750