基于模糊专家推理的500kV变电站自动调压控制方法研究.pdf

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第2卷第4期
电工电能新技术
200年10月AdvancedTehnolooletrilEngineringadEner
Oct.2003
基于模糊专家推理的500kV変电站自动调压控制方法研究
白建社,董海鹰,樊波,薛钓义
(西安交通大学电气工程学院,陕西西安710049
摘要:变电站的电压无功控制是保证电能质量和电力系统安全可靠运行的重要指施。本文分析了
当前电压无功控制方法存在的不足,把模潮推理和专家系銳相结合,提出一种500kV变电站新型电
压无功控制方法。本方法利用模糊推理处理模糊性和不确定性问题的优点,很好地解决了电压越
限的模糊边界问题,克服了固定边界控制方法存在的不足。同时,依据专家系統很强的辑推理
和问題综合的能力,综合调压控制的限制条件、优化原则和设备保护闭锁信息等,实现电容器、电
抗器和变压器分接头在变电站各种运行状态下的最佳配合。实验表明,本方法能大大政善变电站
系统的调压控制性能、提高电压质量,具有良好的应用价值。
关键词:变电站;电压无功控制;模糊推理;专家系统
中分类号:TYM761
文献标识码:
文章编号:1003-3076(2003)04-0028-04
引言
变电站电压无功控制问题
电压是街量电能质量的一个重要指标,把供电1.1电压无功控制理论依据
电压维持在额定值附近、尽可能减小电压的波动是
从理论上讲,变电站电压无功控制问题是一个
电力系统运行的重要指标。我国电力系统的实际多限值、多目标的最优控制问题。只是对于不同电
情况决定了不能在调度中心实现电压无功的全局最压等级和功能的变电站而言,其所受的约束条件和
优控制2,因此就可以寻求一种替代方案,在变电站控制目标不同而已。对于500kV变电站,大都为枢
中实现电压无功的局部最优控制,即变电站自动调纽变电站,它进行调压的目标是高压母线和中压母
压系统(AVC)。
线电压合格,所受到的约束条件为调压设备(包括变
毕期的电压无功控制大都由专门调压装置通过压器分接头、电容器、电抗器)日调节次数、高压母线
硬件实现。由于自身条件的限制,只能采用简单的和中压母线电压上下限值等
控制算法,调压性能不高。随着变电站 SCADA(监
从控制手段讲,500kV变电站可以采用调节变
控与数据采集)系统的广泛使用和自动化程度的不压器分接头、投切电容器和电抗器等3种手。在
断提高,开始采用软件实现电压无功控制。这样500kV变电站中增加电抗器,主要是为了扩大电压
不仅使其能与变电站自动化系统集成,而且可以采无功控制的调节范围(既可以增加无功,也可以减少
用先进的控制算法和策略以提高调压控制性能。
无功)。事实上,由于电抗器的作用正好与电容器的
当前人工智能获得广泛的研究,有些已经应用作用相反,因此也可以把它们合并为一种控制手段
于实际的系统中,大大提高它们的智能化水平。只是把电抗器的容量看作负值即可。
专家系统是基于符号逻辑推理的人工智能方法,具1.2电压元功控制方法
有很强问题综合与判断的能力;而模糊摧理在处理
在电压无功控制中,最常用的是九区图及其改
模糊性问题方面具有独特的优点。本文就是针对进算法。由于基本九区图控制算法存在许多不足之
500V变电站,把模糊推理和专家系统相结合,提出处?,在此基础上提出了许多改进算法,如基于专家
基于模糊专家推理的电压无功控制方法。
系统的控制算法?、基于神经网络的控制算法?、基
收稿日期
作者简介;白建社(1974),男,西籍,博土生,主要从事人工智能、智能故障诊断、变电站自动化等研究
钩义(1937-),男,江苏籍,教授,博导,主要从事计算机控制技术和智能控制技术等研究
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第4期
白建社,等:基于模糊专家推理的500kV变电站自动调压控制方法研究
于模糊控制理论的控制算法?以及十七区图控制状态、控制优化原则等来确定使电压返回合格值范
算法等。基本九区图算法虽然控制性能较差(电圃的控制命令。因此,可以把专家系统引人到电压
压越线边界固定),但它原理清晰、便于实现(可以用无功综合控制中,利用它很强的问题综合能力,不仅
单片机实现)。而基于人工智能的九区图算法虽然可以使电压返回到设定的合格值范固之内,而且可
控制性能较好,但它加入复杂的控制算法(如神经网以使调压设备在变电站各种运行状态下实现最优
络、模糊推理等),使得调压控制算法的实现变得比配合。
较复杂,一般不能在硬件装置中实现,只能通过软件2.2电压无功控制的模糊专家方法
来实现。
模糊推理具有很强的处理不确定性和模糊性问
然而专家系统、神经网络、模糊推理等人工智能题的能力,但它的问题综合能力不强。而专家系统
方法,它们都有自己的优点,也只能解决某些方面的具有很强的逻辑推理和问题综合的能力,但它在处
问题。因此有必要把它们混合起来,发挥各自的优理不确定性和模糊性的问题时没有模糊理论那么得
点、补偿彼此的快点,以提高解决问题的能力。本文心应手。因此,可以把二者结合起来,利用模糊推理
就是把模糊推理与专家系统结合起来,利用模推处理电压越限的模糊边界问题,利用专家推理实现
理处理模糊性问题的能力和专家系统问题综合的能综合控制,构成模糊专家推理方法,从而改善电压无
力,提出一种新型电压无功控制方法一一模糊专家功控制的性能。
控制方法
(1)电压越限的摸糊识别方法
对于500kV变电站,其进行电压无功控制的目
2变电站电压无功摸捌专家控制方法
标是确保高压和中压母线电压合格。因此,电压越
2.1电压无功控制的特点
限识别就是根据高压和中压母线上的电压偏差,确
电压无功控制的主要任务是把母线电压维持在定当前是否发生电压越限;如果发生电压越限,则给
额定值附近,而电压控制边界问题是电压无功控制出使电压返回合格值范围的所有可能的控制手段。
的关键。为了实现这个任务,可以分为两个阶段进为了防止当系统发生故障时继续调压,母线电压的
行,即电压越限识别和电压无功综合控制。
可调范围设置为20%的额定电压(即高压母线
(1)电压越限识别
[400,600],中压母线[176,264],单位为kV)。
电压越限识别就是根据变电站所处的运行点确
模糊输入变量为是高压和中压母线的电压偏
定是否发生电压越限,其关键问题是如何处理电压差,模糊输出变量为调压设备的控制命令(即电容
控制的边界。各种九区图算法大都采用固定的电压器、电抗器和分接头等控制命令)。因此,本方法是
控制边界,既没有考虑电压和无功的相互影响,也没
个多变量模糊推理系统。
有考虑它们的变化趋势,使得当运行点处于边界附1)模糊化与隶属函数
近时易造成频鱉的控制操作?。
在构造模糊推理系统时,首要的问题是进行参
事实上,电压控制的边界本身就是模糊的,也就数的模糊化和隶属函数选取。根据系统对控制精度
是说它是不确定的。例如,假设边界是525kV,则在的要求,取模糊输入变量的子集为」负大,负小,零,
固定边界时认为525.001kV是越限的,而524.999V正小,正大}(即NB,NS,0,PS,PB})。对于输出变
是合格的,仅仅2V之差就得出截然不同的结论,显量,电容器/电抗器的模糊子集为切除,不动作,投
得过于绝对化。因此,为了克服固定边界存