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变电站电压无功模糊控制器的设计. 张宁. 1. 本设计的主要工作. 运用 MATLAB 研究 35kV 变电站电压无功模糊控制（ FVQC ）的控制策略： （ 1 ）研究变电站 VQC 理论和常用控制策略，学习模糊控制理论，研究 35kV 双绕组配电变电站电压无功控制（ VQC ）的基本原理和常用的九区图控制策略。 （ 2 ）深入研究模糊控制（ FLC ）理论，学习应用 MATLAB 模糊工作箱 （ 3 ）设计 35kV 配电变电站电压无功模糊控制策略。
E N D
1. 本设计的主要工作 • 运用MATLAB研究35kV变电站电压无功模糊控制（FVQC）的控制策略： • （1）研究变电站VQC理论和常用控制策略，学习模糊控制理论，研究35kV双绕组配电变电站电压无功控制（VQC）的基本原理和常用的九区图控制策略。 • （2）深入研究模糊控制（FLC）理论，学习应用MATLAB模糊工作箱 • （3）设计35kV配电变电站电压无功模糊控制策略。 • （4）运用MATLAB模糊控制工作箱Fuzzy ToolBox构建模糊控制器（FIS），并运用MATLAB电力系统仿真模块集SPS建立35kV变电站仿真模型。进行仿真分析并对仿真结果加以分析。 • （5）修改设计的策略，使策略最优化。
2. 变电站电压无功控制的策略 • 变电站电压无功控制系统是一个多输入多输出的闭环自动控制系统，从控制理论角度来讲，它又是一个多约束，多目标的最优控制问题。由于无法建立精确的数学模型，目前只能采用工程实用算法做出实用有效的控制决策。按照控制策略的不同分为以下几种： • 1. 按一次侧电压控制电压控制 • 2. 根据功率因数 • 3.按电压﹑无功功率的综合控制（九区图） • 4.人工神经网络(ANN )预测无功（该方法还处于理论研究阶段，尚未进入应用 ）
1区:升变压器分接头降压，直到电压合格 2区:先升变压器分接头降压，直到电压合格，若无功仍越限,再投电容器组 3区:先投电容器组，直到无功合格。若无可投的电容器组时，再升变压器分接头降压 4区:先投电容器组，直到无功合格，若电压仍越限，再升变压器分接头降压 5区:降变压器分接头升压，直到电压合格 6区:先降变压器分接头升压，直到电压合格，若无功仍越限，再切电容器组 7区:先切电容器组，直到无功合格。若无可切的电容器组时，再降变压器分接头升压 8区:先切电容器组，直到无功合格，若电压仍越限，再升变压器分接头降压 9区:电压无功均合格，不控制 九区图控制策略
振荡动作示意图 系统运行于A点(位于△Uq 小区，△Uq为投入1组电容器所引起的电压变化量)，电压接近上限而无功严重不足,根据3区的控制方案,将投入1组电容器进行无功补偿,引起电压升高，则投电容后运行点将可能进入2区而非9区(也可能进入1区)；装置再根据2区的控制方案(上调分接头降压)使运行点可能又回到△Uq小区,如此反复,从而产生振荡动作。 九区图的振荡动作
改进九区图 针对传统九区图法某些区对控制结果产生振荡现象以及装置频繁动作的缺陷,进行了改进,见右图 。增加了2～3 和6～7 两个小区作为防振区,△Uq为投切1组电容器所引起的电压变化最大量。当运行点位于2～3 (或6～7) 小区内时,控制方案不像3，7区控制策略为先投切电容而是先上调分接头降压(或下调分接头升压) ,这样就避免了因先投切电容导致电压上升/下降而使得电压越限的情况。 改进九区图法
RT=PkUN2/SN2 XT=Uk%UN2/SN 变压器模型参数设计
PF的5个隶属函数的形状，语言变量的具体范围 NB 梯形 [0.74 0.793 0.85 0.9] NS 三角形[0.85 0.9 0.95] Z 梯形 [0.9 0.92 0.97 1] PS 三角形[0.9534 1.003 1.053] PB 梯形 [1 1.05 1.21 1.21] EU的5个隶属函数的形状，语言变量的具体范围 NB 梯形 [8.05 8.45 9.46 9.54] NS 三角形 [9.46 9.5 9.54] Z 梯形 [9.46 9.54 10.46 10.54] PS 三角形 [10.46 10.5 10.54] PB 梯形 [10.46 10.54 11.6 12] 4. EU PF隶属函数
TAP CAP隶属函数 • TAP CAP 的3个隶属函数的形状，语言变量的具体范围 • N 三角形 [-1.333 -1 0] • Z 三角形 [-1 0 1] • P 三角形 [0 1 1.53]
变电站高压侧功率因数变化曲线 变电站低压侧电压变化曲线 （图中虚线为模糊控制）
小结 • 由上图：FVQC和九区图控制策略均能保证电压和功率因数处于合格的范围内，但FVQC考虑电容器优先投切原则，提高了负荷变化的无功补偿跟踪能力，因而高峰时时段功率因数要略高于九区图策略控制下的功率值，跟符合变电站的运行运行要求。
5. 仿真分析结果及分析 • 九区图法仿真：分接头调节7次，电容器组调节4次。 • 模糊控制仿真：分接头共调了6次，电容器组共投切了3次。 • 模糊控制器较改进的九区图控制有所改进（分接头电容器组各少调节1次）。但分接头调节次数还很多，可能是负荷变化明显的原因（负荷的有功无功时间曲线母线电压时间曲线见前面图），此外，模糊控制也还需改进，毕竟隶属度函数和模糊规则的确定等，很多都是靠先人经验，控制策略不一定是最优策略。
6. 结论 • 本次设计在论文第三章中对常规的九区图及其改进的九区图控制策略进行研究，并在第五章中对其仿真分析，发现传统控制方法存在的不足。在进行仿真分析中，运用MATLAB中电力系统摸块集SPS建立变电站模型。考虑到常规控制方法的不足，故本论文考虑模糊控制，提出了基于模糊理论的电压无功控制。在本论文中模糊控制，是以模糊控制为手段，即对变电站电压无功的控制是以模糊控制为控制方法，并使其控制更优。在模糊控制中，隶属度函数的确定及其模糊规则的确定还是很有讲究的，稍微有点不同，控制结果是完全不同的。本设计中隶属函数和模糊规则一开始的确定只是根据专家经验和一些理论依据确定，然后经过多次仿真调节慢慢修改其规则或是修改隶属度函数每个语言的范围才得到本论文的最后的控制效果。 • 本文的不足之处，主要在于模糊控制中参数是慢慢修改其规则或是修改隶属度函数每个语言的范围才得到本论文的最后的控制效果。取的随机值，即每次运行结果都不一样，这样有时候能达到训练目标，有时候却相差甚大，只有经过多次运行比较选取合适的结果，而且模糊规则不一定是最优规则，模糊规则这些都有待后续继续优化。
