3.3.4 基于遗传算法的电压无功控制原理

遗传算法(GA)是一种通过模仿生物遗传和进 化过程寻求复杂问题的全局最优解的搜索和优化 方法。遗传算法具有较高的鲁棒性和广泛的适应性， 对求解问题几乎没有什么限制，也不涉及常规优化 问题求解的复杂数学过程，并能够获得全局的最优 解集，因此在电力系统研究涉及优化问题的领域中 得到了广泛的应用。利用遗传算法求解实际问题的 过程是，首先将实际问题编码成染色体，将实际问 题的目标函数转化为染色体的适应函数，然后在初 始种群的基础上，按一定的适应值在种群中选择个 体，使之进行生殖，交叉，变异等遗传操作，产生 下一代种群，这样逐代遗传，直到满足期望的终止 条件。

通过遗传算法搜索变压器分接头的档位和投 切电容器组的组合，得出母线电压，再根据电压求 解线路和变压器损耗，并统计投切电容器组数，计算出适应度函数，寻找适应函数最小的优化方案。 由于有历史数据的指导以及遗传算法强大的寻优 能力，采用所提方法进行控制时，使电压合格、裕 度较大，从而系统的安全经济性能更高[12]。

4 目前变电站电压与无功综合控制策略的问 题及其改进

4.1 传统控制策略存在的问题

目前工程实际中应用最广泛的是传统的“九区 图”理论，按照电压上、下限和无功上、下限将运 行区域划分为九个区，各个区域对应不同的控制策 略，根据实时电压、无功所在的运行区域，采取相 应的控制方法。

“九区图”的无功调节判据是一个与电压无关 的平行于电压坐标轴的固定边界线，而实际运行中 无功的调节对电压是有影响的，但在“九区图”中 无功的调节的边界竟然与电压状态无关，因此产生 一系列问题:

(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关系， 造成控制振荡、频繁动作问题。

(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性和不确定性， 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，难于区分哪一类效果更好。

(4) “九区图”中两类设备动作的先后顺序对 控制结果影响很大，如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“九区图”中只要进入第 0 区就不 会再有调节，可能造成系统长时间运行在电压、无 功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。

4.2 九区图的改进

电压无功综合控制策略应综合考虑变压器分 接头和电容器组调节过程中，所引起的系统电压无 功变化趋势以及其它一些相关的变化。近年来，针 对以上的一系列问题进行了改进(如采用 17 区域图 法、 模糊边界法等)， 虽然在一定程度上改善了控制 效果，但实际运行效果仍不太理想。

4.2.111 区图法

针对传统九区图法对于某些区控制结果产生 的振荡现象以及装置频繁动作的缺陷，增加了 2-3 和 6-7 这两个小区作为防震区，得到如图 A3 所示 改进的“九区图” 。当运行点位于 2-3(或 6-7 )小区 内时，控制策略为下调分接头降压(或上调接头升 压)。

4.2.2 13 区域图法

有人对九区图进行更细致的划分，提出了较图 A3 更加完善的改进九区图(实质为 13 区域图法)， 如图 A4 所示。

4.2.317 区图法 更为改进的策略是在九区图中再细分 8 个小区，采 用 17 区域图法的控制策略。如图 A5 所示。每个区 的控制方案可自动整定，也可手动整定，自动整定 可按五种方式进行:只考虑电压， 只考虑无功，电压 优先，无功优先，综合考虑。

由上所述可以发现，以上控制策略的改进以动 作区间的进一步细化为特点，然而这些改进的控制 策略存在一个普遍问题是控制为单向控制，认为其 设定的限值为恒定值，即未考虑无功调节对电压的 影响及其之间相互协调关系， VQC 一直使用这些定 值，这些定值与实际值的误差往往会导致装置的误 动作或控制振荡。

4.2.4 电压无功模糊边界调节

电压调节边界应该是相对固定的(各个负荷时 段可不同)， 无功调节边界应该是一个受电压状态影 响且在一定范围内服务于电压调节的一个模糊边 界。考虑到无功调节对电压产生的影响，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，就形成了模糊边界 的电压无功控制策略，如图 A6 所示。

5 结束语

我国目前各变电站的基础自动话层次不一的 情况下，实现全系统的集中优化控制难度还比较大。 采用并联分散控制虽然满足系统安全、稳定、经济运行的要求，但是采用专门的关联分散控制装置带 来投资成本的增加。同时，分散控制仍然是我国变 电站的主要控制方式。因此，如何实现全系统的集 中优化控制是我国未来变电站自动化建设上所需 要解决的问题。

变电站电压无功综合控制是一个多目标、多约 束的复杂的非线性控制问题。它受到电压、无功、 时间、负荷率、负荷电压静态特性、运行方式、有 载调压变压器分接头档位和电容器组状态等多种 因素的影响，其控制规律难以用精确的数学模型表 达。同时，作为变电站电压无功控制的两个主要手 段:运用有载调压变压器进行有载调压和运用并联 电容器组进行无功调节，不是独立的，他们之间存 在着一定的关联性，在有载调压的同时也会影响无 功，在无功调节的同时也会影响电压。现在，各种 智能算法已经与传统的“九区图”法相结合，提出 了各种改进的控制策略。但是，如何完全解决九区 图法的缺陷，还是需要进一步研究。

6 参考文献

[1] 厉吉文, 潘贞存. 变电所电压和无功自动调节判据的研究[J]. 中 国电力, 1995, 28(7): 12-15. LiJiwen, PanZhencun. Study and analysis onsubstation voltage and reactive power automaticregulating criteria[J]. Electric Power, 1995, 28(7):12-15.

[2] Civanlar S, Grainger J J. Volt/Varcontrol on distributionsystems with lateral branches using shunt capacitorsand voltage regulators[J]. IEEE

[3] Trans on PowerApparatus and Systems, 1985, 104(11)3291-3297. 庄侃沁,李兴源. 变电站电压无功控制策略和实现方式[J]. 电力系 统自动化, 2001, 25(15): 47-50. ZhuangKanqin, LiXingyuan. Strategies andimplemetationmodes of voltage and reactive powercontrol for substations[J]. Automation of Electric PowerSystems, 2001, 25(15): 47-50.

[4] 芦洪涛, 厉吉文. 通信技术在电压无功综合自动控制系统中的应 用[J]. 中国电力, 2005, 38(3): 43-46. LU Hongtao, LI Jiwen. Study and application ofcommunication technique in voltage and reactivepower integrated automatic control system[J]. ElectricPower, 2005, 38(3): 43-46.

[5] PanKe, HAN Xueshan. A reactive power optimizationmethod based on the decomposition andcoordination theory for AVC in power system[A].

[6] In:2004 International Conference on Power SystemTechnology[C]. 2004. 872- 875. 庄侃沁，李兴源.变电站电压无功控制策略和实现方式.电力系统 自动化，2001 25(15): 47^50. ZhuangKanqin; Li Xingyuan.Strategies and implementation modes of voltage and reactive power.Control for substation Automation of Electric Power Systems,2001 25(15): 47-50.

[7] 李升. 基于九区图的变电站电压无功控制策略研究[J]. 青海电 力, 2005, (02) .

[8] 阎振坤,厉吉文,李晓华. 基于模糊边界和双九区图的变电站电压 无功控制策略研究[J]. 继电器, 2005, (10) . YanZhenkun; LI Jiwen; Li Xiaohua.Study of voltage and reactive power integrative control strategy based on fuzzy boundary and double nine-area control method.Relay, , 2005, (10) .

[9] 段海峰,李兴源,宋永华.一种基于模糊逻辑的电压无功控制策略. 电力系统自动化,1997 21 C6: 23(26)-33. DuanHaifeng,LiXingyuan,Songyonghua.. A kind of logic voltage reactive control strategy based on fuzzy.Automation of Electric Power Systems,1997 21 C6: 23(26)-33.

[10] 杨争林, 孙雅明. 基于 ANN 的变电站电压和无功综合自动控制. 电力系统自动化, 1999, 23 (13) Yang Zhenglin, Sun Yaming. Synthetic and Automatic Control of Substation Voltageand Reactive Power Based onANN. Automat ion of Electric Power Systems1999, 23 (13)

[11] C.C.LiuandKTomovic,"An expertsystem assisting decision-making ofreactive

[12] power/voltagecontrol,IEEE Trans. on PowerSystems,Vo1.1,No.3,August 1986,pp.195-293. 苏永春,陈星莺,刘存凯.基于遗传算法的变电站电压无功综合控 制.继电器，2002 30 (12 ) : 11-14. Su

[13] Yongchun,ChenXingying,LiuCunkai.Reactive power/voltage control in the substation based on GA.Relay, 2002 30 (12 ) : 11- 14. 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, (06) . Yu Tao, Zhou Bin.A survey on voltage/reactive power control strategy for power systems.Relay,2008, (06) .