【摘 要】 從應(yīng)用角度出發(fā)，嘗試將模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制原理應(yīng)用在中壓無(wú)功補(bǔ)償控制中，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和記憶功能來(lái)調(diào)節(jié)模糊控制的自適應(yīng)性和魯棒性，從而來(lái)克服SVG系統(tǒng)中存在的電容器反復(fù)投切所引起的電網(wǎng)信號(hào)的波動(dòng)，減少投切諧波，提高控制精度。同時(shí)也控制電壓分接頭的投切次數(shù)，來(lái)保護(hù)分接頭開(kāi)關(guān)，延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)的使用壽命，減少系統(tǒng)的維修成本。針對(duì)電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)，確定了模糊控制的輸入輸出隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則，并引入BP網(wǎng)絡(luò)來(lái)調(diào)節(jié)隸屬度函數(shù)和控制規(guī)則，對(duì)電壓和無(wú)功的雙重控制，達(dá)到對(duì)電壓和無(wú)功補(bǔ)償?shù)哪康?，從而提供更高質(zhì)量的電能。并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)仿真，將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，證明模糊控制理論在無(wú)功補(bǔ)償控制中的應(yīng)用是可行可靠的。 關(guān)鍵詞 無(wú)功補(bǔ)償 功率因數(shù) 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制 1 引言 隨著世界能源問(wèn)題的日趨嚴(yán)重化，減小電力系統(tǒng)的無(wú)功損耗是電網(wǎng)充分節(jié)約電耗的重要措施；同時(shí)，無(wú)功功率對(duì)于調(diào)節(jié)電壓的穩(wěn)定，保障高質(zhì)電能的供應(yīng)也具有重要的決定意義，對(duì)于電網(wǎng)硬件設(shè)備的經(jīng)濟(jì)效益也有重要的影響。所以無(wú)功補(bǔ)償對(duì)目前電力系統(tǒng)意義重大。 目前主要應(yīng)用的補(bǔ)償控制器是SVG，其具有優(yōu)良的性能。但是SVG在控制過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)電容器和電壓分接頭的頻繁投切，頻繁地投切電容產(chǎn)生大量的投切諧波，使系統(tǒng)變得不穩(wěn)定。而且，有載變壓器的損壞80％是由變壓器電壓分接頭的開(kāi)關(guān)引起的，電壓分接頭開(kāi)關(guān)損壞維修十分困難，維修成本高，對(duì)系統(tǒng)的影響也很大。因此，采用更加有效的控制方式、提高投切的精度、減少器件的投切次數(shù)，特別是減少電壓分接頭的投切次數(shù)，是十分有意義的。為此引入了模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制理論。 常規(guī)模糊控制器的模糊控制規(guī)則是通過(guò)總結(jié)手工操作者或該領(lǐng)域?qū)＜业目刂撇呗浴⒔?jīng)驗(yàn)及知識(shí)而制定的，在整個(gè)控制過(guò)程中固定不變。這使得模糊控制規(guī)則不可能確切反映被控對(duì)象的實(shí)際情況。因此，常規(guī)模糊控制器對(duì)于那些嚴(yán)重非線性的復(fù)雜被控對(duì)象不能取得優(yōu)良的控制效果。人工神經(jīng)具有較強(qiáng)的自學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力，利用單個(gè)神經(jīng)元在線調(diào)整其模糊控制查詢表，即間接調(diào)整了控制規(guī)則，又對(duì)丟失的信息進(jìn)行了補(bǔ)償，因此可增強(qiáng)控制系統(tǒng)的魯棒性、自適應(yīng)能力和提高控制精度，使系統(tǒng)性能不斷完善。 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在模糊控制器中的應(yīng)用有三種方式：①利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動(dòng)模糊控制器。②利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)記憶模糊控制規(guī)則。③利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模糊控制器的參數(shù)。這樣，控制系統(tǒng)可以直接從經(jīng)驗(yàn)中獲取知識(shí)，自動(dòng)建立模糊規(guī)則和隸屬函數(shù)，只需通過(guò)在線計(jì)算，便可得到控制器輸出，節(jié)省了內(nèi)存，提高了運(yùn)行速度。 2 并聯(lián)電容無(wú)功補(bǔ)償?shù)脑砑艾F(xiàn)狀 在實(shí)際電力系統(tǒng)中，大部分負(fù)載為異步電動(dòng)機(jī)。包括異步電動(dòng)機(jī)在內(nèi)的絕大部分電氣設(shè)備的等效電路可看作電阻R與電感L串聯(lián)的電路，其功率因數(shù)為 3 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 系統(tǒng)說(shuō)明 該系統(tǒng)針對(duì)我國(guó)目前網(wǎng)損消耗最大的10kV等級(jí)的電網(wǎng)應(yīng)用來(lái)進(jìn)行研究?？刂葡到y(tǒng)采用九區(qū)域控制圖，如圖2所示。 其中0區(qū)（由電壓上下限和無(wú)功上下限圍成）是穩(wěn)定的工作區(qū)間，也是目標(biāo)區(qū)。周?chē)陌藗€(gè)區(qū)都要經(jīng)過(guò)無(wú)功補(bǔ)償系統(tǒng)對(duì)其發(fā)出各種控制命令，調(diào)節(jié)電容器和電壓分接頭的投切，從而進(jìn)入0區(qū)，即穩(wěn)定區(qū)。外圍八個(gè)區(qū)工作狀態(tài)及系統(tǒng)將發(fā)出的控制命令分別如下： 1區(qū)——電壓偏低，無(wú)功補(bǔ)償不足；首先發(fā)出投入電容器的指令，投入電容器組，后發(fā)升壓指令，即調(diào)節(jié)主變壓器分接頭。 2區(qū)——電壓正常，無(wú)功補(bǔ)償不足；發(fā)投入電容器的指令，電容器組投完后如果還在該區(qū)，則維持并發(fā)報(bào)警信號(hào)。 3區(qū)——電壓偏高，無(wú)功補(bǔ)償不足；先降壓檔位調(diào)節(jié)指令，當(dāng)變壓器檔位調(diào)到下限位置后，仍在該區(qū)，則強(qiáng)切電容器組，并發(fā)報(bào)警信號(hào)。 4區(qū)——電壓偏高，無(wú)功補(bǔ)償正常；先發(fā)降壓檔位調(diào)節(jié)指令，當(dāng)變壓器檔位調(diào)到下限位置后，仍在該區(qū)，則強(qiáng)切電容器組，并發(fā)報(bào)警信號(hào)。 5區(qū)——電壓偏高，無(wú)功補(bǔ)償過(guò)剩；先切電容器組，后發(fā)降壓檔位調(diào)節(jié)指令。仍在該區(qū)，報(bào)警。 6區(qū)——電壓正常，無(wú)功補(bǔ)償過(guò)剩；先切電容器組，后升壓。若電容器組切完后仍在該區(qū)，則維持，并發(fā)報(bào)警信號(hào)。 7區(qū)——電壓偏低，無(wú)功補(bǔ)償過(guò)剩；先發(fā)升壓檔位調(diào)節(jié)指令，當(dāng)變壓器檔位調(diào)到上限位置后仍在該區(qū)，則強(qiáng)投電容器組，并發(fā)報(bào)警信號(hào)。 8區(qū)——電壓偏低、無(wú)功補(bǔ)償正常；先升壓檔位調(diào)節(jié)指令，當(dāng)變壓器檔位調(diào)到上限后仍在該區(qū)，則強(qiáng)投電容器組，并發(fā)報(bào)警信號(hào)。 系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)采用DSP芯片，TMS320C2407為控制核心，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。 3.2 模糊控制規(guī)則的確定 在電力系統(tǒng)中，無(wú)功變化和電壓變化也相互影響，因此在制定模糊控制規(guī)則時(shí)也必須考慮。式（3）給出了無(wú)功補(bǔ)償量對(duì)電壓的影響 將輸入變量電壓誤差△U和無(wú)功誤差△Q分別用輸入語(yǔ)言變量E，F(xiàn)表示。將不同區(qū)域的電壓和無(wú)功誤差分別用數(shù)字值加以表示，如負(fù)數(shù)表示電壓偏低或者無(wú)功不足。選定E（F）的論域?yàn)閄（Y）＝{－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3}，為語(yǔ)言變量取7個(gè)語(yǔ)言值：PB，PM，PS，0，NS，NM和NB。將輸出電壓U和電容Qc分別用輸出語(yǔ)言變量M，W表示。選定P（Q）的論域?yàn)镸（W）＝{－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3}，為語(yǔ)言變量取7個(gè)語(yǔ)言值：PB，PM，PS，0，NS，NM和NB。其隸屬度函數(shù)均采用高斯函數(shù)表示。根據(jù)專家的經(jīng)驗(yàn)，得出表1，表2所示條件語(yǔ)句構(gòu)成的控制規(guī)則。 3.3 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器 圖4給出了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊控制器的簡(jiǎn)圖。其中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)一方面來(lái)控制輸入量的運(yùn)算，一方面來(lái)調(diào)節(jié)模糊控制規(guī)則的隸屬度函數(shù)，從而對(duì)控制變量起到調(diào)節(jié)作用。其中的網(wǎng)絡(luò)均采用BP網(wǎng)絡(luò)。 4 實(shí)驗(yàn)仿真 根據(jù)某容量為30Mvar的民用變電站的參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)及國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）的標(biāo)準(zhǔn)，10kV最高偏壓不得高出500V，調(diào)整后的功率因數(shù)不應(yīng)該低于0.85，試驗(yàn)確定調(diào)解范圍為：電壓［－250，500］，功率因數(shù)角的臨界值為15°。對(duì)一相電壓和功率因數(shù)進(jìn)行采樣試驗(yàn)仿真，得到補(bǔ)償后的結(jié)果并與理論結(jié)果進(jìn)行比較。圖5給出了變量隸屬度函數(shù)的調(diào)節(jié)對(duì)比，圖5a，5c為原隸屬度，圖5b，5d為調(diào)解后的隸屬度?？梢钥闯錾窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)了隸屬度函數(shù)的賦值范圍，使模糊控制更能動(dòng)態(tài)準(zhǔn)確地描述跟蹤系統(tǒng)變量之間的變化關(guān)系。表3列出了實(shí)驗(yàn)仿真的補(bǔ)償結(jié)果數(shù)據(jù)與理論計(jì)算的補(bǔ)償結(jié)果的對(duì)比，可以看出實(shí)驗(yàn)補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)果和理論數(shù)據(jù)還是比較吻合的，由此得出，采用模糊控制方式對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功補(bǔ)償取得了比較理想的效果。 注：表中星號(hào)“*”表示超出控制要求范圍的數(shù)值；橫線“—”表示無(wú)數(shù)據(jù)。 5 結(jié)束語(yǔ) 本文從理論與試驗(yàn)討論了模糊神經(jīng)控制在電力系統(tǒng)無(wú)功補(bǔ)償中的應(yīng)用，對(duì)于靜止無(wú)功補(bǔ)償器的控制方式是很大的改進(jìn)。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制使得控制更加簡(jiǎn)潔便利，通過(guò)在線調(diào)整控制規(guī)則和隸屬度函數(shù)，更加精確了控制變量的精度，減少了電子器件的投切次數(shù)，從而既保護(hù)了元件，又較大地減少了由于投切而引起的電量的波動(dòng)，使控制器有了重大的改觀。實(shí)驗(yàn)表明，該系統(tǒng)比傳統(tǒng)SVG控制精度提高10％左右，控制時(shí)間減少1/15，同條件下電容器和分接頭的投切次數(shù)分別減少10％～15％。相比較傳統(tǒng)的SVG而言，引進(jìn)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制方式后系統(tǒng)更快速更準(zhǔn)確，同時(shí)也具有更好的動(dòng)態(tài)特性。