1 引言

在電力系統中，異步電動機和變壓器等設備要消耗大量的無功功率。這些無功功率如果 不能及時地得到補償的話，會對電網的安全、穩定運行產生不利影響。提高電網功率因數， 確保供電質量和電網運行的經濟性具有重要的現實意義。

晶閘管投切電容器（thyristor switched capacitor，TSC）是一種并聯的晶閘管投切的電 容器，通過對晶閘管閥進行全導通或全關斷控制，可階梯式改變其等效容抗。它通常由多個 并聯的電容器支路組成，每個支路都由設有觸發角控制的晶閘管閥來投切，從而達到階梯式 改變注入系統無功功率的目的。對TSC 的控制策略[2-3]，目前工程上廣泛采用的是九區圖控 制法[4]，該方法沒有考慮電壓與無功的相互影響，控制方法比較簡單粗糙，存在控制性能不 好，投切振蕩等問題。

2 TSC 的基本原理

單相的TSC 的基本結構如圖1 所示，它由電容器、雙向導通晶閘管（或反并聯晶閘管） 和阻抗值很小的限流電抗器組成。限流電抗器的主要作用是限制晶閘管閥由于誤操作引起的 浪涌電流，而這種誤操作往往是由于誤控制導致電容器在不適當的時機進行投入引起的。同 時，限流電抗器與電容器通過參數搭配可以避免與交流系統電抗在某些特定頻率上發生諧 振。TSC 有兩個工作狀態，即投入和斷開狀態。投入狀態下，雙向晶閘管（或反并聯晶閘 管）導通，電容器（組）起作用，TSC 發出容性無功功率；斷開狀態下，雙向晶閘管（或 反并聯晶閘管）阻斷，TSC 支路不起作用，不輸出無功功率。在工程實際中，一般將電容 器分成幾組，每組都可由晶閘管投切。這樣可根據電網的無功需求投切這些電容器，TSC 實際上就是斷續可調的發出容性無功功率的動態無功補償器。

3 九區圖控制法原理及缺點

傳統的無功補償九區圖控制法如圖 2 所示：

九區圖控制原理存在的問題主要是：控制策略是基于固定的電壓無功上下限而未考慮無 功調節對電壓的影響及其相互協調的關系；用于運算分析的信息有分散性、隨機性的特點， 造成了控制策略的盲目和不確定性，實際表現為設備頻繁調節。當系統運行于第7 區的運行 點①時，無功合格、電壓偏低，這時應該是調節變壓器分接頭，使電壓升高。可是電壓和無 功是相互影響的，電壓升高，功率因數會變大，這時運行點有可能進入1 區在②點運行。此 時，電壓合格、無功越下限，應該切電容，如果這時己經沒有電容器可切除則降低電壓，這 樣又會影響電網中的無功功率，有可能使運行點回到①點。因此會造成升壓→降壓→升壓→ 降壓……,這樣的操作指令，使運行點在1 區和7 區之間來回振蕩。另外，相似的情況在運 行點③和④之間也存在。

4 模糊控制策略

4.1 模糊控制器的結構

本文采用的模糊控制器[5]的結構如圖3 所示，選擇電壓偏差△U 及無功偏差△Q 作為模 糊控制器的輸入變量，選擇無功功率的補償量△C 作為模糊控制器的輸出變量，從而構成2 輸入單輸出的模糊控制系統。

4.2 輸入∕輸出變量模糊化

4.3 模糊控制規則

模糊控制規則可以用如下模糊語句的形式來描述：

結合實際工作人員的經驗，可以得到模糊控制器的控制規則表，如表1 所示。

4.4 模糊推理

確定了模糊推理系統的模糊輸入變量，輸入變量的隸屬度函數和控制規則，就可以對模 糊推理系統進行模糊推理。本文采用Mamdani 推理法。Mamdani 推理法是一種在模糊控制 中普遍使用的方法，在本質上是一種合成推理方法。Mamdani 模糊蘊含關系A→B 用A 和B 的直積表示，即有：A→B=A×B，即R(u,v)=A(u)∧B(v)。

4.5 解模糊

在得到模糊關系矩陣之后，將輸入變量的向量和關系矩陣運算，可以得到輸出量的模糊 子集。將輸出量的向量通過非模糊的方法，可以計算出輸出量模糊論域中的一個值，建立控 制表。本文采用了重力中心法對被控量進行解模糊。其計算方法為：

5 仿真及分析

利用MATLAB 里的模糊邏輯工具箱[6]，按上述步驟建立一個模糊推理系統，并使用 simulink 建立一個系統仿真模型。用兩個隨機信號（Random Number）來模擬模糊控制器的 兩個輸入變量電壓偏差△U 及無功偏差△Q，其輸出為電容器組的投切數量。仿真波形如圖 4 所示。

分析如下：

當t=0.4~0.5 秒左右時，電壓偏差是負小，無功偏差為零，電容器組投切量基本為0。 因為這種情況基本屬于電壓、無功合格區，所以電容器組不動作。

當t=0.7～0.8 秒左右時，電壓偏差是正大，無功偏差是正大，投電容器量是正中的，因 為無功偏差是正大的，通過投電容器可以降低電網無功，但考慮到電網電壓偏差很大，所以 投電容器量沒有選擇是最大的。

當t=2~2.1 秒左右時，電壓偏差為零，無功偏差為正大，投電容器組的量為正大。因為 無功偏差為正大，即需要補償大量的感性無功，通過投電容器組，可以補償感性無功，提高 電網的功率因素。

當t=2.8~2.9 秒左右時，電壓偏差正小，無功偏差負大，切電容器組的量為負大。因為 無功偏差是負大的，通過切電容器可使無功變大，在無功偏差與電壓偏差相比時，本控制策 略更偏重于對無功的補償，因為提高電網中的功率因數可以使電能質量大大提高。

6 結論

本文通過對傳統九區圖控制法的分析，指出其缺點，研究了電壓無功綜合控制的模糊推 理系統。并使用MATLAB 進行輔助設計，由仿真結果可知，該模糊推理器對于電容器的綜 合控制己經達到了要求。

本文創新觀點：采用模糊控制算法實現TSC 無功補償的控制，與傳統九區圖控制 法相比，具有很大的優越性，該控制系統減少了電容投切次數，增加了系統的穩定性。