专利名称：电压或无功控制方法及其控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制电力系统电压或无功的方法和装置。
控制电力系统电压的一种方法是采用带分接头的变压器，这种方式特别适用于高电压控制。这种分接头变压器的输出电压取决于滑动分接头的位置，而该分接头在变压器输出绕组上的定位是由一个适用的控制器决定的。由于涉及到高电压，每次当分接头移动时会有某些损耗，因此通常希望尽可能较少地移动分接头，另一方面，又需要移动分接头以改变变压器的输出电压。业已周知，根据“升高”或“降低”的命令对一带负荷电压调节器和一个带负荷改变分接头的变压器进行自动控制，以维持系统电压在一预定水平。这种方法的一个实例披露在“日立评论”(HITACHI REVIEW)上(71卷3号，54到56页)。在这个实例中进行如下的操作。
例如，系统电压的现在值每100毫秒检测一次，由下面式3所表示的在1式的电压值与2式定义的一参考电压(目标电压)之间的偏差是根据公式4确定的，V3的值对T进行积分。
公式1
VAD＝V1(1)公式2VS＝V2(2)公式3△V＝V3(3)公式4△V(%)= (VAD-VS)/(VS) ×100 (4)公式5∫fh+rth△Vdt＝V4(5)这个积分结果与积分常数(积分时间整定值×10%)进行比较以决定是否需要发出一升压或降压命令来移动分接头变压器的抽头。
如果电压控制是理想的，在恒定的时间段(30分钟)中的平均电压总是在参考电压V2的一个控制范围(±2%)之内;而分接头改变的频率也在一预定值之内(每天50次)。前者代表着系统电压的控制目标，而后者是由改变分接头机构的寿命所决定的。
如果该设备的不灵敏区(该设备可运行的最小偏差V3)以及该积分时间的整定是不正确的，则该控制目标就不能达到，或者使分接头换接的频率过高。因此，为了控制灵敏度，已有的设备可根据前一天的工况，例如以30分钟平均电压和每天分接头改变的频率为基础，每天自动地改变一次不灵敏区和积分时间。
在控制系统中采用模糊逻辑也是周知的方法。模糊逻辑根据定性的而不是定量的函数关系寻求实现计算机控制，因而它更接近于人对于一个特定的控制问题所采取的方法。模糊逻辑系统可按照事先确立的控制模式建立起来运行，或者按照该模糊逻辑系统在其运行期间所开发出的模式来运行。
例如，JP-A-3-0085491披露了一个反应堆的控制，其中反应堆内部的工况输入到模糊逻辑控制器中，然后控制器对控制棒的移动速度和位置进行控制，以便使反应堆的出口温度尽可能接近于一个控制目标温度。
同样，一篇由D.Chni等人在1990年8月19日至24日的P.S.C.会议上提交的题为“采用模糊堆理进行电力系统控制”的文章也提出应用模糊逻辑进行电压控制。
如上所述，在控制一台带分接头的变压器时有两个控制目标，即控制系统电压接近该目标(参考)电压以及控制该分接头换接机构，以保证其较长的使用寿命。在已有的系统中，提出了一种自动改变值的功能，在该设备中自动确定整定值(不灵敏区或积分区间)。这种改变定值功能最多大约每天改变一次。如果需要改善电压质量，每天分接头变化的频率增加，则带分接头换接变压器的寿命会急剧缩短。反之，如果分接头变化的频率减少，电压质量会恶化(V3的绝对值增大，30分钟平均电压与参考电压之间的偏差增大，或者系统电压大大波动)。
在上面提及的D.Chni等人所发表的文章的讨论中曾提到，分接头变压器可以用于控制电压，但是在对参考电压控制的精度和分接头换接机的寿命之间有矛盾的问题没有被考虑到，因此，本发明考虑了这两个显然矛盾的控制目标，并提出采用模糊逻辑以提供最优控制。
应当注意到，这两个已知的系统都致力于电压控制，但是也有可能以无功功率为基础进行控制，因为在电压和无功之间存在有一定关系。
因此，按照本发明，采用模糊逻辑，根据监测实际电压和参考电压的差别然后通过一控制策略对系统进行控制，从而实现了电压或无功的控制，它既考虑到了电压差也考虑到了所要求的分接头变化的最大频率。
按照本发明的第一个方面，该控制以下面的公式为基础∫AC△Vdt≥B式中t是时间△V是电压差
A、B和C是由模糊逻辑而改变的参数。
按照第二个方面，一个与电压差值具有一预定关系的控制信号，例如在“日立评论”中提及的已知系统的信号，乘以一个系数，该系数由模糊逻辑来确定。
这样，通过采用上面的函数进行积分，本发明可以决定是否发送一个升压或降压命令给一个电压调节器(例如一台分接头变压器)，该函数的若干参数在模糊逻辑的控制之下。
因此模糊逻辑可以分析减少分接头换接频率和改善电压控制精度的相互矛盾的需要，并且可以依据更广范围的考虑，改变本发明所实现的控制。例如，该参考电压(控制电压)可能随时间而变化，于是模糊逻辑可提供适当的控制，保证在参考电压变化的时刻使实际电压尽可能快地改变，而不会有过多次数的分接头改变。因而，在参考电压改变时，模糊逻辑可以在该变化之前使电压以大于通常允许的变动值偏离该参考电压，假定参考电压发生变化时该电压一定会朝着该方向出现这样一个变动。
本发明也允许电压的控制考虑到比在已知的系统中所能考虑的更多的因素。例如，在前已提及的“日立评论”中的系统内，只能监测电压在一预定期间内的变动，而对本发明来说，模糊逻辑可以考虑到绝对时间(即一日中的时间，周，月，季)，和/或实际电压相对于参考电压在一个比积分区间还长的时间段内的变动趋势。这样，如果电压有一个总的变化趋势，则可以对它进行控制而不依赖于较快的电压波动。也可能考虑在不同的时间段中对电压差进行积分，以检测快速的变化、缓慢的变化，等等。
本发明涉及到本发明方法和装置两个方面。如上所述，本发明主要着重于电压控制方面，但也可以很容易地适用于无功功率控制。此外，尽管本发明的导出特别着重于分接头变压器的控制，但并不局限于这种控制，也可用于其它电气系统的控制。
在上面有关本发明的讨论中，假设模糊逻辑操作所依据的规则是确定的。然而，也可能对本发明所实现的电压或无功控制的结果进行监测，并对该控制的有效性作出评估。这样，如果有必要的话，可以修正控制条件以便于改进控制策略。这种修正可以借助于模糊逻辑技术来实现，从而应用本发明的系统可以表现出一种学习功能，使得系统的性能与其设计者原来设下的性能相比有所变化。
现在对本发明的实施方案进行详细叙述，作为实例，将参照附图来说明，其中，
图1是表明本发明第一实施例采用模糊推理装置的方框图;
图2是表示图1装置中数据输入的示意图;
图3是表明偏差积分的示意图;
图4是表示设定参考电压(目标电压)的一个实例的示意图;
图5是表示图1装置运行特性的一个实例的曲线图;
图6是表示改变已知装置设定值的一个实例的图表;
图7是表示该第一实施例的装置硬件的方框图;
图8是表示该已知装置功能的方框图;
图9是表示该控制规则结构的示意图;
图10是表示用于改善电压特性规则的图表;
图11是表示用于减少分接头改变频率规则的图表;
图12是表示输入变量和输出变量第一种可能的隶属的示意图;
图13是表示输入变量和输出变量第二种可能的隶属函数的示意图;
图14是表示输入变量和输出变量第三种可能的隶属函数的示意图;
图15是表示目标电压和输入变量的隶属函数的示意图(该区间直到该目标电压切换时间为止);
图16是表明该控制规则的图表;
图17是用来解释模糊推理操作的图表;
图18是表示按照本发明的一种方法构成的一个实施例功能方框图;
图19是一个(系数校正型)方框图，表示按照本发明另一个实施例的一个可适应型(学习型)装置的框图;
图20是表示该控制性能评估功能的方框图;
图21是表示该控制性能评估功能的一种改型的另一个方框图;
图22是表示另一个可适应型(学习型)装置的方框图;
图23是表示一种模糊推理直接驱动型装置的方框图;
图24是另一个实施例的方框图，其中本发明应用于无功功率控制。
现在参照图1至18叙述本发明的第一实施例。
图1表示本发明用于系统电压控制装置的第一实施例。该装置的描述将主要着重于功能方面，采用适当的硬件和软件部分来实现这些功能。本装置的构成为使其具有下列功能元件(1)一个偏差分功能元件1000，用于将输入到该装置中的系统电压V1与一个恒定时间段的参考电压V2之间的偏差V3进行积分，这个功能在先有技术中是周知的;
(2)一个系统电压状态估计功能元件2000，用于识别能够改善电压特性的特征以及减少带分头调压变压器分接头切换频率的特征;
(3)一个积分常数校正值推导功能元件3000，由系统电压状态估计功能元件得出的结果作为输入量，按照积分常数校正规则采用模糊推理推导出积分常数校正值(以后将更详细地叙述)，该规则表明在该状态估计结果与该积分常数校正值之间的关系;
(4)一个判断功能元件4000，用于判断该分接头的切换是否是必要的;这是以由该推导功能元件3000得到的校正值作为条件的;
(5)一个被控制的带负荷改变分接头变压器(LRT)5000。
在叙述该偏差积分功能元件1000之前，首先简要介绍一下已有的数字型电压调节继电器。
在已知的数字型电压调节继电器中，该带负荷电压调节器或带负荷改变分接头变压器(LRT)自动地对一升压或降压命令作出响应，以使该系统电压可维持在一预定的参考电压(V2)。这一操作按如下顺序完成。
首先，该系统电压的有效值例如每100毫秒测定一次。然后该有效值V1和该参考电压V2之间的差值V3由公式4确定，并且按公式5表示的进行积分，得到V4值。
图2表示出一个数据处理的例子。在这个例子中，对应于输入电压的数据在第一个时间区段中被输入六次，每个区段为100毫秒，因此数据输入的时间间隔是3.33毫秒。于是可求得这六个数据中的四个输入电压的平均值，这四个数据是从六个数据中去掉最大值和最小值后得到的，这个平均值称之为“有效值的平均电压V1”。
图3接着示出了该积分过程。
图4表示参考电压V2，它是对每一时间段设定的，例如把一天分为十二等分。
该积分结果(V4)和该积分常数(＝该积分时间整定值×10%)进行比较以决定是否需要发出升压降压命令。因此，该动作时间特性如图5所示。在图5中，曲线(a)绘出了对应于一个8.0秒的动作时间值和一个1.0%的不灵敏区地实例;而曲线(b)绘出了对应于20.0秒动作时间定值的动作时间特性和1.6%不灵敏区的实例。该动作时间T(秒)由下式表示公式6动作时间T(秒)＝ (积分时间整定值(秒)×10%)/(偏差△(%)) (6)该不灵敏区整定值表明这个装置可能运行的偏差V3的最小值。
因此，从图5的动作时间特性曲线上显而易见，当线路电压(该输入电压V1)相对于该参考电压V2有一个大的波动时(对应于该偏差V3高的情况)，这种装置反应较快;而当线路电压相对于参考电压V2有一个小的波动时(对应于偏差V3低的情况)，该装置响应较慢。这种积分特性对于控制该系统电压，即带负荷改变分接头变压器LRT是最重要的。
如果在这样一个装置里该不灵敏区的整定和该积分时间的整定是不正确的，则对于一恒定的时间区间(30分钟)的平均电压可能超出该参考电压的控制范围(±2%);或者该切换频率可能变得过高。因此，在一已知的数字型电压调节继电器中，该不灵敏区和积分时间的控制，即灵敏度控制靠增设一个自动定值改变功能元件每天执行一次，如图6所示。图6表示出在各个情况下灵敏度控制的实例。
图7表明该第一实施例的装置硬件框图结构的示例。在图7中，框“A-D变换”相应于一个模拟/数字变换器;框“ROM”相应于一个程序存储器;框“RAM”相应于一个数据存储器;框“Mi-con”相应于一个微计算机。此外，框“PT”相应于一个电压互感器(也可参见图1)。
在该装置中，数据通过图7所示的电压互感器PT输入，并由整流器转换为一有效(模拟)值。然后，这个模拟值由该A/D变换器转换为一数字值，这个数字值输入到微机(“Micon”)中。然后，该微机接收在图2中表示的数据并执行在图3中表示的积分计算，即该偏差积分(V4)以及在上述偏差积分值和该积分常数(该积分时间整定值×10%)之间的比较。
图8是表示上述已知装置的控制系统的方框图。在图8中，该状态估计单元输入该控制对象(例如在本实施例中的分接头切换变压器)的输出电压V1(作为一模拟值)，并把它转换为一个数字值，以便由图4中所示的参考电压V2确定该差值V3(＝V1-V2)。
该线性运算单元执行下面的(线性)处理V4≥积分常数(积分时间整定值×10%)。
根据上述处理结果，将一个控制u(例如对该分接头切换变压器的分接头切换的升高或降低命令)发送给该控制对象。
在图示的配置中，该控制对象是一台分接头切换变压器LRT。这台变压器包含一个马达驱动的操作机构用于分接头的切换。
转回到图1，现在将要描述该偏差积分功能元件1000。这个功能元件与上述装置中的元件完全相同。因此，图1表示出一个输入单元1000，由一个辅助的电压互感器(例如把110V变换到10V)，一个整流单元用来把一交流量整流成一个有效的模拟值，以及一个将该模拟值变换为一个数字值的A/D变换器所组成。图中也示出了一个功能元件110(一个存储器)用来为图4所示的参考电压值V2编制程序，一个功能元件120，用来检测该偏差V3(＝V1-V2)，以及一个用于偏差积分(V4)的功能元件130。
下面将详细描述该系统电压状态估计功能元件2000，以及该积分常数校正值推导功能元件3000，和考虑到该校正值的分接头切换恰当性判断的功能元件4000。
首先，将叙述系统电压状态估计的功能元件2000。先有技术的装置只采用电压状态偏差V3(＝V1-V2)，如图8所示，但本发明也估计了下列各项(内容)的状态，例如(a)偏差积分值公式7Vh＝V5(V4) (7)(只有这一项是和已有装置的项相同。)(b)偏差积分值的变动方向公式8
△Vh/dt＝Vb(8)(c)此刻的电压波动方向公式9△V/dt＝VT(9)(d)时间区间，直到参考电压V2的切换时刻，以及该参考电压的升高或降低方向，(无论VS将要升高或降低)(e)30分钟平均电压V30与参考电压的偏差及波动方向公式10△V30/dt＝VS(10)(f)分接头切换频率(即直到今天当前时间为上以及前一天的分接头切换频率)(g)30分钟平均电压V30对于前一天电压偏差的最大值(h)1或5分钟的平均电压V10或V50的偏差(对参考电压)及变动方向公式11△V10/dt＝V9(11)公式12△V50/dt＝V10(12)(i)参考电压值(在每一时刻)下面，将描述积分常数校正值推导的功能元件3000。这个功能元件采用模糊推理确定了积分常数校正值Kf。这个推导功能元件3000的子功能元件将在后面讨论。Rf值被确定后，判断功能元件4000执行下面的公式以判断分接头改变(在后面叙述)的正确性(用于灵敏度控制)。
公式13∫tn+rtn△Vdt≥k·kf式中K积分常数Kf积分常数校正值。
①这样就存在着几种可能性，取决于Kf＞1.0时，该装置与先有技术的已知装置相比，动作的可能较小。因此，在这种情况下，分接头切换频率由于灵敏度降低而减小。
②当Kf＝1.0时，该装置以与已知装置同样的方式运行。
③当Kf＜1.0时，该装置比已知的装置更可能动作(用于快速动作)。因此在这种情况下，电压特性得到改善，并且分接头切换频率由于灵敏度提高而增大。
下面，将要叙述通过模糊推理来确定该积分常数校正值Kf的一个示例。首先介绍模糊理论。模糊理论(含糊的理论)具有这种特点，它可以描述一种基于专家的“观念和经验”的模糊控制方法，以控制规则的形式(“如果～，那末～。”(前提和结果命题)，它对于通常测量较为困难的情况可以把人的判断综合进去，用于控制操作。
已知的计算机控制(已知的电压调节继电器)通过选择来自控制对象的数据并使其量化，(分接头切换变压器的输出电压)并且根据该控制对象准备一个该系统的模型，以此来设计控制器并识别参数。操作量是根据该控制器的少量的定量输入由控制操作决定的。
与之相反，模糊控制是根据实际地估计伴随该控制对象的模糊性以及定性地确定该系统的特性来设计控制规则。通过采用许多控制规则，使得若干个输入数据能集中起来以便确定运行特性(在本实施例中的积分常数校正值Kf)。
只要了解对于该控制操作采用哪个控制规则以及多少控制规则被用来确定该运行特性，就很容易实现在该控制规则中的某些改变，即通过研究提高了控制水平。
另一方面，模糊理论允许“模糊性”的应用，它的出现是由于人的主观性，以模糊集理论为基础。一个模糊集具有一个不明确的边界，并且是若干元素的集合。借助于一隶属函数表示该集的隶属比例。这个隶属函数取0到1的值，该值称之为该集的隶属度(级)。这种表示法可以使其成为不明确的，只要使得该级相当于一个含糊的程度(当该值为“1”时，该级相当于完全对应;当该值为“0”时，该级相当于无对应关系;当该值在“0”和“1”中间时，该级具有一相应的对应关系)。
因此，模糊理论借助于一个隶属函数包含有用数量表示言语的模糊性。结果，人的知识例如观念和经验可以用常见的形式来处理，根据不同类别知识的情况实现均衡的综合评价，并利用与该知识不一致的资料进行分析判断。
模糊推理利用称之为隶属函数和推理规则的知识。例如在本实施例中，该隶属函数用来确定分接头切换频率是高还是低。该推理规则由一前提命题和一结果命题组成，如图9所示，该规则描述在该目标范围内专家的知识(在本实施方案中，即减少分接头切换的频率和改善电压特性，即实际电压与参考电压之间的关系)。然而，该专家知识并不是定是量的，而包含着不明确性，因此由一个专家把知识容易地表达出来，这已足够定性了。
图10表示一个用来改善电压特性的规则实例。此外，图11表示一个减少分接头切换频率的实例。下面叙述的将这个例子与图9所示的该控制规则的结构进行比较。
“如果X1＝A1并且X2＝A2，则u＝B”中的各个变量对应于图10的下列规则1X1(输入变量)30分钟平均电压A1(模糊变量)在正向侧大X2(输入变量)偏差积分值A2(模糊变量)在正向侧大u(输出变量)控制系数(积分常数)校正值B(模糊变量)小此外，对于图10的规则2，各变量对应如下X1(输入变量)目标电压A1(模糊变量)升压时间(距该时间有多近)X2(输入变量)偏差积分值A2(模糊变量)在负向侧大X3(输入变量)电压皮动方向A3(模糊变量)在负向侧大u(输出变量)控制系数B(模糊变量)小图11的规则以同样的方式相对应。
图12表示对于30分钟平均电压偏差的隶属函数的一个例子。
图13表示分接头换接频率的隶属函数的一个例子;图14表示该积分常数校正值的隶属函数的的一个例子。
另一方面，图15以对应于该参考电压VS的方式表示直到该参考电压变化时间为止的该时间区间的隶属函数的一个实例。
下面将要应用模糊推理来描述根据已知的“最大组合重心计算”方法来确定该积分常数校正值Kf的一个例子。将讨论相应于执行图16中所示的两个规则的实例以便于说明。图17中所示的规则的构成对应于图9中规则的结构，如下所示。
规则1X1(输入变量)30分钟平均电压
A1(模糊变量)在正向侧大X2(输入变量)偏差积分值A2(模糊变量)在正向侧大u(输出变量)控制系数(积分常数)校正值B(模糊变量)高规则2X1(输入变量)30分钟平均电压A1(模糊变量)在正向侧大X2(输入变量)偏差积分值A2(模糊变量)在正向侧大u(输出变量)控制系数B(模糊变量)低下面，将参考图17叙述按照上述规则通过模糊推理决定该控制系数Kf(该积分常数校正值)的一个例子。
一个1.5%的30分钟平均电压误差和一个-2.0%的偏差积分误差输入到该模糊推理部分(在图17中的△部分)。该模糊推理部分采用一隶属函数来确定构成该推理规则前提命题各条目的适应性(可靠程度)。
例如，该30分钟平均电压误差1.5%与规则1的“在正向侧大”条目的交点是0.7，而与规则2的“在正向侧大”条目的交点也是0.7。这些数值叫做该条目的适应性(可靠程度)。
同样，该偏差积分值误差-.2.0%关于规则1的条目“在正向侧大”的适应性是0.75，而关于规则2的条目“在正向侧大”的适应性是0.3。
下面，对每个推理规则确定该前提命题的适应性以导出该结果命题的适当性。
例如，如果遵循图17的规则1，条目“在正向侧大”的适应性是0.7，而条目“在负向侧大”的适应性是0.75。根据最大一最小方法，该结果命题“该控制系数的校正值为高”的适应性(可靠程度)是较小值0.7。同样，对于规则2的控制系数，该结果命题条目“该校正值为低”的适应性被确定为0.3。
此外，如图17所示，对每一规则所确定的结果命题的适应性以面积来表示，确定其重心就得到了最后的结论。这样，该结果命题的合成也具有一数值输出。
因此，在模糊推理运算过程中，该定量的数值输入被隶属函数转化为定性的条目，根据综合这些定性条目的推理规则又导出了一个定量的结论。
在图16和17的实施例中，当前的30分钟平均电压误差1.5%和当前的偏差积分误差-2%，它们的重心被确定为大于1.0，从图17中是显而易见的。结果，该控制系数(积分常数)校正值Kf超过了1.0。换句话说，该灵敏度被改变使得发出分接头切换命令的可能性较小(带有延时)。当这些值被输入时，分接头切换频率就减少了。因此，如果该30分钟平均电压误差在正向侧高达1.5%(最大值为2%)，并且该偏差积分(大约2至3分钟)误差在与30分钟平均电压方向相反的负向侧高达-2.0%，若控制主要根据30分钟平均电压来进行，当前的偏差积分误差的绝对值是高的。如果该分接头没有改变并听任其自然，该30分钟平均电压误差很可能减小，因为该偏差积分误差具有一负值。这些概念将会被理解为符合专家的想法。
图1的积分常数校正值推导功能元件3000执行到此为止所叙述的功能。因此，具有下列子功能上述的隶属函数30;一推理规则31;一前提命题32;结果命题33;以及合成34(用来计算重心)。
如前所述，减少分接头切换频率和改善电压特性这两个相互矛盾的目标可以由决定一积分常数校正值Kf和在分接头切换适当性判断功能元件4000中执行下列步骤得到解决。
(分接头切换适当性判断功能元件4000的运算过程)V5＞K·KfV5＝V4公式14△V(%)= (VAD-VS)/(VS) ×100 (14)
式中K＝积分常数(积分时间整定值×10%)Kf＝积分常数校正值(由模糊推理所确定)。
在以上的叙述中，业已描述了用该校正值Kf来校正该积分常数K的一个例子，但这种校正也可以用下面将要叙述的类似方法来完成。
一种方法运用下列公式利用该正值Kf来校正该偏差值V3。
公式15∫tn+TtnK′f△Vdt≥K (15)在这种情况下，对于一高灵敏度(快速动作)Kf值整定为1.0或大于1.0;对于一低灵敏度(慢速动作)Kf值小于1.0。
另一个方法运用下列公式以该积分时间T来校正该正值Kf。
公式16
在这种情况下，应这样执行该控制(模糊推理)，对高灵敏度使Kf值整定为1.0或大于1.0;对低灵敏度使Kf值小于1.0。
另一种方法是用Kf值校正该不灵敏区整定值(本装置运行的偏差V3的最小值)，如图5所示。在这种情况下，若Kf值整定在1.0或大于1.0，执行该控制适用于低灵敏度(用于减少分接头切换频率);若Kf值整定在小于1.0，则适用于高灵敏度(用来改善电压特性)。对于所有这些由模糊推理确定控制系数校正值Kf来说，这是相当简明的方法。
用到此为止所叙述的方法，该校正控制(对于高灵敏度和低灵敏度)可以以类似的方式实施已于已知的校正积分的方法。
图18是一个表示到此为止所叙述的本实施例的功能框图。与图8所示的已知装置的框图比较，该线性运算和控制对象是相同的。尽管在已知的装置中该状态估计单元只记录下该偏差值△V，本发明记录下前面提到的(众多的状态估计)项目(a)到(i)。
此外，在本发明的这个实施例中，该控制系数(积分常数)校正值Kf是由图18的模糊推理单元确定的，通过采用上面提及的该状态估计项目和该控制规则隶属函数来校正已知装置的线性运算的控制参数。结果，本发明可以改善用已知的方法所安排的控制性能。
下面将要描述第二个实施例，其中根据估计该控制结果的控制性能应用适应(学习)型的模糊控制，以便重复调整该控制系数(积分常数)。
图19表示本发明这个第二实施例方框图结构的实例。在图19中，该功能框1000，2000和3000与图1中的那些功能框是相同的。因此，方框1000是一个偏差积分功能元件(V4)，方框2000是一个状态估计功能元件，方框3000是一个积分常数校正值推导功能元件。方框4000是一个分接头切换适当性判断功能元件，用来执行下列判断过程。
V5≥K·KfKa式中V5偏差积分值(V4)K积分常数(积分时间整定值×10%)Kf积分常数校正值Ka适应(学习)性积分常数校正值;
(在本实施例中系数被重新确定)图19中的方框6000是控制性能估计和适应(学习)性积分常数校正值生成的控制功能元件，它们被增加到本发明中。
在这个第二实施例中，该功能框1000，2000，和3000的功能和运算将不再详细叙述，因为它们已结合第一实施例(图1)详细说明过。因此，只有功能方框6000将被详细描述，它是一个控制性能估计和适应(或学习)性积分常数校正值生成的控制功能元件。
图20表示图19的控制功能方框6000的详细的子功能的实例。在图20中，表示出一个数据存储单元600，一个数据估计单元601(控制性能估计单元)，并示出了一个参数调整单元602，用于根据该估计结果调节/整定该适应(学习)性积分常数校正值Ka。
该适应(学习)性积分常数校正值Ka的确定是靠在本装置中加入了参数调节学习的功能，它类似于专家的作用，如同该专家评估该控制性能并调节该参数。因此，该校正值Ka的整定和调节不是只依据一个特性/因素，而是依据下列诸因素进行(1)因数Ka1相对于一个时间区段而改变(学到了);
(2)因数Ka2相对于一天的周期而改变(或学到了)(反映前一天的控制性能);
(3)因数Ka3对于周工作日和假日是有差别的并且相应地改变;
(4)因数Ka4对于特别的日子而改变(例如国家的假日或特殊活动日;
(5)因数Ka5每周被改变;
(6)因数Ka6每月被改变;
(7)因数Ka7每季被改变;
(8)因数Ka8根据本装置所安装的地点而改变。
因而，该校正值Ka可以表示为以下形式，以便反映所有这些因数公式17Ka＝Ka1·Ka2·Ka3·Ka4·Ka5·Ka6·Ka7·Ka8(17)如果该值Ka1乘到Ka8为1.0，该控制性能维持不变(保持当前的状态);如果不大于1.0，适用于低灵敏度(减少分接头切换频率);如果不小于1.0，适用于高灵敏度(以改善电压特性)。
为了使这些参数(Ka1到(Ka8)对每个区间都可以被确定和调整，重要的是要决定什么样的数据以及有多少数据要存放在该数据存储单元600中和该数据估计单元601中，什么样的特性要被提取出来以便改善控制性能，以及如何根据该特性靠调节这些参数来确定最优参数值。
因此，作为例子下面的数据可能存储在图20的数据存储单元600中。
①分接头切换频率(例如，对于前一天的频率，对于一时间区段的频率，或V3或V4值);
②该偏差值(V3＝V1-V2)的滞后性，该时间区段及其最大和最小值;
③该30分钟平均电压误差(以%表示)或5分钟平均电压误差的时间区段及最大和最小值;
④该偏差值V4的滞后性，最大和最小值以及它们的时间段。
根据这些存储的数据，个别的特性可以在图20的估计单元601中被抽取出来，上述系数Ka1和Ka8是根据将它们的值乘以其相应的区间而确定的。这些数据值的使用直到依据对后续区间的量测而作出修正时为止。因此，在一天的区间中被调整的那些系数每周要进行调整。
为了使该分接头切换变压器的输出或该目标电压(该参考电压V2)可具有一较低的切换频率，在该第二实施例中，当减少该分接头切换频率的同时，电压特性得到改善，这是由确定被调整的系数而得到的，对于每个时间段(8点到10点或12点到13点)，每天(例如，被调整的系数反映昨天的控制性能)，每周(靠调节一周的参数获得最优参数)和每季都要进行调整。
输入到图20中数据存储单元的A，B和Kf值与图19中的A，B和Kf值是相同的。因此，数据值A是图19中方框2000的状态估计结果，并且是对应于上面(a)到(i)的数据。此外，数值B是来自图19方框3000的该积分常数校正值推导(模糊推理)的一个中间值，并且有可能是例如图17中示出的对于该隶属函数适应的值。数据值Kf是该积分常数值。
图21表示的一种配置中，对图20的参数调节单元602作了修改，采用模糊推理方法，与该积分常数校正值推导功能元件3000的原理相同。因此，Kf值每0.1秒确定一次;Ka值是一个对一定时间段，一天一次，或一周一次而改变的系数。对于一个长时间区间，该系数的优化是根据确定该系数变化的趋势得到的。
在本实施例中，对该控制结果的控制性能(分接头切换频率或电压特性)进行估计，以重复调整该积分常数。换句话说，这个实施例具有一个基于重复学习的灵敏度调整系统。
图21中输入到数据存储单元中的A、B和Kf值，该估计单元和该数据存储单元与图20中的相同。
换句话说，图21的实施例根据模糊推理决定了适应性(学习)积分常数校正值Ka。
下面，将要描述另一个实施例，其中应用了模糊推理单元隶属函数，通过估计该控制结果的控制性能，根据模糊推理用以重复决定该积分常数校正值;还应用了该适应性(学习)模糊控制用以改变有关规则。
图22表示该实施例的方框图。在图22中，该功能框1000，2000，3000和4000与图1的各元件相同。
功能框7000类似于图20和21的框6000，但最终输出量有所不同。尽管图20和21中框6000的最终输出是一个适应型积分常数校正值Ka，本实施例具有类似的数据存储和估计单元，但是依据该估计结果改变了在积分常数校正推导功能元件3000(与图1的功能元件3000相同)中的隶属函数和规则(如图22中Z所示)。换句话说，在图10和11中所示的规则和在图12到14中所示的隶属函数被个别地改变了，这个改变周期的出现正象图19的实施例一样，对于一时间段(例如6点到8点或12点到13点)，每天，每周或每季，确定该积分常数校正值Kf。结果，图22的判断功能框以与图1的实施例相似的方式计算该公式V5≥K·Kf。
这样，图22的实施例在用模糊推理确定该积分常数校正值Kf时，对于一时间段、每天、每周，对于一特殊日、假日和每周工作日，以及每季都在改变有关参数。
在隶属函数中的变化包括范围、梯度、形态或级别分段，例如“低”、“中”和“高”(三分段)到“小”、“稍小”、“中等”、“稍大”和“大”(五分段)。
尽管上述各实施例根据模糊推理校正该积分常数，本发明允许分接头切换命令由模糊推理直接决定，现在要描述与此相应的一个实施例。
图23示出这样一个实施例的框图结构。在图23中，框100和110与图1的相应框是相同的。此外，框2000，3000，4000和6000与图19的各框基本相同。因此，只对差别之处进行详细叙述。
在图23的实施例中，该功能框2000和功能框4000与图1和19的方框稍有差别，因为该分接头切换命令是由模糊推理直接决定的。
该偏差积分值(V4)作为该状态估计项目之一引入到该功能框2000中，以便确定图5所示的该装置动作时间特性。该结构的其余部分是相同的。
另一方面，在以前的各实施例中，该分接头切换适当性判断功能元件4000执行该公式V5≥K·Kf或V5≥Kf·Ka，但是在图23的实施例中，所执行的公式是该模糊推理输出(F0)＞该判断常数(H0)。此处，该判断常数H0对应于前面各实施例中的积分常数K(＝该积分时间整定值×10%)以及一个对该模糊推理输出(F0)的转换值。
此外，图23的功能框6000与图20和21的方框是相同的。因此，当应用功能框6000时，可以表达为两种实施例。一种是图19的实施例，采用积分常数校正的方法。在这种情况下该功能框4000具有下列操作F0＞H0·Ka另一种可能性是图22的实施例，根据改变该模糊推理单元3000的隶属函数或规则来执行该模糊推理。该结果(F′0)被输出，以在功能框4000中执行F′0＞H0。
到此为止所描述的实施例用图19、22和23的功能框6000的学习结果执行下列操作①控制系数(积分常数、积分时间或不灵敏区)的校正(改变);
②在隶属函数中的变化;以及③在规则中的改变。
然而，可以容易地决定，在用该功能框6000作为学习结果之前可准备若干个模式(类型)(规则群或隶属函数群)，根据对这些模式的学习结果可以选择和控制最一致的(最适应的)模式(类型)。
因此，该功能框6000被用来对事先准备的若干模式(或类型)的所选数据进行研究。
例如，事先准备好相应于城市情况和农村情况的规则和隶属函数。由一个学习运算来决定采用哪种类型。如果有必要，它们可以交替地使用。
此外，可以准备下列规则和隶属函数群，所采用的类型可根据该学习结果决定，如可以容易地推想①分接头切换频率减少的类型;
②电压特性改善的类型;以及③分接头切换频率减少类型的电压特性改善类型。
尽管上述各实施例的所有模糊推理单元的执行时间尚未详细叙述，但对于任何采样数据，根据该微机(计算机)的处理能力或当某种条件存在时，可以容易地实现。
根据本发明，即使当电压模式随着负荷的波动而变动时，不仅可能以一高精确性维持该目标电压(改善电压特性)，而且可以显著地减少分接头切换频率。这就使延长该分接头切换变压器的寿命和增加其可靠性成为可能。
由于该装置随着运行成果和积累而自我发展，它可以在全部时间里甚至对目标电压(电压模式)实行优化控制，该目标电压对于特定的安装地点是不同的，因而对任何用户可以稳定地供给一恒定电压。简言之，该电压特性可以得到改善。
在上述有关本发明产施例的详细描述中，一直都考虑电压的控制。然而，也可能将本发明应用于无功功率的控制，因为无功功率和电压在任何给定系统中是相互关联的。
一个表明无功功率控制的实施例示于图24。在该实施例中模糊逻辑控制与图1到18的实施例基本上相同，因而省略了详细叙述。在图24的实施例中，一个分接头变压器5000连接到一个输电线路7010。一个变换器7011产生一无功功率测量值Q，该无功测量值Q是从系统电压V和电流I导出的。该无功测量值Q输入到一控制器和模糊逻辑7012中，如前所述，它实际上与以前的实施例中的元件相同。基于由该控制器和模糊逻辑7012测量该无功功率Q，一个并联电容器7013和/或并联电抗器7014可连接到该分接头变压器5000上以控制其切换。这种切换的控制是为了保证该无功功率满足对应于以前的实施例中所讨论的那些条件。
当然，在以前叙述的某些或全部实施例中所包含的一些改进也可以合并到这个实施例中。
权利要求
1.一种控制电压的方法包括检测(120)在上述电压和一参考电压(110)之间的电压差；建立许多控制条件；以及控制上述电压(4000)使得
△Vdt≥B其中t是时间△V是上述电压差A、B和C是参数，其特征在于至少上述参数A、B和C中的一个是根据上述控制条件的分析而变化的，上述分析而变化的，上述分析由模糊逻辑(3000)进行。
2.一种控制电压的方法，包括检测(120)在上述电压和一参考电压(110)之间的电压差(△V);以及产生(130)一个对上述电压差具有一预定关系的控制信号(Vh);其特征在于上述方法进一步包括建立许多控制条件;采用模糊逻辑分析(3000)上述控制条件并产生一控制系数;以及根据上述控制系数和上述控制信号的乘积控制(4000)上述电压。
3.按照权利要求2的一种方法，其中上述控制信号是这样的∫△Vdt≥D式中t是时间，△V是上述电压差，D是一恒定参数。
4.按照任何一个前述权利要求的一种方法，其中上述参考电压(110)是随时间而变化的。
5.按照任何一个前述权利要求的一种方法，其中上述控制条件包括确定时间。
6.按照任何一个前述权利要求的一种方法，其中上述控制条件包括上述电压随时间而变化的趋势。
7.按照任何一个前述权利要求的一种方法，其中上述控制条件包括在任何时间的V值。
8.按照权利要求1的一种方法，其中上述控制条件∫xVdt和∫Y△Vdt，这里X和Y是不同的。
9.采用一分接头变压器(5000)控制电压的一种方法，靠切换分接头的位置改变电压，包括检测(120)上述电压和一参考电压之间的电压差;并且其特征在于，上述分接头变压器(5000)是由模糊逻辑(3000)控制的，其依据是既考虑到上述电压差又考虑到一预定的分接头位置切换所要求的数。
10.采用一分接头变压器(5000)控制电压的一种方法，靠切换分接头的位置改变电压，包括检测(120)上述电压和一参考电压之间的电压差;其特征在于，上述分接头变压器(5000)是由模糊逻辑(3000)控制的，其依据是既考虑到上述电压差对时间的积分又考虑到一预定的分接头位置切换所要求的数。
11.按照任何一个上述权利要求的一种方法，其中该电压随时间的控制作用被估计(2000)，并且上述控制条件是根据对该控制的上述估计而变化的。
12.一个电压控制系统的一种控制方法，包括调节上述电压控制系统的一个电压;采用一个电压调节装置;以及按照任何五个上述权利要求的一种方法来控制上述电压调节装置。
13.一种电压控制设备包括装置(100)用来检测一个被控制的电压;装置(110)用来存储一参考电压;装置(120)用来确定上述电压和上述参考电压之间的电压差;其特征在于该设备具有模糊逻辑元件(3000)，用于ⅰ)建立许多控制条件;ⅱ)分析上述控制条件;以及ⅲ)产生一个输出量用来控制上述电压以使∫AC△Vdt≥B其中t是时间△V是上述电压差A、B和C是参数;构造上述模糊逻辑元件(3000)使其根据上述控制条件的分析至少改变上述参数A、B和C中的一个参数。
14.一种电压控制设备包括装置(100)用来检测一个被控制的电压;装置(110)用来存储一参考电压;装置(120)用来确定上述电压和上述参考电压之间的差值;以及装置(130)用来产生一个与上述电压差具有一预定关系的控制信号;其特征在于该设备进一步包括模糊逻辑元件(3000)用来建立许多控制条件，并有于产生一控制系数;以及装置(4000)用于根据上述控制信号和上述控制系数的乘积控制上述电压。
15.一种按照权利要求13或权利要求14的电压控制设备，进一步包括用于监测上述输出随时间而变化的装置;以及根据上述输出的上述变化改变上述控制条件的装置。
16.一种电压控制系统包括一个电压调节设备(5000)用于控制一个电压，以及根据任何一个权利要求13到15的电压控制设备，用来控制上述电压调节设备(5000)。
17.一个按照权利要求16的电压控制系统，其中上述电压调节设备是一个分接头变压器。
18.一种控制无功功率的方法，包括检测上述无功功率与一参考无功功率之间的无功功率差值;建立许多控制条件;以及控制上述无功功率使得∫AC△Vdt≥B其中t是时间△V是上述电压差A、B和C是参数，其特征在于至少上述参数A、B和C中的一个参数根据上述控制条件的分析而改变，上述分析是由模糊逻辑完成的。
19.一种控制无功功率的方法，包括检测上述无功功率与一参考无功功率之间的无功功率差值;产生一个与上述无功功率差值具有一预定关系的控制信号;其特征在于上述方法进一步包括建立许多控制条件;采用模糊逻辑分析上述控制条件并产生一控制系数;以及根据上述控制系数与上述控制信号的乘积来控制上述无功功率。
20.一种控制一个无功控制系统的方法包括调节上述无功控制系统的无功，采用一个无功调节设备;以及根据权利要求18或权利要求19的一种方法来控制上述无功调节设备。
21.一种无功控制设备包括用于检测一个被控制的无功功率的装置，用于存储一个参考无功功率的装置;用于确定上述无功功率与上述参考无功功率之间的无功功率差值的装置;其特征在于该设备具有模糊逻辑元件，用于ⅰ)建立许多控制条件;ⅱ)分析上述控制条件;以及ⅲ)产生一输出用来控制上述无功功率，使得∫AC△Vdt≥B式中t是时间△V是上述电压差A、B和C是参数，上述模糊逻辑元件的配置可根据上述控制条件的上述分析改变上述参数A、B和C中的至少一个参数。
22.一种无功功率控制设备包括用于检测一个被控无功功率的装置;用于存储一个参考无功功率的装置;用于确定上述无功功率与上述参考无功功率之间的无功功率差值的装置;以及用于产生一个与上述无功功率差值具有一预定关系的控制信号的装置;其特征在于该设备进一步包括模糊逻辑元件，用于建立许多控制条件，并用于产生一个控制系数;以及根据上述控制信号和上述控制系数的乘积用于控制上述无功功率的装置。
23.一种无功控制系统包括一个用来控制无功调节设备，以及按照权利要求21或权利要求22用来控制上述无功调节设备的一个无功控制设备。
全文摘要
为了控制电压可采用分接为变压器，将实际电压与参考电压之间的差值对时间积分，根据电压控制条件，该积分被模糊逻辑产生的至少一参数修正。这样，该模糊逻辑可找到优化控制策略，它可维持实际电压最接近于参考电压而不会有过多的分接头位置切换。该参考电压可能随时间变化，因此可估计电压随时间的控制效果，并且根据模糊逻辑相应地改变该控制条件，以致该控制的配置表现出学习能力。本装置也可应用于无功功率控制。
文档编号G05B13/02GK1063381SQ9210030
公开日1992年8月5日 申请日期1992年1月17日 优先权日1991年1月17日
发明者千叶富雄, 城户三安, 川上润三, 平泽邦夫, 松井義明 申请人:株式会社日立制作所