一種多電平upqc拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，屬于電力系統(tǒng)柔性交流配電技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明通過選定多種應(yīng)用于UPQC的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型，建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型、器件模型，分別用以構(gòu)建損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃浴悍€(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系的評價(jià)指標(biāo)。結(jié)合五種評價(jià)指標(biāo)的相互影響關(guān)系，建立層次分析模型，定量得到五種評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而分析多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能排序，可以實(shí)現(xiàn)多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)性能的綜合準(zhǔn)確評估。
【專利說明】
-種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)柔性交流配電技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著高新技術(shù)的飛速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)、微處理器的管理、分析、檢測、控制的用電 設(shè)備和各種電力電子設(shè)備在電力系統(tǒng)中大量投入使用，它們對系統(tǒng)干擾比一般機(jī)電設(shè)備更 加敏感，對供電質(zhì)量的要求更苛刻。另外，新能源的發(fā)展促使越來越多的分布式電源并入配 電網(wǎng)，高滲透分布式發(fā)電W及配電網(wǎng)自身帶來的電能質(zhì)量問題，使得配電網(wǎng)的電能質(zhì)量問 題越來越突出，人們對于電能質(zhì)量問題改善的要求也越來越迫切。而在智能電網(wǎng)發(fā)展目標(biāo) 中，要求配電網(wǎng)增強(qiáng)接納分布式能源系統(tǒng)接入能力的同時(shí)，明確提出了配電網(wǎng)中的電能質(zhì) 量問題：滿足經(jīng)濟(jì)社會電能質(zhì)量的多元化要求，實(shí)現(xiàn)最佳的電能質(zhì)量和供電可靠性。
[0003] 定制電力技術(shù)的發(fā)展為電能質(zhì)量問題提供了解決方法。統(tǒng)一電能質(zhì)量調(diào)節(jié)器 UPQC作為定制電力技術(shù)中功能最為全面的裝置，集成了串聯(lián)電壓補(bǔ)償原理和并聯(lián)電流補(bǔ) 償原理，既能補(bǔ)償電源電壓的不對稱和諧波，也能補(bǔ)償非線性負(fù)載的不對稱和諧波。中高 壓配電網(wǎng)中，UPQC多采用大功率多電平的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；而大功率多電平的變流器拓?fù)?結(jié)構(gòu)類型多種多樣、性能特點(diǎn)各不相同。大功率多電平的變流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如級聯(lián)Η橋、 MMC(Modular Multilevel Conve;rte;r)、A2MC(Alte;rnate-A;rm Multilevel Converter)等， 對它們的拓?fù)漕愋瓦x擇及相應(yīng)的控制策略，包括UPQC串聯(lián)變流器、并聯(lián)變流器、直流儲能 環(huán)節(jié)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略，直接影響到UPQC的適用場合、補(bǔ)償容量、補(bǔ)償性能、功率損 耗、投資成本W(wǎng)及電容均壓等問題。采用多電平UPQC拓?fù)湓u估方法，可W綜合比較多電平 UPQC拓?fù)涞母黜?xiàng)功能指標(biāo)，能夠?yàn)槎嚯娖経PQC拓?fù)涞暮侠磉x擇提供依據(jù)。
[0004] 現(xiàn)有多電平UPQC拓?fù)浞治黾夹g(shù)只是針對多電平UPQC某一種特性或某一種結(jié)構(gòu) 開展，而從某一項(xiàng)功能出發(fā)研究UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用情況，難W說明該多電平UPQC拓?fù)?結(jié)構(gòu)能否適用于多種不同要求的場合，給出該結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣評估或者適用范圍。采用多電平 UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，可W綜合考慮多電平UPQC的多項(xiàng)性能指標(biāo)，融合他們的相互影響 關(guān)系，給出合理準(zhǔn)確的評價(jià)，為多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明目的在于提供多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇依據(jù)，提出一種多電平UPQC拓 撲結(jié)構(gòu)評估方法，給出多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合理準(zhǔn)確評估。
[0006] 技術(shù)方案是，一種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，其特征是所述方法包括下列步 驟：
[0007] 步驟1 :選定多種應(yīng)用于UPQC的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型；
[0008] 步驟2:建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型、器 件模型，分別用W構(gòu)建損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本 關(guān)系的五種評價(jià)指標(biāo)；
[0009] 步驟3 :結(jié)合五種評價(jià)指標(biāo)的相互影響關(guān)系，建立層次分析模型，定量得到五種評 價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而分析多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能排序，形成多電平UPQC拓?fù)?結(jié)構(gòu)評估方法。
[0010] 所述建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型、器件 模型，分別用W構(gòu)建損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃浴悍€(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān) 系的五種評價(jià)指標(biāo)，具體包括：
[0011] 步驟201 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型基于功率器件損耗、器件工作頻率、調(diào) 制方式和功率等級的綜合分析，利用公式
計(jì)算多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功 率損耗；其中，？1、&^1、41分別代表第1個(gè)器件的功率損耗、功率等級、工作頻率、調(diào)制方式， η代表功率器件數(shù)量；應(yīng)用損耗模型形成損耗與拓?fù)潢P(guān)系的評價(jià)指標(biāo)；
[0012] 步驟202:多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障模型基于曲線擬合和故障樹分析法，通過 功率器件的安全工作區(qū)域分析器件的可靠性，結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擬合出拓?fù)湎到y(tǒng)的可靠性曲 線；將多電平UPQC拓?fù)渲鸺壏纸?，形成從串并?lián)單元、級聯(lián)單元，到模塊或器件的故障樹模 型，分析多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障率；應(yīng)用故障模型形成拓?fù)淇煽啃缘脑u價(jià)指標(biāo)；
[0013] 步驟203 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的仿真模型基于電力仿真軟件分析多電平UPQC 的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)特性，獲取UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同電能質(zhì)量問題下的特征描述，形成暫穩(wěn) 態(tài)特性的評價(jià)指標(biāo)；
[0014] 步驟204 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的冗余模型基于蒙特卡羅模擬法，分析各變流器 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的冗余度曲線，尋求故障率和冗余器件的平衡，形成系統(tǒng)穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)；
[0015] 步驟205:多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的器件模型基于各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理，推導(dǎo)相 同條件和功能下不同多電平UPQC所需功率器件的數(shù)目，進(jìn)而分析不同多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)的成本需求W及對損耗模型、故障模型和冗余模型的影響，形成結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系的評價(jià) 指標(biāo)。
[0016] 所述建立層次分析模型，定量得到五種評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而分析多種多電 平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能排序，形成多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，具體包括：
[0017] 步驟301 :選定多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為方案層，多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗 與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系為評估指標(biāo)層，多電平 UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定量評估結(jié)果為目標(biāo)層，建立Ξ層分析模型；
[0018] 步驟302 :根據(jù)多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃浴悍€(wěn)態(tài)特 性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系五種評價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，W及選定的多種多電平UPQC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對應(yīng)的五種評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)造各級成對比較矩陣；
[0019] 步驟303 :根據(jù)成對比較矩陣的特征值和特征向量，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若未通過檢 驗(yàn)，返回執(zhí)行步驟302 ;通過檢驗(yàn)后，計(jì)算排序權(quán)向量，實(shí)現(xiàn)多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的評 估排序。
[0020] 本發(fā)明綜合分析多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能，定量的給出多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 的準(zhǔn)確評估，也可用于確立拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的適用范圍，還可用于多種復(fù)雜結(jié)構(gòu)下的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評 估。
【附圖說明】
[0021] 圖1為多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步說明本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅為 示例，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[002引圖1是多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法示意圖，本發(fā)明提供的多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)評估方法包括下列步驟：
[0024] 步驟1 :選定多種（用大于1的整數(shù)m表示拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型的數(shù)量）應(yīng)用于UPQC的 多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型。
[00巧]步驟2:建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型、器 件模型，分別用W構(gòu)建損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本 關(guān)系的評價(jià)指標(biāo)。
[00%] 具體過程包括：
[0027] 步驟201 :基于功率器件損耗、器件工作頻率、調(diào)制方式和功率等級的綜合分析， 建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型，利用公式
計(jì)算多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)的功率損耗；其中，Pl、gl、fl、kl分別代表第i個(gè)器件的功率損耗、功率等級、工作頻率、調(diào) 制方式，η代表功率器件數(shù)量；拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不同帶來功率器件數(shù)量、工作頻率和調(diào)制方式的 變化；應(yīng)用損耗模型形成損耗與拓?fù)潢P(guān)系的評價(jià)指標(biāo)。
[0028] 步驟202 :基于曲線擬合和故障樹分析法建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障模型， 通過功率器件的安全工作區(qū)域分析器件的可靠性，再結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擬合出拓?fù)湎到y(tǒng)的可靠 性曲線；將多電平UPQC拓?fù)渲鸺壏纸猓纬蓮拇⒙?lián)單元、級聯(lián)單元，到模塊或器件的故障 樹模型，分析多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障率；應(yīng)用故障模型形成拓?fù)淇煽啃缘脑u價(jià)指標(biāo)。
[0029] 步驟203 :基于電力仿真軟件建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的仿真模型，分析多電平 UPQC的穩(wěn)態(tài)性能和暫態(tài)特性，獲取UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同電能質(zhì)量問題下的特征描述，形成 暫穩(wěn)態(tài)特性的評價(jià)指標(biāo)。
[0030] 步驟204 :基于蒙特卡羅模擬法建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的冗余模型，分析各變 流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的冗余度曲線，尋求故障率和冗余器件的平衡，形成系統(tǒng)穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)。
[0031] 步驟205 :基于各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的器件模型，推 導(dǎo)相同條件和功能下m種多電平UPQC所需功率器件的數(shù)目，進(jìn)而分析m種多電平UPQC拓 撲結(jié)構(gòu)的成本需求W及對損耗模型、故障模型和冗余模型的影響，形成結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系的 評價(jià)指標(biāo)。
[0032] 步驟3 :結(jié)合得到的五種評價(jià)指標(biāo)的相互影響關(guān)系，建立層次分析模型，定量得到 五種評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而分析m種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能排序，形成多電平 UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法。
[0033] 具體過程包括：
[0034] 步驟301 :選定m種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為方案層，多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗 與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系為評估指標(biāo)層，多電平 UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定量評估結(jié)果為目標(biāo)層，建立Ξ層分析模型。
[0035] 步驟302 :根據(jù)多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特 性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系五種評價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，構(gòu)造一個(gè)5X5階成對比較矩 陣；根據(jù)選定的m種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對應(yīng)的五種評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)造五個(gè)mXm階成對比較 矩陣。
[0036] 步驟303 :根據(jù)成對比較矩陣的特征值和特征向量，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若未通過檢 驗(yàn)，返回執(zhí)行步驟302 ;通過檢驗(yàn)后，計(jì)算排序權(quán)向量，實(shí)現(xiàn)m種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的評 估排序。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，其特征是所述方法包括下列步驟： 步驟1 :選定多種應(yīng)用于UPQC的多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類型； 步驟2:建立多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型、器件模 型，分別用以構(gòu)建損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系 的五種評價(jià)指標(biāo)； 步驟3 :結(jié)合五種評價(jià)指標(biāo)的相互影響關(guān)系，建立層次分析模型，定量得到五種評價(jià)指 標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而分析多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能排序，形成多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 評估方法。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，其特征是建立多電平UPQC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型、故障模型、仿真模型、冗余模型、器件模型，分別用以構(gòu)建損耗與拓?fù)?關(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系的五種評價(jià)指標(biāo)，具體包括： 步驟201 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗模型基于功率器件損耗、器件工作頻率、調(diào)制方 式和功率等級的綜合分析計(jì)算多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率損 耗；其中，？1^1、匕、1^1分別代表第1個(gè)器件的功率損耗、功率等級、工作頻率、調(diào)制方式，11代 表功率器件數(shù)量；應(yīng)用損耗模型形成損耗與拓?fù)潢P(guān)系的評價(jià)指標(biāo)； 步驟202 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障模型基于曲線擬合和故障樹分析法，通過功率 器件的安全工作區(qū)域分析器件的可靠性，結(jié)合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)擬合出拓?fù)湎到y(tǒng)的可靠性曲線；將 多電平UPQC拓?fù)渲鸺壏纸?，形成從串并?lián)單元、級聯(lián)單元，到模塊或器件的故障樹模型，分 析多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的故障率；應(yīng)用故障模型形成拓?fù)淇煽啃缘脑u價(jià)指標(biāo)； 步驟203 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的仿真模型基于電力仿真軟件分析多電平UPQC的穩(wěn) 態(tài)性能和暫態(tài)特性，獲取UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在不同電能質(zhì)量問題下的特征描述，形成暫穩(wěn)態(tài)特 性的評價(jià)指標(biāo)； 步驟204 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的冗余模型基于蒙特卡羅模擬法，分析各變流器拓?fù)?結(jié)構(gòu)的冗余度曲線，尋求故障率和冗余器件的平衡，形成系統(tǒng)穩(wěn)定性的評價(jià)指標(biāo)； 步驟205 :多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的器件模型基于各拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的工作原理，推導(dǎo)相同條 件和功能下不同多電平UPQC所需功率器件的數(shù)目，進(jìn)而分析不同多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的 成本需求以及對損耗模型、故障模型和冗余模型的影響，形成結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系的評價(jià)指標(biāo)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，其特征是結(jié)合得到的五種評 價(jià)指標(biāo)，建立層次分析模型，定量得到五種評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而分析多種多電平UPQC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能排序，形成多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)評估方法，具體包括： 步驟301 :選定多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為方案層，多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗與拓 撲關(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系為評估指標(biāo)層，多電平UPQC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)定量評估結(jié)果為目標(biāo)層，建立三層分析模型； 步驟302 :根據(jù)多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的損耗與拓?fù)潢P(guān)系、拓?fù)淇煽啃?、暫穩(wěn)態(tài)特性、系 統(tǒng)穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)與成本關(guān)系五種評價(jià)指標(biāo)之間的關(guān)系，以及選定的多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié) 構(gòu)對應(yīng)的五種評價(jià)指標(biāo)，構(gòu)造各級成對比較矩陣； 步驟303 :根據(jù)成對比較矩陣的特征值和特征向量，進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，若未通過檢驗(yàn)， 返回執(zhí)行步驟302 ;通過檢驗(yàn)后，計(jì)算排序權(quán)向量，實(shí)現(xiàn)多種多電平UPQC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的評估排 序。
【文檔編號】G06F17/50GK105824980SQ201510003923
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2015年1月6日
【發(fā)明人】馮興田, 孫添添, 仉志華, 馬文忠
【申請人】中國石油大學(xué)(華東)