本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)，尤其涉及一種有源濾波器優(yōu)化配置方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)中，電力電子裝置的廣泛應(yīng)用，使電網(wǎng)諧波污染日益嚴(yán)重，電力系統(tǒng)的諧波問(wèn)題引起人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。

目前電力系統(tǒng)中諧波治理主要是通過(guò)安裝濾波器降低諧波含量。其中，無(wú)源濾波器配置是傳統(tǒng)抑制諧波的主要手段，但是其存在濾除效果差、可能引起諧波放大等缺點(diǎn)。有源濾波器是一種動(dòng)態(tài)抑制諧波的電力電子裝置，它能對(duì)頻率和幅值變化的諧波進(jìn)行補(bǔ)償，可以彌補(bǔ)無(wú)源濾波器的缺點(diǎn)，獲得比其更好的補(bǔ)償特性，是一種理想的諧波補(bǔ)償裝置。因此，有源濾波器在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用越來(lái)越多。

有源濾波器是通過(guò)向電網(wǎng)注入與原有諧波電流幅值相等、相位相同、方向相反的電流，以達(dá)到諧波治理的目的。有源濾波器安裝位置對(duì)其工作性能具有很大影響，當(dāng)其裝設(shè)在一個(gè)合適位置并具有合適容量時(shí)，其注入較小的諧波電流就能取得較好的諧波治理效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種能夠解決多諧波源并入智能配電網(wǎng)產(chǎn)生大量諧波問(wèn)題的有源濾波器優(yōu)化配置的方法。

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種有源濾波器優(yōu)化配置方法，其包括以下步驟：基于有源濾波器配置的影響，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)；設(shè)定滿足配電網(wǎng)有源濾波器優(yōu)化配置的約束條件；采用模態(tài)分析與粒子群算法相結(jié)合的配置算法對(duì)配電網(wǎng)有源濾波器進(jìn)行優(yōu)化配置。

優(yōu)選地，采用模態(tài)分析與粒子群算法相結(jié)合的配置算法具體包括：

S1，輸入配電網(wǎng)的參數(shù)，通過(guò)諧波電壓含有率和電壓總諧波畸變率約束，計(jì)算配電網(wǎng)初始狀態(tài)的諧波參數(shù)，所述配電網(wǎng)初始狀態(tài)的諧波參數(shù)包括元件各次諧波參數(shù)；

S2，根據(jù)形成于元件各次諧波參數(shù)過(guò)程中的各次諧波導(dǎo)納矩陣，利用模態(tài)分析法求得所述諧波導(dǎo)納矩陣的特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量，根據(jù)所述特征值和所述特征向量選擇有源濾波器配置的候選位置節(jié)點(diǎn)；

S3，輸入粒子群算法中的有關(guān)參數(shù)和所述候選位置節(jié)點(diǎn)，利用粒子群算法輸出優(yōu)化結(jié)果。

優(yōu)選地，根據(jù)S2中的所述特征值計(jì)算各模態(tài)的模態(tài)阻抗以選擇發(fā)生諧振的模態(tài)，再根據(jù)特征向量計(jì)算發(fā)生諧振的模態(tài)的所有參與因子，根據(jù)參與因子的大小選擇有源濾波器配置的候選位置節(jié)點(diǎn)。

優(yōu)選地，S3具體包括：

S31，參數(shù)初始化；

S32，計(jì)算每個(gè)粒子所對(duì)的適應(yīng)度值；

S33，隨機(jī)調(diào)整權(quán)重值以選取最好位置；

S34，判斷結(jié)果是否滿足收斂條件，如果滿足收斂條件，輸出優(yōu)化結(jié)果，如果不滿足，返回S32。

優(yōu)選地，S33中具體包括：

選取局部最好位置；選取全局最好位置。

優(yōu)選地，所述目標(biāo)函數(shù)為費(fèi)用、諧波網(wǎng)損、電壓畸變率的單目標(biāo)函數(shù)。

優(yōu)選地，所述目標(biāo)函數(shù)為以費(fèi)用、諧波網(wǎng)損和電壓總諧波畸變率為目標(biāo)的多目標(biāo)函數(shù)。

優(yōu)選地，所述多目標(biāo)函數(shù)為費(fèi)用、諧波網(wǎng)損和電壓總諧波畸變率的加權(quán)最小值，所述多目標(biāo)函數(shù)

其中，ν₁、ν₂、ν₃為加權(quán)因子，分別為無(wú)量綱的有源濾波器投資費(fèi)的目標(biāo)函數(shù)、系統(tǒng)中總諧波損耗的目標(biāo)函數(shù)和諧波治理的目標(biāo)函數(shù)。

優(yōu)選地，所述約束條件至少包括系統(tǒng)潮流的約束、節(jié)點(diǎn)諧波含有率約束和電壓總諧波畸變率約束。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：通過(guò)引入模態(tài)分析法，減少了粒子群算法確定有源濾波器配置位置的計(jì)算量，運(yùn)算速度快，利于算法的快速收斂，并能找到更好的最優(yōu)解，可以有效計(jì)算有源濾波器的最優(yōu)接入位置，對(duì)提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和改善電能質(zhì)量起到了良好的作用。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的有源濾波器優(yōu)化配置方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明另一實(shí)施例的有源濾波器優(yōu)化配置方法的流程圖；

圖3是本發(fā)明另一實(shí)施例的有源濾波器優(yōu)化配置方法中的步驟S3的具體流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

如圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種有源濾波器優(yōu)化配置方法，其包括以下步驟：基于有源濾波器配置的影響，設(shè)置目標(biāo)函數(shù)；設(shè)定滿足配電網(wǎng)有源濾波器優(yōu)化配置的約束條件；采用模態(tài)分析與粒子群算法相結(jié)合的配置算法對(duì)配電網(wǎng)有源濾波器進(jìn)行優(yōu)化配置。

其中，目標(biāo)函數(shù)可以是單目標(biāo)函數(shù)，例如是費(fèi)用、諧波網(wǎng)損或電壓畸變率。目標(biāo)函數(shù)也可以是費(fèi)用、諧波網(wǎng)損和電壓總諧波畸變率為基礎(chǔ)的多目標(biāo)函數(shù)，設(shè)置多目標(biāo)函數(shù)，可以使有源濾波器的優(yōu)化配置更加合理。

本實(shí)施例中，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性和濾波效果兩方面的影響來(lái)建立配電網(wǎng)有源濾波器的目標(biāo)函數(shù)，具體是以費(fèi)用、諧波網(wǎng)損、電壓總諧波畸變率三者的加權(quán)最小值為目標(biāo)函數(shù)，可以根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各目標(biāo)函數(shù)的加權(quán)因子來(lái)適應(yīng)不同系統(tǒng)。

具體的，目標(biāo)函數(shù)為其中，minF表示統(tǒng)一單位后的函數(shù)最小值，ν₁、ν₂、ν₃表示加權(quán)因子，分別表示無(wú)量綱的有源濾波器投資費(fèi)的目標(biāo)函數(shù)、無(wú)量綱的系統(tǒng)中總諧波損耗的目標(biāo)函數(shù)、無(wú)量綱的諧波治理的目標(biāo)函數(shù)。

有源濾波器投資費(fèi)其中，N表示配電網(wǎng)的總節(jié)點(diǎn)數(shù)，Tf_i表示第i節(jié)點(diǎn)有源濾波器的安裝費(fèi)用，d_i表示第i節(jié)點(diǎn)是否裝設(shè)濾波器(d_i＝1表示裝設(shè)，d_i＝0表示未裝設(shè))，Q_i表示第i節(jié)點(diǎn)有源濾波器的安裝容量；k_c表示有源濾波器單位容量的價(jià)格。

系統(tǒng)中第h次諧波網(wǎng)損其中，I^h表示有源濾波器注入電網(wǎng)的諧波電流；表示節(jié)點(diǎn)i和節(jié)點(diǎn)j之間的第h次諧波電阻。

諧波治理其中，分別表示第n節(jié)點(diǎn)的基波電壓和第h次諧波電壓。

對(duì)于設(shè)定滿足配電網(wǎng)有源濾波器優(yōu)化配置的約束條件，約束條件一般包括系統(tǒng)潮流的約束以及諧波在國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的約束，其中，諧波在國(guó)家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)的約束包括節(jié)點(diǎn)的各次諧波電壓含有率的約束、節(jié)點(diǎn)的電壓總諧波畸變率的約束、有源濾波器的投切容量和投切數(shù)量的約束。

具體地，節(jié)點(diǎn)的各次諧波電壓含有率其中，C_HRU表示電壓含有率的限制系數(shù)。

電壓總諧波畸變率其中，C_THDU表示電壓總諧波畸變率的限制系數(shù)。

系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)i處接入的有源濾波器的投切容量Q_i需滿足Q_{i min}≤Q_i≤Q_imax，其中，Q_imin、Q_imax表示節(jié)點(diǎn)i所能接入有源濾波器的容量的最小值和最大值。

有源濾波器的投切數(shù)量d需滿足其中，D表示有源濾波器安裝的最大數(shù)目。

本發(fā)明公開(kāi)的一種有源濾波器優(yōu)化配置方法，通過(guò)上述設(shè)置目標(biāo)函數(shù)和約束條件，并采用模態(tài)分析與粒子群算法相結(jié)合的配置算法，其包括具體優(yōu)化配置步驟，如圖2所示。

S1，輸入配電網(wǎng)的參數(shù)，通過(guò)諧波電壓含有率和電壓總諧波畸變率約束，得到配電網(wǎng)初始狀態(tài)的諧波參數(shù)，配電網(wǎng)初始狀態(tài)的諧波參數(shù)包括元件各次諧波參數(shù)。

其中，配電網(wǎng)的參數(shù)包括各元件參數(shù)和各次諧波源參數(shù)，配電網(wǎng)各元件參數(shù)具體包括總節(jié)點(diǎn)數(shù)、發(fā)電機(jī)參數(shù)、變壓器參數(shù)、線路參數(shù)和負(fù)荷參數(shù)，各次諧波源的參數(shù)具體包括各諧波源注入有功功率、無(wú)功功率和各種非線性負(fù)荷的有功功率、無(wú)功功率。

配電網(wǎng)初始狀態(tài)的諧波參數(shù)還包括各節(jié)點(diǎn)諧波電壓的幅值、相位，各節(jié)點(diǎn)各次電壓諧波畸變率、電壓總諧波畸變率。

S2，根據(jù)形成于元件各次諧波參數(shù)過(guò)程中的各次諧波導(dǎo)納矩陣，利用模態(tài)分析法求得諧波導(dǎo)納矩陣的特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量，根據(jù)特征值和特征向量選擇有源濾波器配置的候選位置節(jié)點(diǎn)。

其中，根據(jù)S2中的特征值計(jì)算各模態(tài)的模態(tài)阻抗以選擇發(fā)生諧振的模態(tài)，根據(jù)特征向量計(jì)算發(fā)生諧振的模態(tài)的所有參與因子，參與因子的大小對(duì)應(yīng)于受諧振的影響的大小，根據(jù)參與因子的大小判斷各節(jié)點(diǎn)受諧振影響的大小，將有源濾波器配置的候選位置節(jié)點(diǎn)選擇為較大參與因子對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)，也即發(fā)生諧波并聯(lián)諧振的位置。

S3，輸入粒子群算法中的有關(guān)參數(shù)和上述得到的候選位置節(jié)點(diǎn)，利用粒子群算法輸出優(yōu)化結(jié)果。

其中，粒子群算法中的有關(guān)參數(shù)包括個(gè)體規(guī)模、維數(shù)和迭代次數(shù)。

如圖3所示，S3具體包括：S31，參數(shù)初始化；S32，計(jì)算每個(gè)粒子所對(duì)的適應(yīng)度值；S33，隨機(jī)調(diào)整權(quán)重值以選取最好位置；S34，判斷結(jié)果是否滿足收斂條件，如果滿足收斂條件，輸出優(yōu)化結(jié)果，如果不滿足，返回S32。

其中，S31中，通過(guò)隨機(jī)確定粒子的初始速度和位置，并隨機(jī)選擇權(quán)重值來(lái)進(jìn)行參數(shù)初始化。

S33中通過(guò)隨機(jī)調(diào)整權(quán)重值，使粒子的速度和位置進(jìn)行更新迭代，以選取最好位置。

S33中具體包括：選取局部最好位置；選取全局最好位置。選取局部最好位置時(shí)，將每個(gè)粒子的適應(yīng)度值與其經(jīng)歷過(guò)的最好位置的適應(yīng)度值進(jìn)行比較，如果比后者好，則將其作為當(dāng)前的最好位置。選取全局最好位置時(shí)，將每個(gè)粒子適應(yīng)度值與全局經(jīng)歷過(guò)的最好位置的適應(yīng)度值進(jìn)行比較，如果比后者好，則將其作為當(dāng)前的全局最好位置。首先進(jìn)行局部比較，其次進(jìn)行全局比較，可以有效節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。

本發(fā)明的有源濾波器優(yōu)化配置方法采用了模態(tài)分析與粒子群算法相結(jié)合，通過(guò)引入模態(tài)分析法，確定有源濾波器的候選位置節(jié)點(diǎn)，減少了粒子群算法確定有源濾波器配置位置的計(jì)算量，運(yùn)算速度快，利于算法的快速收斂，并能找到更好的最優(yōu)解，可以有效計(jì)算有源濾波器的最優(yōu)接入位置，對(duì)提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和改善電能質(zhì)量起到了良好的作用。

以上實(shí)施例僅為本發(fā)明的示例性實(shí)施例，不用于限制本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍由權(quán)利要求書(shū)限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和保護(hù)范圍內(nèi)，對(duì)本發(fā)明做出各種修改或等同替換，這種修改或等同替換也應(yīng)視為落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。