專利名稱：基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力供電系統(tǒng)中無源濾波器參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，特別是一種基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，屬于無源濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的創(chuàng)新技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著電網(wǎng)的諧波污染日益嚴(yán)重，而用電單位對(duì)電能質(zhì)量的要求日益提高，對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行諧波治理已經(jīng)迫在眉睫。無源濾波器(Passive Power Filter, PF)在電網(wǎng)諧波治理和無功補(bǔ)償中擔(dān)任重要的角色，如何合理地設(shè)計(jì)和優(yōu)化他們的參數(shù)，從而發(fā)揮其作用，對(duì)保證電網(wǎng)諧波治理和無功補(bǔ)償?shù)恼９ぷ鳌⑻岣呦到y(tǒng)的整體性能起著至關(guān)重要的作用。目前，無源濾波器的設(shè)計(jì)方法一般是根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)或簡(jiǎn)單的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來選擇參數(shù)，較少采用優(yōu)化設(shè)計(jì)。已有的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，通常都是針對(duì)系統(tǒng)在單一工況(通常為最大工況)下的參數(shù)設(shè)計(jì)。而實(shí)際運(yùn)行中，當(dāng)負(fù)荷減少時(shí)，選擇退出哪一組無源濾波器的運(yùn)行就可能成為一個(gè)非常困難的事情，因?yàn)樵诓煌r下運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中諧波含量的變化與所需無功補(bǔ)償?shù)淖兓⒉粫?huì)同比例地發(fā)生，因而基于最大工況下設(shè)計(jì)的無源濾波器組在其他工況下運(yùn)行時(shí)，有可能出現(xiàn)無論退出哪一組都使得無功補(bǔ)償容量和系統(tǒng)諧波含量無法同時(shí)滿足要求的情況。因此，為了克服以上問題，在無源濾波器組的參數(shù)設(shè)計(jì)中就需要綜合考慮到電力系統(tǒng)在不同工況下對(duì)無源濾波器參數(shù)的不同要求，從而設(shè)計(jì)出最優(yōu)的參數(shù)，以保證電力系統(tǒng)在不同工況下的諧波指標(biāo)及無源濾波器的安全指標(biāo)均符合要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。本發(fā)明在系統(tǒng)最大工況和最小工況下，對(duì)于系統(tǒng)的諧波補(bǔ)償和無功補(bǔ)償均能達(dá)到較為滿意的補(bǔ)償效果，克服了傳統(tǒng)補(bǔ)償方案里只對(duì)單一工況補(bǔ)償效果最優(yōu)而在其他工況下諧波補(bǔ)償和無功補(bǔ)償不匹配的問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是:本發(fā)明的基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
1)確定負(fù)荷中的主要諧波次數(shù)，進(jìn)而確定主調(diào)諧次數(shù)和高通濾波器組截止頻率；
2)確定系統(tǒng)在最大和最小工況下所需的無功補(bǔ)償容量；
3)根據(jù)兩種工況下系統(tǒng)側(cè)的短路容量確定系統(tǒng)在不同工況下需要的諧波補(bǔ)償量；
4)確定含有無源濾波器組的電力系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)第I) 3)步中確定的主要補(bǔ)償?shù)闹C波次數(shù)、諧波和無功補(bǔ)償?shù)拇笮。_定無源濾波器的調(diào)諧次數(shù)及需要的組數(shù)；
5)建立包括有目標(biāo)函數(shù)及約束條件的優(yōu)化計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，求解最優(yōu)的無源濾波器組的參數(shù)。上述步驟I)為了使無源濾波器在電網(wǎng)頻偏或本身參數(shù)有一定制造誤差時(shí)，仍具有較好的濾波性能，且避免與系統(tǒng)的等值感抗發(fā)生諧振，應(yīng)設(shè)計(jì)濾波器的調(diào)諧頻率為比需要濾除的諧波頻率低3% 10%。上述步驟5)中優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)要求反映方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以無源濾波器初期投資最小為目標(biāo)函數(shù)。上述步驟5)中優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)考慮無源濾波器投資最大的部分是電容器，因而在計(jì)算初期投資費(fèi)用時(shí)只考慮了濾波電容器的費(fèi)用，目標(biāo)函數(shù)確定如下:
權(quán)利要求
1.一種基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟: 1)確定負(fù)荷中的主要諧波次數(shù)，進(jìn)而確定主調(diào)諧次數(shù)和高通濾波器組截止頻率； 2)確定系統(tǒng)在最大和最小工況下所需的無功補(bǔ)償容量； 3)根據(jù)兩種工況下系統(tǒng)側(cè)的短路容量確定系統(tǒng)在不同工況下需要的諧波補(bǔ)償量； 4)確定含有無源濾波器組的電力系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)第I) 3)步中確定的主要補(bǔ)償?shù)闹C波次數(shù)、諧波和無功補(bǔ)償?shù)拇笮。_定無源濾波器的調(diào)諧次數(shù)及需要的組數(shù)； 5)建立包括有目標(biāo)函數(shù)及約束條件的優(yōu)化計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，求解最優(yōu)的無源濾波器組的參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于上述步驟I)為了使無源濾波器在電網(wǎng)頻偏或本身參數(shù)有一定制造誤差時(shí)，仍具有較好的濾波性能，且避免與系統(tǒng)的等值感抗發(fā)生諧振，應(yīng)設(shè)計(jì)濾波器的調(diào)諧頻率為比需要濾除的諧波頻率低3% 10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于上述步驟5)中優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)要求反映方案的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，以無源濾波器初期投資最小為目標(biāo)函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于上述步驟5)中優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)考慮無源濾波器投資最大的部分是電容器，因而在計(jì)算初期投資費(fèi)用時(shí)只考慮了濾波電容器的費(fèi)用，目標(biāo)函數(shù)確定如下:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于上述步驟5)中技術(shù)指標(biāo)包含方案執(zhí)彳丁后系統(tǒng)的諧波指標(biāo)、無功補(bǔ)償指標(biāo)，安全指標(biāo)包含電各器的過電壓、過電流和容量平衡校驗(yàn)， 具體約束條件包括: Ca)諧波約束 補(bǔ)償后各次諧波電壓含有率、諧波電流含量應(yīng)滿足國(guó)標(biāo)規(guī)定的限值:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于上述優(yōu)化計(jì)算使用災(zāi)變遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，其特征在于上述無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)是基于對(duì)系統(tǒng)的兩種工況——最大和最小工況的綜合考慮，在優(yōu)化問題的建立中使各參數(shù)同時(shí)滿足最大和最小工況下的約束條件。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于兩點(diǎn)式工況的無源濾波器優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟1)確定負(fù)荷中的主要諧波次數(shù)，進(jìn)而確定主調(diào)諧次數(shù)和高通濾波器組截止頻率；2)確定系統(tǒng)在最大和最小工況下所需的無功補(bǔ)償容量；3)根據(jù)兩種工況下系統(tǒng)側(cè)的短路容量確定系統(tǒng)在不同工況下需要的諧波補(bǔ)償量；4)確定含有無源濾波器組的電力系統(tǒng)諧波潮流計(jì)算的數(shù)學(xué)模型；根據(jù)上述確定的諧波次數(shù)、諧波和無功補(bǔ)償?shù)拇笮?，確定無源濾波器的調(diào)諧次數(shù)及需要的組數(shù)；5)建立優(yōu)化計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，求解最優(yōu)的無源濾波器組的參數(shù)。本發(fā)明考慮最大、最小工況下的諧波、無功補(bǔ)償需求，所設(shè)計(jì)的無源濾波器組在系統(tǒng)最大工況和最小工況下均能實(shí)現(xiàn)對(duì)諧波補(bǔ)償和無功補(bǔ)償都能達(dá)到較好的效果。
文檔編號(hào)H02J3/01GK103199533SQ20131007943
公開日2013年7月10日 申請(qǐng)日期2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月13日
發(fā)明者丁澤俊, 曾江, 歐陽森, 王凱亮, 段衛(wèi)國(guó), 董旭柱 申請(qǐng)人:南方電網(wǎng)科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 華南理工大學(xué)