本發(fā)明涉及一種新型三相四線不平衡負荷只利用容性元件的補償方法，屬于電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量治理領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率、大容量、高不對稱度負載日益增多，電力系統(tǒng)負荷不平衡問題日益嚴重。三相負載不平衡對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，電氣設(shè)備的安全，以及電能質(zhì)量造成很大的負面影響?！吨腥A人民共和國電力法》第三十二條規(guī)定“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序。對危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序的供電企業(yè)有權(quán)制止”。因此，對三相四線不平衡負荷的容性元件補償方法尤為重要。

目前現(xiàn)有的文章、專利與實際工程應(yīng)用中，對不平衡負荷的補償均需接入感性無功。作為無功補償元件，電抗器的成本、功耗和體積均遠大于電容器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于針對只利用容性元件對三相三線制中的不平衡負荷進行補償?shù)膯栴}，提出一種新型三相四線不平衡負荷只利用容性元件的補償方法，該方法利用對稱分量法推導(dǎo)出零序、正序和負序分量，并構(gòu)建了以負序電流和無功電流為指標的目標函數(shù)，利用遺傳算法，構(gòu)建出三相四線負荷不平衡的容性元件補償方法，為實際工程應(yīng)用提供了堅實的理論基礎(chǔ)。

實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種新型三相四線不平衡負荷只利用容性元件的補償方法，包括以下步驟：

步驟一：網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)電壓為正弦且對稱的情況下，ua＝u，ub＝α²u，uc＝αu，α＝e^120°j，其中：ua,ub,uc分別為a相、b相和c相電壓，u為相電壓幅值，j為復(fù)數(shù)的虛部單位，α為為三相電壓旋轉(zhuǎn)角，e為單位向量，根據(jù)對稱分量法求出僅用容性元件補償之后網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的零序、正序和負序電流；

步驟二：構(gòu)建遺傳算法的目標函數(shù)，目標函數(shù)滿足其中：obj為目標函數(shù)，分別為三相四線系統(tǒng)下的零序電流實部，零序電流虛部，正序電流虛部，負序電流實部以及負序電流虛部；

步驟三：利用遺傳算法，以實際工程應(yīng)用中最小電容單元的數(shù)值為基本單位，構(gòu)建與設(shè)定的種群個體數(shù)相同數(shù)量的、與δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca成正比例的、六個二進制數(shù)順序連接而成的、新的二進制數(shù)，作為初代種群中的個體；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值；

步驟四：得到初代種群中的個體之后，利用步驟二中的目標函數(shù)公式計算目標函數(shù)值，計算個體適應(yīng)度，并計算每個個體的遺傳幾率；對于初代種群中的個體，在下一代中的遺傳幾率與目標函數(shù)的大小成反比；

步驟五：根據(jù)種群中各個個體的遺傳幾率進行模擬基因交叉，重組以及變異過程，得到子代個體中使步驟二中目標函數(shù)值最小的一組個體，記錄并作為當代的最優(yōu)個體；

步驟六：重復(fù)步驟四、步驟五到至少500次，比較每一代最優(yōu)個體，得到整個遺傳過程中的最優(yōu)個體，將其根據(jù)步驟三逆轉(zhuǎn)換為δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca，即得到容性元件補償支路的最優(yōu)值；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：

1、本發(fā)明針對三相四線系統(tǒng)中不平衡負荷現(xiàn)象，以及實際工程應(yīng)用中感性元件成本高及維護困難的問題，提供了一種基于遺傳算法的可廣泛適用于三相四線系統(tǒng)的容性元件補償方法。本發(fā)明通過計算三相系統(tǒng)中的正序電流、負序電流以及零序電流的實部和虛部，從而構(gòu)造關(guān)于負序電流和無功電流的目標函數(shù)，利用遺傳算法進而提出了可以根據(jù)工程應(yīng)用中容性元件最小單元進行最優(yōu)調(diào)整的三相四線不平衡負荷的補償方法。

2、本發(fā)明提出的一種新型三相四線不平衡負荷只利用容性元件的補償方法，利用對稱分量法推導(dǎo)出零序、正序和負序分量，并構(gòu)建了以負序電流和無功電流為指標的目標函數(shù)，利用遺傳算法，構(gòu)建出三相四線負荷不平衡的容性元件補償方法，為實際工程應(yīng)用提供了堅實的理論基礎(chǔ)，填補了三相四線不平衡負荷的容性元件補償方法的空缺。

附圖說明

圖1為三相四線不平衡負荷的補償網(wǎng)絡(luò)原理圖。

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的說明，但并不局限于此，凡是對本發(fā)明技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍中。

具體實施方式

具體實施方式一：如圖1所示，本實施方式披露了一種新型三相四線不平衡負荷只利用容性元件的補償方法，包括以下步驟：

步驟一：網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)電壓為正弦且對稱的情況下，ua＝u，ub＝α²u，uc＝αu，α＝e^120°j，其中：ua,ub,uc分別為a相、b相和c相電壓，u為相電壓幅值，j為復(fù)數(shù)的虛部單位，α為為三相電壓旋轉(zhuǎn)角，e為單位向量，根據(jù)對稱分量法求出僅用容性元件補償之后網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的零序、正序和負序電流；

步驟二：構(gòu)建遺傳算法的目標函數(shù)，目標函數(shù)滿足其中：obj為目標函數(shù)，分別為三相四線系統(tǒng)下的零序電流實部，零序電流虛部，正序電流虛部，負序電流實部以及負序電流虛部；

步驟三：利用遺傳算法，以實際工程應(yīng)用中最小電容單元的數(shù)值為基本單位，構(gòu)建與設(shè)定的種群個體數(shù)相同數(shù)量的、與δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca成正比例的、六個二進制數(shù)順序連接而成的、新的二進制數(shù)，作為初代種群中的個體；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值；

步驟四：得到初代種群中的個體之后，利用步驟二中的目標函數(shù)公式計算目標函數(shù)值，計算個體適應(yīng)度，并計算每個個體的遺傳幾率；對于初代種群中的個體，在下一代中的遺傳幾率與目標函數(shù)的大小成反比；

步驟五：根據(jù)種群中各個個體的遺傳幾率進行模擬基因交叉，重組以及變異過程，得到子代個體中使步驟二中目標函數(shù)值最小的一組個體，記錄并作為當代的最優(yōu)個體；

步驟六：重復(fù)步驟四、步驟五到至少500次，比較每一代最優(yōu)個體，得到整個遺傳過程中的最優(yōu)個體，將其根據(jù)步驟三逆轉(zhuǎn)換為δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca，即得到容性元件補償支路的最優(yōu)值；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值。

具體實施方式二：本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，步驟一中所述的零序、正序和負序電流參數(shù)為：

步驟一中所述的零序、正序和負序電流參數(shù)為：

其中：u為相電壓幅值，分別為零序、正序和負序電流，ga,gb,gc為三相星型負載的電導(dǎo)，ba,bb,bc為三相星型負載的電納，δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，j為復(fù)數(shù)的虛部單位。

具體實施方式三：本實施方式是對具體實施方式一或二作出的進一步說明，利用遺傳算法對步驟二中的目標函數(shù)obj進行優(yōu)化。

具體實施方式四：本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，步驟三中所述的初代種群個體需滿足以下條件：

1)種群中每個個體為連續(xù)的6個二進制數(shù)，分別代表δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca連接組成的一組新的二進制，其中；δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值；

2)三個二進制數(shù)的每一個的值的范圍與三相四線系統(tǒng)所具備的電容器組的值的范圍，即0＜δb＜bmax所對應(yīng)，其中：δb為補償網(wǎng)絡(luò)中任意一個電納值，bmax為實際工程應(yīng)用中補償網(wǎng)絡(luò)的任意一相所能補償?shù)淖畲蟮碾娂{值；

3)二進制數(shù)的最小單位，即1要與三相四線系統(tǒng)電容器組的最小單元值相對應(yīng)。

具體實施方式五：本實施方式是對具體實施方式一作出的進一步說明，步驟四中所述的初代種群個體的適應(yīng)度定義為：其中：fit為適應(yīng)度，obj為步驟二中的目標函數(shù)。

實施例1：

如圖1所示，本實施例披露了一種新型三相四線不平衡負荷只利用容性元件的補償方法，包括以下步驟：

步驟一：網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)電壓為正弦且對稱的情況下ua＝u，ub＝α²u，uc＝αu，α＝e^120°j，計算僅用容性元件補償之后系統(tǒng)的零序、正序和負序電流：

其中：ua,ub,uc分別為a相、b相和c相電壓，u為相電壓幅值，j為復(fù)數(shù)的虛部單位,α為三相電壓旋轉(zhuǎn)角,e為單位向量，分別為零序、正序和負序電流，ga,gb,gc為三相星型負載的電導(dǎo)，ba,bb,bc為三相星型負載的的電納，δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值；

步驟二：構(gòu)建遺傳算法的目標函數(shù)，對于三相四線系統(tǒng)而言，目標函數(shù)滿足其中：obj為目標函數(shù)，分別為三相四線系統(tǒng)下的零序電流實部，零序電流虛部，正序電流虛部，負序電流實部以及負序電流虛部；

步驟三：構(gòu)建初代種群，種群中個體需要滿足以下條件：

1)種群中每個個體為連續(xù)的6個二進制數(shù)(分別代表δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca)連接組成的一組新的二進制數(shù)，其中：δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值；

2)6個二進制數(shù)，每一個的值的范圍與三相四線系統(tǒng)所具備的電容器組的值的范圍(即0＜δb＜bmax)所對應(yīng)；其中：δb補償網(wǎng)絡(luò)中任意一個電納值，bmax為實際工程應(yīng)用中補償網(wǎng)絡(luò)的任意一相所能補償?shù)淖畲蟮碾娂{值；

3)二進制數(shù)的最小單位(即1)要與三相四線系統(tǒng)電容器組的最小單元值相對應(yīng)；

步驟四：根據(jù)步驟一以及步驟二中的公式求出當代種群中每個個體的適應(yīng)度，適應(yīng)度定義為并找出當代中適應(yīng)度最高的個體將此二進制序列及其適應(yīng)度的值保存；其中：fit為適應(yīng)度，obj為步驟二中的目標函數(shù)；

步驟五：根據(jù)當代種群每個個體的適應(yīng)度值分配遺傳幾率，遺傳幾率需滿足：

1)遺傳幾率與適應(yīng)度函數(shù)成正比；

2)當代種群中所有個體的遺傳幾率之和相加為1；

步驟六：根據(jù)每個個體的遺傳幾率隨機取出兩個個體，在兩個個體的二進制數(shù)序列中隨機找一個相同位置切斷，各取左右半段，組成新的二進制數(shù)序列；以千分之一的幾率在新的二進制序列的一個隨機位置將其值取反(0變1,1變0)；以此兩個過程模仿生物的基因重組、變異過程，組成一個新的個體，以同樣的方式組成與設(shè)定好的種群個體數(shù)相同的個體，作為新一代種群；

步驟七：對新一代的種群個體重復(fù)步驟四-步驟六步驟，循環(huán)至少500次后得到每一代的適應(yīng)度最高的個體的數(shù)據(jù)；將歷代適應(yīng)度最高的個體的適應(yīng)度相比較，找出適應(yīng)度最高的個體的二進制序列，將其根據(jù)步驟三中構(gòu)建個體的方式將二進制序列數(shù)翻譯成為δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca，所得到的δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca即為三相四線系統(tǒng)需要接入各補償支路的電容器的電納值；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補償網(wǎng)絡(luò)的電納值。