[发明专利]配电网滤波装置优化配置的数学模型

说明书

技术领域

本发明涉及当配电网结构、参数和谐波电流已知时，统一优化配电网范围内的有源和无源滤波装置的安装地点、安装类型、安装组数及容量参数，使配电网的滤波装置在保证网络中各节点谐波电压含有率和平均电压总谐波畸变率在规定限值内，并在滤波装置安全运行的前提下，使全网滤波装置的投资费用最小。 

背景技术

随着现代工业技术的发展，各种非线性和时变性电力电子装置(如逆变器、整流器及各种开关电源等)大规模的应用使电力系统中非线性负荷大量增加，并且这些电力电子装置的开关动作向配电网中注入了大量的谐波和次谐波分量，导致配电网中电压和电流波形的严重失真，从大量的现场测试结果来看，这些非线性负荷的谐波电流具有显著的随机性，严重影响着供、用电设备的安全经济运行。在用户或电网中装设滤波器可减少和控制注入电网的谐波电流以及补偿无功损耗，使配电网中各节点谐波电压满足相应谐波标准。有源电力滤波器(APF)具有高度可控性和快速响应性，能对频率和幅值都变化的谐波进行实时跟踪补偿，但其容量大、造价较高。无源滤波器(PPF)结构简单、设备投资少、运行可靠性较高，但单独使用时滤波效果受到系统阻抗、谐波源特性及系统频率变化等因素的影响较大，易与电网阻抗发生谐振。这是典型的多目标、含大量约束条件的非线性优化问题。因此，考虑两种滤波装置的优化配置是目前工程应用的必然选择。但是由于在综合使用时各自的性能都会受到部分影响，为了适应谐波源和网络参数的随机变化，寻求如何用最小代价在电网中配置滤波器并使之满足抑制谐波要求，这样对有源和无源滤波器的参数进行优化设计显得非常重要。 

发明内容

本发明的目的是通过建立一种数学模型(在谐波电压和电容器容量等满足约束条件的前提下，从系统平均电压总畸变率和投资成本的角度出发，利用线性加权方式给出综合目标函数，将惩罚函数添加到目标函数中，使得约束优化问题转化为无约束优化问题，并采用改进模拟退火-粒子群算法进行求解)对配电网滤波器的安装地点，安装组数以及容量参数进行优化，以保证网络各节点谐波电压含有率和平均电压谐波总畸变率在规定限值内，以及滤波装置安全可靠运行的前提下，使得电网电压谐波总畸变率和投资成本最小。 

为实现上述的目的，本发明所采用的技术方案是：对整个配电网考虑了有源滤波器和无源滤波器的综合优化配置，从系统电压总畸变率和投资成本的角度出发，采用线性加权的方式给出综合目标函数，使多目标优化问题转化为单目标优化问题，解决了在实际情况中，两个目标函数不能同时到达最小值，而只能通过协调各函数之间的关系的问题。采用改进的模拟退火-粒子群算法(即在算法中引进一个自适应惯性系数和存储器)进行求解。将惩罚函数添加到目标函数中，来计算算法中用到的适应值，使得约束优化问题转化为无约束优化问题。适应度函数是指根据实际问题的需要，按一定的约束条件评价粒子的优劣。当算法停止是，适应度函数最优的粒子即为优化搜索寻找到的最优解得计算。存储器记录一直到当前搜索过程中出现过的最优解，再把退火过程结束后的最终解与之比较，得到全局最优解，避免了粒子群算法易陷入局部最优。在全网范围内统一优化有源和无源滤波装置的安装地点及相应参数，减小系统的损耗，将电压、功率因数等保持在规定范围内，达到投资成本最小化的目的。它的基本方法如下 

(1)建立数学模型 

系统平均电压总畸变率，在寻优过程中，根据我国的国标GB/T14549-1993，加入畸变率的约束条件，目的是为了保证网络各节点谐波电压含有率HRU和平均电压谐波总畸变率THDU在规定限值内。然后建立装设滤波装置初期投资成本，得出投资费用与系统所要安装的滤波器参数的关系，以及在潮流约束和无源滤波器支路中的电压、电流和容量约束的情况下，运用改进模拟退火-粒子群算法对整个网络进行寻优计算，本数学模型通过对有源和无源滤波装置的安装地点、安装类型、安装组数和容量参数进行寻优计算，使电网的谐波含量在符合国家标准的基础上，越小越好；在保证网络各节点谐波电压含有率和平均电压谐波总畸变率在规定限值内，以及滤波装置安全可靠运行的前提下，使得电网电流谐波总畸变率和全网滤波装置的投资成本最小。在对滤波装置的无功补偿性能(基波无功功率的补偿和谐波无功功率的补偿)中，由于非线性负载的功率因数对系统滤波装置优化配置的影响主要表现在滤波装置的最小额定安装容量上，因此采用加大滤波器容量来满足无功补偿要求。采用线性加权的方式给出综合目标函数，使多目标优化问题转化为单目标优化问题，再对它依次进行ISA-PSO搜索从数学的角度考虑，解决优化配置属于多离散变量的非线性、整数混合规划问题。 

(2)改进了的算法的基本原理：