基於多目標優化算法的無源濾波器參數設計方法
2023-12-03 19:13:41
專利名稱：基於多目標優化算法的無源濾波器參數設計方法
技術領域：
本發明涉及電力供電系統中無源濾波器參數優化設計方法。
背景技術：
隨著工業、生活的發展，日益增多的電力電子裝備對電網電能質量帶來了嚴重的諧波汙染，對電力系統的安全、經濟運行造成極大的影響。對於電力系統中的諧波治理，通常基於工程經驗選擇濾波器參數以設計無源濾波器進行濾波和無功補償，在濾波效果上難以獲得最小的電壓畸變率。為了獲得最佳的濾波效果，設計人員將遺傳算法應用於電力系統進行無源濾波器參數優化設計，如將無源濾波器的投資成本、無功補償容量、濾波效果作為目標的多目標優化算法，由於電力系統中需要補償的無功功率在滿足功率因數要求的前提下可以根據系統數據計算得到具體的容量，則對於目前已有的無源濾波器多目標優化算法實質上是一種以電壓畸變率為指標的搜索最佳濾波效果的單目標優化方法。而以電壓畸變率衡量濾波效果的優化方法並不能保證無源濾波器各通道濾波效果均為最佳，可能會出現濾波器某一通道諧波電流過大而電壓畸變率卻滿足要求的情況。因此，針對無源濾波器參數優化方法，需要建立一種以各次濾波通道諧波電流大小、電壓畸變率為目標的多目標優化算法來搜索最佳的濾波器參數才能獲得最佳的濾波效果。
發明內容
本發明提出一種基於多目標優化算法的無源濾波器參數優化設計方法，該方法主要解決電力系統無源濾波器設計時各次濾波通道諧波電流與電壓畸變率最小化問題，保證無源濾波器獲得最佳的濾波效果。為達到上述目的，本發明採取的技術方案為提出一種基於多目標優化算法的無源濾波器參數設計方法，該方法以電力系統需要補償的無功功率容量為約束條件，以各次濾波通道諧波電流大小、電壓畸變率為優化目標，將電力系統無源濾波器參數優化抽象成一個約束多目標優化問題，再利用遺傳算法對約束多目標優化問題進行求解，通過優化計算獲得具有各種特性的Pareto最優解集以供設計者選擇。本發明提出的技術方案具體步驟包括(1)分析需要進行諧波治理的電力系統，將系統中的用電設備、電纜線路、變壓器等抽象成數學模型，建立電力系統拓撲結構；(2)根據現場測試數據和建立的電力系統數學模型計算系統需要補償的無功功率容量大小Qs ；(3)分析諧波源個數和位置，通過現場測試數據或是用電設備數據估算系統中各諧波源各次諧波電流大小；(4)根據步驟( 分析的各諧波源位置確定無源濾波器組數及各組濾波器在電網中的接入位置，根據各諧波源各次諧波電流成分確定無源濾波器組通道數K、各通道諧振次數NpN2、…、Νκ、品質因數q及等效頻偏δ，確定濾波器組導納計算公式； (5)根據(1)、(3)、(4)建立電力系統數學模型，根據節點電壓法可得系統數學模
型為
權利要求
1.基於多目標優化算法的無源濾波器參數設計方法，其特徵在於該方法首先是分析和建立電力系統的拓撲結構模型；然後以電力系統需要補償的無功功率容量為約束條件， 以各次濾波通道諧波電流大小、電壓畸變率為優化目標，得到一個約束多目標優化問題; 最後利用遺傳算法對約束多目標優化問題進行求解，通過優化計算獲得具有各種特性的 Pareto最優解集供設計者選擇。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，分析和建立電力系統的拓撲結構模型的方法為51)分析需要進行諧波治理的電力系統，為系統中的所有設備建立電力系統拓撲結構；52)根據現場測試數據和建立的電力系統拓撲結構計算系統需要補償的無功功率容量大小Qs ；53)分析諧波源個數和位置，通過現場測試數據或用電設備數據估算系統中各諧波源各次諧波電流大小；54)根據步驟S； )分析的各諧波源位置確定無源濾波器組數及各組濾波器在電網中的接入位置，根據各諧波源各次諧波電流成分確定無源濾波器組通道數K、各通道諧振次數 NpN2、…、Νκ、品質因數q及等效頻偏δ，確定濾波器組導納計算公式；55)根據Si)、S3)、S4)建立電力系統模型，根據節點電壓法得到電力系統模型為
3.根據權利要求2所述的方法，其特徵在於，得到約束多目標優化問題並求解的方法為56)根據步驟S3)、S4)確定電力系統中需要進行諧波治理的支路；57)將無源濾波器組各通道濾波器容量％、Q2>…、％作為待優化參數，將步驟S2)確定的電力系統需要補償的無功功率容量作為優化問題的約束條件；58)根據步驟S5，以電力系統需要進行諧波治理的第N支路中諧波電流iN1、IN2、…、iNK 作為優化指標f\、f2、···、&，以諧波電流iN1、iN2、…、iNK的電流值大小作為適應度函數；59)以濾波器組接入點的諧波電壓畸變率作為優化目標fK+1，電壓畸變率數值大小作為適應度函數；S10)將步驟S7 S9確定的待優化指標和約束條件組成約束多目標優化問題
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，步驟Sll獲得最優解集的方法為首先需要設置優化迭代次數N和交叉、變異概率p。、pffl,其優化方法如下(1)首先對待優化參數仏、％、…、％進行初始化，將仏、％、…、％組成一個染色體，隨機生成m個染色體形成一個種群；(2)將種群中m個染色體分別代入步驟S5的電力系統模型公式中進行求解，計算第N 支路諧波電流iN和該支路節點的諧波電壓Un ；(3)按照步驟SlO得到的公式計算各染色體對應的適應度函數值，按照多目標優化的方法對各個指標分別進行排序；(4)按照多目標優化方法對適應度值最大的個體進行交叉、變異操作，產生新的染色體個體；(5)判斷迭代次數是否大於最大迭代次數，若大於則執行步驟(8)，否則執行步驟(6)；(6)將產生的新個體代替步驟(4)中原種群適應度值最大的個體，形成新的種群個體；(7)將新的種群個體代入步驟S5的電力系統模型公式中進行求解，計算第N支路諧波電流iN和該支路節點的諧波電壓UN，然後執行步驟(4)；(8)輸出優化結果Pareto最優解集。
全文摘要
本發明提供了一種基於多目標優化算法的無源濾波器參數設計方法，該方法首先是分析和建立電力系統的拓撲結構模型；然後以電力系統需要補償的無功功率容量為約束條件，以各次濾波通道諧波電流大小、電壓畸變率為優化目標，得到一個約束多目標優化問題；最後利用遺傳算法對約束多目標優化問題進行求解，通過優化計算獲得具有各種特性的Pareto最優解集供設計者選擇。該方法解決了電力系統無源濾波器設計時各次濾波通道諧波電流與電壓畸變率最小化問題，能保證無源濾波器獲得最佳的濾波效果。
文檔編號H02J3/01GK102364800SQ201110274848
公開日2012年2月29日 申請日期2011年9月16日 優先權日2011年9月16日
發明者張華軍, 張潔, 謝德華 申請人:中冶南方工程技術有限公司