基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法技术

本发明专利技术提供的基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法，以APF的补偿电流为未知量，基于电网的拓扑结构、线路阻抗信息和正常负载信息建立APF补偿电流与各点谐波电压的矩阵关系，采用矩阵最小二乘法求解APF最优补偿电流，APF在线运行时，根据APF最优补偿电流控制输出对应电流，完成局域电网谐波电压的综合治理。本发明专利技术提出的治理方法科学地利用APF容量，通过少量APF使整体的谐波水平达到最优。另外，该方法是基于电流补偿，所以具有较快的响应速度，考虑到控制结构的相似性，工程上从局部负载补偿控制结构调整为广义最优电流补偿控制结构的难度相对较小，由于免去了对谐波源进行建模的复杂流程，本发明专利技术在综合治理上的实时性比较好，可以应对实际工程中，电网复杂多变的情况，具有较大的工程意义。

Integrated Harmonic Control Method for Local Area Power Network Based on Least Square Method

The method for comprehensive harmonic control of local area power network based on least square method is provided. The matrix relationship between APF compensation current and harmonic voltage at each point is established based on the topology of power network, line impedance information and normal load information. The optimal compensation current of APF is solved by matrix least square method. When APF runs online, the optimal compensation current of APF is calculated according to the optimal compensation electricity of APF. Current control output corresponding current, complete the local area network harmonic voltage comprehensive control. The control method of the invention scientifically utilizes the APF capacity to optimize the overall harmonic level through a small amount of APF. In addition, the method is based on current compensation, so it has faster response speed. Considering the similarity of control structure, it is relatively less difficult to adjust the local load compensation control structure to the generalized optimal current compensation control structure in engineering. Because the complex process of modeling harmonic source is eliminated, the real-time performance of the present invention in comprehensive control is better, and it can cope with the reality. In international engineering, the complex and changeable situation of power grid has great engineering significance.

【技术实现步骤摘要】
基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法
本专利技术属于电网电能质量优化领域，涉及如何利用并联型有源电力滤波器对电网谐波进行快速治理，使得局域电网整体的谐波含量最小的控制方法。
技术介绍
随着近年来电力电子技术的发展，越来越多的电力电子设备诸如整流器、逆变器以及DC-DC变换器，因其能够高效便利地对电能进行变换的特点，在电网中得到大量使用。然而，由于电力电子器件本身的非线性特性，电力电子设备的投入不可避免地在电网中产生了大量难以忽视的谐波问题，劣化了电网的电能质量。为了解决这类问题，各种各样的电能质量治理设备应运而生，其中有源电力滤波器(APF)由于补偿灵活，响应速度快等优势具有很好的发展前景。有源电力滤波器按照安装方式可分为并联型、串联型两种，其中并联型有源电力滤波器(SAPF)的工作方式一般是对问题负载进行就地补偿，通过将有源电力滤波器与待治理负载并联的方式进行补偿，首先检测负载向电网注入的谐波电流，并提取其中谐波分量，之后对谐波电流取反，将其作为主电路的输出指令，以此指令控制主电路向电网注入与负载相反的谐波电流，从而使由连接点流入电网的总电流不含谐波分量，达到谐波抑制的效果。从滤波的角度来看，相当于负载的谐波分量通过有源滤波器流出而不进入电网，因此称之为有源电力滤波器。当有源滤波器用于对集中的大功率非线性负载进行治理时，能够取得很好的治理效果。但是，对于含有多个分布式非线性负载的局域电网来说，要使电网整体的电能质量得到优化，按照就地补偿的方法则需要多个有源电力滤波器同时进行治理。一方面来说，并不经济，另一方面，如果仅有部分问题负载得到了治理，当安装位置和补偿负载选择不合理时，电网的整体电能质量并不能保证一定得到优化，严重时甚至会导致电能质量相比于治理前恶化。因此，如何利用少量有源电力滤波器对包含许多分布式非线性负载的局域电网的电压谐波进行系统级的综合优化治理便成为一个值得研究的问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法，可以对分布有若干谐波源的电网进行综合治理，使得电网整体的电压谐波情况得到改善。本专利技术是通过以下技术方案来实现：基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法，包括以下步骤；步骤1、根据待治理电网的电压和电流参数，得到电网的阻抗参数以及电网的正常负载参数；步骤2、根据步骤1得到的电压、电流及阻抗参数，列出电网各节点的电压方程，公式如下；其中，m为节点的数量，n为非线性谐波源负载的数量，j为APF的数量，Uh为APF补偿后电网各节点的h次电压，为APF的h次最优补偿电流，为问题负载的h次电流，为APF电流到各节点电压的转移阻抗，为问题负载电流到各节点电压的转移阻抗；步骤3、采用矩阵最小二乘法对步骤2的电压方程求解，得到最优补偿电流具体求解如下；首先，定义3m×3m阶的权重系数矩阵K：其中，(x＝1,2…m)，0代表3×3阶的零矩阵；步骤4、重复步骤2-3，直至完成所有待补偿谐波次上最优补偿电流的求解，将各谐波次的最优补偿电流相加，得到最终的补偿电流IAPF，APF在线运行时，利用最终的补偿电流IAPF，控制APF输出对应的补偿电流，完成局域电网谐波电压的综合治理。可选的，步骤1中在电网的各个节点上安装实时监测装置，获取各节点的电压电流信息。可选的，步骤1中相邻节点的线路阻抗参数的计算方法如下；其中，Zab为a节点到b节点的线路阻抗，Ua和Ub为两个节点的电压值，Iab为a节点到b节点的电流。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术提供的基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法，以APF的补偿电流为未知量，基于电网的拓扑结构、线路阻抗信息和正常负载信息建立APF补偿电流与各点谐波电压的矩阵关系，采用矩阵最小二乘法求解APF最优补偿电流，APF在线运行时，根据APF最优补偿电流控制输出对应电流，完成局域电网谐波电压的综合治理。本专利技术提出的治理方法科学地利用APF容量，通过少量APF使电网整体的谐波水平达到最优。另外，该方法是基于电流补偿，所以具有较快的响应速度，考虑到控制结构的相似性，工程上从局部负载补偿控制结构调整为广义最优电流补偿控制结构的难度相对较小。附图说明图1为本专利技术实施例中七节点电网系统结构；图2为本专利技术实施例中5、7、11和13次谐波的治理效果对比；图3a为单台补偿时各节点谐波治理效果图；图3b为两台补偿时各节点谐波治理效果图；图4a为本专利技术单台补偿时APF2的输出电流图；图4b为本专利技术两台补偿时APF1的输出电流图；图4c为本专利技术两台补偿时APF2的输出电流图；图5为本专利技术5次、7次、11次和13次谐波的治理效果对比图；图6a为本专利技术单台补偿时各节点谐波治理效果图；图6b为本专利技术两台补偿时各节点谐波治理效果图；图7a为本专利技术单台补偿时APF2的输出电流图；图7b为本专利技术两台补偿时APF1的输出电流图；图7c为本专利技术两台补偿时APF2的输出电流图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。一种基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理有源电力滤波器最优补偿方法，包括以下步骤；步骤1、采集待治理电网的电压电流信息，进而利用这些信息确定电网的线路阻抗以及正常负载的参数。步骤2、以APF的补偿电流为未知量，基于电网的拓扑结构，线路阻抗信息，正常负载信息建立APF补偿电流与各点谐波电压的矩阵关系。步骤3、采用矩阵最小二乘法，求解得出使待治理电网谐波电压最小的APF的最优补偿电流，可以发现，最优补偿电流由各谐波源电流加权生成。步骤4、重复步骤2-3，直至完成所有待补偿谐波次上最优补偿电流的求解，将各谐波次的最优补偿电流相加，得到最终的补偿电流IAPF，APF在线运行时，通过收集各谐波源的电流信息，进而利用补偿电流IAPF，控制APF输出对应电流，即可完成局域电网谐波电压的综合治理。本专利技术在求解APF最优补偿电流时，将各个谐波源视为电流源，避免了复杂的建模，结合已知的线路阻抗等信息，顺利建立了电网的电压方程。但是在求解过程中，由于APF的数量也即方程中未知量的维度约束，实际上不存在解析解。然而，仍可通过最小二乘法得出在确定APF数量和补偿节点的情况下，最优补偿电流的解。具体过程如下：步骤1、根据待治理电网的电压和电流参数，得到电网的阻抗参数以及电网的正常负载参数；在电网的各个节点上安装实时监测装置，用以获取各节点的电压电流信息，并据此计算得出阻抗信息，同时将谐波源的输出电流提取出来。阻抗信息可通过下式计算得出，以节点a到节点b的阻抗为例，两个节点之间阻抗可由两节点电压之差与两节点之间电流相比得到。其中，Zab为a节点到b节点的线路阻抗，Ua和Ub为两个节点的电压值，Iab为a节点到b节点的电流；步骤2、列出电网各节点的电压方程假设有一个含有许多分散谐波源的m节点的三相电网，其中有n个问题负载(非线性谐波源负载)以及j个APF。将这些问题负载和APF用电流源代替，考虑网络中的其他参数(包括线路阻抗，正常负载阻抗)已知，则电网各节点任意h次电压可以写为：上式中Uh为APF补偿后电网各节点的h次电压，为APF的h次电流，为问题负载的h次电流，为APF电流到各节点电压的转移阻抗，为问题负本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1、根据待治理电网的电压和电流参数，得到电网的阻抗参数以及电网的正常负载参数；步骤2、根据步骤1得到的电压、电流及阻抗参数，列出电网各节点的电压方程，公式如下；

【技术特征摘要】
1.基于最小二乘法的局域电网谐波综合治理方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1、根据待治理电网的电压和电流参数，得到电网的阻抗参数以及电网的正常负载参数；步骤2、根据步骤1得到的电压、电流及阻抗参数，列出电网各节点的电压方程，公式如下；其中，m为节点的数量，n为非线性谐波源负载的数量，j为APF的数量，Uh为APF补偿后电网各节点的h次电压，为APF的h次最优补偿电流，为问题负载的h次电流，为APF电流到各节点电压的转移阻抗，为问题负载电流到各节点电压的转移阻抗；步骤3、采用矩阵最小二乘法对步骤2的电压方程求解，得到最优补偿电流具体求解如下；首先，定义3m×3m阶的权重系数矩阵K：其中，0代表3×3阶的...

【专利技术属性】
技术研发人员：易皓，翟灏，卓放，陶冉，杨泽斌，朱承治，
申请(专利权)人：西安交通大学，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61