交流滤波器的优化方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种交流滤波器的优化方法及装置，所述交流滤波器用于过滤换流器产生在交流母线上的谐波电流，所述方法包括：获取交流滤波器的优化模型，所述优化模型的目标函数为交流滤波器投资成本、交流母线电压总谐波畸变率和电话谐波波形系数，约束条件为交流滤波器中高低压元件的限值，决策变量为交流滤波器中的独立变量；基于MOEA/D算法求解所述交流滤波器的优化模型，获得非劣解集；利用三维模糊控制器对所述非劣解集进行最优解的选取，获得交流滤波器的最优参数，实现交流滤波器的优化。本发明专利技术能够有效滤除换流站产生的谐波，抑制对通信的干扰，同时节约成本，高效可靠。

【技术实现步骤摘要】
交流滤波器的优化方法及装置
本专利技术属于高压直流输电领域，具体涉及一种交流滤波器的优化方法及装置。
技术介绍
为减少输电线路的损耗和节约宝贵的土地资源，高压直流输电(high-voltagedirectcurrent，HVDC)技术逐渐发展起来。随着大功率电力电子技术的不断成熟，高压直流输电系统在大容量、远距离输送方面的经济性、稳定性和灵活性等优势也日益突出。但高压直流输电系统在运行过程中不可避免地要产生大量的谐波，这些谐波必须通过交、直流滤波装置来加以抑制。因此滤波装置设计的合理与否直接关系到特高压直流输电系统的投资成本与运行性能的好坏。常规交流滤波器设计比直流滤波器设计更加复杂，因为交流滤波器容量大，设备多，设计相关标准严格，而且设计过程中要综合考虑交、直流系统的运行情况。因此直流输电工程想要具有更高的输电能力和输电效率，实现安全可靠、经济合理的大容量、远距离的电力传输，交流滤波器的优化设计尤为重要。目前，在传统的交流滤波器设计的基础上，国内外不少研究者已从不同的角度进行了优化理论的创新，如针对单调谐滤波器和高通滤波器，以整个滤波器电容器额定安装容量最小为目标的优化设计方法，如从机会约束规划中的随机规划理论出发，针对传统交流滤波器设计的优化方法进行了改进，如采用遗传算法以交流滤波器的寿命周期成本最小为目标的优化设计方法。高压直流输电工程交流滤波器的设计方法采用传统的理论计算，或者是采用单目标优化的智能算法，均不能保证性能指标(包括滤波性能和抑制对通信的干扰性能)和经济指标同时达到最理想的状态。<br>
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种交流滤波器多目标优化方法及装置，能够有效滤除换流站产生的谐波，抑制对通信的干扰，同时节约成本，高效可靠。为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：第一方面，本专利技术提供了一种交流滤波器的优化方法，所述交流滤波器用于过滤换流器产生在交流母线上的谐波电流，所述方法包括：获取交流滤波器的优化模型，所述优化模型的目标函数为交流滤波器投资成本、交流母线电压总谐波畸变率和电话谐波波形系数，约束条件为交流滤波器中高低压元件的限值，决策变量为交流滤波器中的独立变量；基于MOEA/D算法求解所述交流滤波器的优化模型，获得非劣解集；利用三维模糊控制器对所述非劣解集进行最优解的选取，获得交流滤波器的最优参数，实现交流滤波器的优化。可选地，所述约束条件和决策变量的确定方法包括：基于换流器的相对感性压降，计算出换相角：式中，μ为换相角，α为触发角，dx为换流器的相对感性压降，Id为直流电流，IdN为额定直流电流，Udio为换流器的理想空载直流电压，UdioN为换流器的额定理想空载直流电压；基于换流器的理想空载直流电压Udio，计算出换流器直流侧功率Pd：Pd＝UdiOId；基于换流器直流侧功率Pd、换相角μ、触发角α计算换流器消耗的无功功率Qdc：基于换流器消耗的无功功率，计算出交流滤波器的总容量和单组容量；基于所述交流滤波器的总容量和单组容量，以及交流母线上电流谐波的频谱，确定出交流滤波器的型式；基于交流滤波器的型式，确定出交流滤波器中的独立变量和交流滤波器中高低压元件的限值。可选地，所述交流滤波器总容量和单组容量计算方法为：式中，Qtotal为交流滤波器的总容量；Qac为交流系统的无功需求；Qdc为在确定无功补偿设备时所假设的换流站的无功需求；U为设计平衡点处的换流母线标幺值电压；Qsb为在额定电压下最大交流滤波器分组释放的无功；N为备用无功补偿装置的组数；式中，ΔQ为交流滤波器的单组容量；ΔU/U为换流母线电压相对阶跃变化量；Sd为交流母线处的交流系统短路容量；Qtotal为无功补偿设备提供的总无功。可选地，所述交流滤波器的投资成本计算公式为：式中，C为交流滤波器投资成本，P、Q、T分别为交流滤波器中电容、电感和电阻元件的总数量，kCi、kL、kR分别为交流滤波器中各电容、电感和电阻元件的单位容量价格，SCi、SLi、PRi分别为交流滤波器中各电容、电感和电阻元件的容量。可选地，当所述交流滤波器由双调谐高通滤波器、三调谐高通滤波器和并联电容器组成时，所述交流滤波器的投资成本目标函数C为：C＝CDTF+CTTF+CC式中，CDTF为双调谐滤波器的投资成本，CTTF为三调谐滤波器的投资成本，CC为并联电容器的投资成本：CC＝kCSC式中，kC、kC1、kL分别为并联电容器、高压电容器、电抗器的单位容量价格；kC2、kC3为低压电容器的单位容量价格；kR为电阻的单位容量价格；SC、SC1、SL1分别为并联电容器、高压电容器、冲击电抗器的容量；SC2、SC3为低压电容器的容量；SL2、SL3为低压电抗器的容量；PR1为阻尼电阻的容量；PR2、PR3为滤波电阻的容量。可选地，所述电压总谐波畸变率目标函数THD为：式中，Un为各次谐波电压有效值，U1为基波电压有效值，M为交流滤波器设计中所考虑的最高谐波次数。可选地，所述电话谐波波形系数目标函数THFF为：式中，fh为h次谐波频率；Pfh为h次谐波电压的噪声加权系数，Uh为各次谐波电压有效值。可选地，所述基于MOEA/D算法实现交流滤波器的参数优化，包括以下步骤：(1)设置MOEA/D算法参数：1.1)种群大小：N；1.2)均匀分布的N个权重向量：λ1，....，λN；1.3)每一个邻域中的权重向量的个数：T；1.4)子问题定义：式中，x为种群中的点，即问题的解；j为权重向量的索引；z为参考点；f为目标函数；m为目标函数个数；i为目标函数的索引；(2)初始化2.1)初始化邻域计算任意两个权重向量间的欧式距离，查找每个权重向量最近的T个权重向量，对于每个解的索引k＝1，....，N，令其邻域B(k)＝{k1，....，kT}，则是λk最近的T个权重向量；2.2)初始化种群POP在可行空间中均匀随机采集点x产生初始种群POP：x1，....，xN；2.3)初始化参考点z初始化令zi＝min{fi(x1)，fi(x2)，...，fi(xN)}，1≤i≤m；2.4)初始化外部种群EP将种群POP中的非支配解存入外部种群EP中；(3)主循环3.1)基因重组产生子代从B(k)中随机选取两个序号n、l，运用交叉算子和变异算子由父代xn和xl产生一个新的子代解y；3.2)更新参考点z对于j＝1，....，m，若fj(y)＜zi，则令zi＝fj(y)；3.3)更新邻域解对于j∈B(k)，若gte(y|λj，z)≤gte(xj|λj，z)，则令xj＝y，f(xj)＝f(y)；3.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种交流滤波器的优化方法，所述交流滤波器用于过滤换流器产生在交流母线上的谐波电流，其特征在于，所述方法包括：/n获取交流滤波器的优化模型，所述优化模型的目标函数为交流滤波器投资成本、交流母线电压总谐波畸变率和电话谐波波形系数，约束条件为交流滤波器中高低压元件的限值，决策变量为交流滤波器中的独立变量；/n基于MOEA/D算法求解所述交流滤波器的优化模型，获得非劣解集；/n利用三维模糊控制器对所述非劣解集进行最优解的选取，获得交流滤波器的最优参数，实现交流滤波器的优化。/n

【技术特征摘要】
1.一种交流滤波器的优化方法，所述交流滤波器用于过滤换流器产生在交流母线上的谐波电流，其特征在于，所述方法包括：
获取交流滤波器的优化模型，所述优化模型的目标函数为交流滤波器投资成本、交流母线电压总谐波畸变率和电话谐波波形系数，约束条件为交流滤波器中高低压元件的限值，决策变量为交流滤波器中的独立变量；
基于MOEA/D算法求解所述交流滤波器的优化模型，获得非劣解集；
利用三维模糊控制器对所述非劣解集进行最优解的选取，获得交流滤波器的最优参数，实现交流滤波器的优化。


2.根据权利要求1所述的一种交流滤波器的优化方法，其特征在于：所述约束条件和决策变量的确定方法包括：
基于换流器的相对感性压降，计算出换相角：



式中，μ为换相角，α为触发角，dx为换流器的相对感性压降，Id为直流电流，IdN为额定直流电流，Udio为换流器的理想空载直流电压，UdioN为换流器的额定理想空载直流电压；
基于换流器的理想空载直流电压Udio，计算出换流器直流侧功率Pd：
Pd＝UdioId；
基于换流器直流侧功率Pd、换相角μ、触发角α计算换流器消耗的无功功率Qdc：



基于换流器消耗的无功功率，计算出交流滤波器的总容量和单组容量；
基于所述交流滤波器的总容量和单组容量，以及交流母线上电流谐波的频谱，确定出交流滤波器的型式；
基于交流滤波器的型式，确定出交流滤波器中的独立变量和交流滤波器中高低压元件的限值。


3.根据权利要求1所述的一种交流滤波器的优化方法，其特征在于：所述交流滤波器总容量和单组容量计算方法为：



式中，Qtotal为交流滤波器的总容量；Qac为交流系统的无功需求；Qdc为在确定无功补偿设备时所假设的换流站的无功需求；U为设计平衡点处的换流母线标幺值电压；Qsb为在额定电压下最大交流滤波器分组释放的无功；N为备用无功补偿装置的组数；



式中，ΔQ为交流滤波器的单组容量；ΔU/U为换流母线电压相对阶跃变化量；Sd为交流母线处的交流系统短路容量；Qtotal为无功补偿设备提供的总无功。


4.根据权利要求1所述的一种交流滤波器的优化方法，其特征在于：所述交流滤波器的投资成本计算公式为：



式中，C为交流滤波器投资成本，P、Q、T分别为交流滤波器中电容、电感和电阻元件的总数量，kCi、kL、kR分别为交流滤波器中各电容、电感和电阻元件的单位容量价格，SCi、SLi、PRi分别为交流滤波器中各电容、电感和电阻元件的容量。


5.根据权利要求1所述的一种交流滤波器的优化方法，其特征在于：当所述交流滤波器由双调谐高通滤波器、三调谐高通滤波器和并联电容器组成时，所述交流滤波器的投资成本目标函数C为：
C＝CDTF+CTTF+CC
式中，CDTF为双调谐滤波器的投资成本，CTTF为三调谐滤波器的投资成本，CC为并联电容器的投资成本：






CC＝kCSC
式中，kC、kC1、kL分别为并联电容器、高压电容器、电抗器的单位容量价格；kC2、kC3为低压电容器的单位容量价格；kR为电阻的单位容量价格；SC、SC1、SL1分别为并联电容器、高压电容器、冲击电抗器的容量；SC2、SC3为低压电容器的容量；SL2、SL3为低压电抗器的容量；PR1为阻尼电阻的容量；PR2、PR3为滤波电阻的容量。

【专利技术属性】
技术研发人员：王成亮，石凡，王宏华，钟巍峰，杨庆胜，
申请(专利权)人：江苏方天电力技术有限公司，河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32