基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法技术

本发明专利技术提供一种基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，包括：获取配电网中各节点的数据；分析各节点的安装灵敏度并确定有源电力滤波器的最优安装位置；确定最优节点上单台有源电力滤波器的补偿容量；判断候选节点上是否存在单台有源电力滤波器可使整个网络满足要求，如果不存在，返回进行迭代补偿；如果存在，在该节点上安装有源电力滤波器，更新节点电压的总谐波畸变率并输出配置结果。本发明专利技术无需每个非线性负载的接入点配置一台SAPF，减少了SAPF的使用数量，降低了局域配电网的治理成本。理成本。理成本。

【技术实现步骤摘要】
基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法


[0001]本专利技术属于局域配电网谐波优化综合治理领域，涉及一种基于自适应算法的配电网并联型有源电力滤波器(Shunt active power filter，SAPF)配置方法。

技术介绍

[0002]随着工业电气化程度的逐步提高及新能源发电接入规模的逐渐增大，配电网中用电负荷的种类和数量逐年上涨。各类电力电子装置、变压器和荧光灯等典型非线性负载产生的高次谐波会使电网电压产生畸变，带来严重的谐波问题，导致电能传输效率降低、电气设备过热等。因此，配电网中高次谐波的综合治理问题已经引起了国内外众多学者的广泛关注。
[0003]传统谐波治理措施是采用无源滤波器。无源滤波器结构简单、造价低并且运行损耗小，是配电网中改善电能质量常见的设备。但由于自身结构的限制，无源滤波器的谐波补偿频带窄，难以达到预期的滤波特性，实时补偿效果差。
[0004]随着电网系统电力电子化进程的逐渐深入，电网谐波问题在治理方式上出现了极大变化，有源电力滤波器的优势逐渐显现。全控型电力电子器件的并联型有源电力滤波器(Shunt Active Power Filter,SAPF)通过向特定母线注入矫正的谐波电流来抑制配电网中的谐波失真。这已经成为谐波治理的有效手段之一，使得局域电网谐波综合治理成为可能。目前，最常见的SAPF治理方案为点对点就近补偿，即在每个非线性负载的接入点配置一台SAPF。这种治理方案虽然精准但并不高效，且相比于无源滤波器治理成本大大增加，尤其在电网中含有大量分散性非线性负载的情况下。因此，SAPF的优化配置研究是配电网高次谐波治理的关键问题。
[0005]治理设备的优化配置研究是指在治理设备安装前，假设电网中各环节(包括电压、线路阻抗、负载等)参数已知，通过各种优化技术与算法确定治理设备的类型、补偿容量、安装位置、以及预期控制指令等的最优配置方案，使得谐波治理设备的补偿效益达到最高。其相关研究涉及SAPF的拓扑结构、控制器设计、稳定性计算等问题。为了实现区域电网的谐波综合补偿，恰当的SAPF配置方案的选择尤为重要。该配置问题可以被视为一个优化问题，需要量化SAPF对网络多节点电压谐波的影响，并根据不同的目标函数和约束搜索SAPF的最佳接入点和参考容量。经典和现代控制理论难以解决这类复杂的多变量、多约束、非线性的混合整数规划问题，而智能控制技术和优化算法的理论和方法在电气工程领域的应用逐渐增多，为治理设备的优化配置提供了新的研究思路。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，解决现有技术中在每个非线性负载的接入点配置一台SAPF，局域配电网治理成本高的问题。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，包括以下步骤：
[0009]步骤S1、获取配电网中各节点的数据；
[0010]步骤S2、分析各节点的安装灵敏度并确定有源电力滤波器的最优安装位置；
[0011]步骤S3、确定最优节点上单台有源电力滤波器的补偿容量；
[0012]步骤S4、判断候选节点上是否存在单台有源电力滤波器可使整个配电网治理满足要求，如果不存在，返回步骤S1进行迭代补偿；如果存在，在该节点上安装有源电力滤波器，更新节点电压的总谐波畸变率并输出配置结果。
[0013]进一步的，所述的各节点的数据包括各节点各次谐波含有率及母线电压的总谐波畸变率。
[0014]进一步的，所述的获取配电网中各节点的数据具体为：通过查询电缆厂家的参数手册及对应的国家标准得到局域配电网的阻抗矩阵，通过测量设备得到局域配电网中各节点的谐波电压，计算得到各节点各次谐波含有率及各节点电压的总谐波畸变率。
[0015]进一步的，所述的步骤S2具体包括：
[0016]步骤S201、确定配电网谐波综合治理的治理目标；
[0017]步骤S202、建立单台有源电力滤波器对网络各节点单次谐波电压补偿的目标函数；
[0018]步骤S203、根据目标函数变形得到安装灵敏度系数的计算公式；
[0019]步骤S204、计算各节点灵敏度系数，根据灵敏度系数的大小对网络节点进行排序，节点灵敏度系数越小，优先级越高。
[0020]进一步的，所述的治理目标为：各节点各次谐波含有率≤3.2％，母线电压的总谐波畸变率≤4％。
[0021]进一步的，所述的步骤S202中的目标函数的计算公式为：
[0022]其中：
[0023]k代表网络节点编号；
[0024]h代表第h次谐波；
[0025]治理前电网k节点的基波电压为
[0026]治理后电网k节点的h次谐波电压为
[0027]q号节点上的有源电力滤波器输出的h次谐波补偿电流为
[0028]节点k和q之间的谐波等效阻抗为上述参数可由测量得到；
[0029]为了简便后续的运算，更直观地获得优化结果，对等式上式进行平方获得最终目标方程形式如下：
[0030][0031]进一步的，所述的安装灵敏度系数的计算公式为：
[0032]其中：
[0033]k代表网络节点编号；
[0034][0034]为第k个节点的1次谐波电压；
[0035]进一步的，所述的步骤S3具体包括：基于自适应算法计算最优安装节点上单台有源电力滤波器的补偿容量，并根据拉格朗日乘数法算出补偿容量中各次谐波的分量值。
[0036]进一步的，所述的单台有源电力滤波器的补偿容量的计算公式为：
[0037]其中：
[0038]是治理前节点k第h次的谐波电流，|I
unit,0
|是有源电力滤波器的初始电流幅值，ω
c
是谐波含量因数。
[0039]进一步的，所述的补偿容量中各次谐波的分量值的计算公式为：
[0040]|I
unit,i
|＝ω
i
|I
unit,0
|，其中：
[0041]|I
unit,0
|是有源电力滤波器的初始电流幅值，ω
i
是迭代因子。
[0042]本专利技术对SAPF的安装位置与输出容量对配电网总谐波畸变率变化的影响进行研究，提成一种基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，合理地安排SAPF的安装位置，无需每个非线性负载的接入点配置一台SAPF，减少了SAPF的使用数量，降低了局域配电网的治理成本。同时使得含有多个分散非线性负载的配电网中的各次谐波含有率和总谐波畸变率满足国标GB/T 14549-93《电能质量公用电网谐波》中的规定。
附图说明
[0043]图1为本专利技术中的IEEE-18节点电力系统图示意图；
[0044]图2为本专利技术中配置方法程序流程图；
[0045]图3为第一个实验中系统内非线性负载分布图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1、获取配电网中各节点的数据；步骤S2、分析各节点的安装灵敏度并确定有源电力滤波器的最优安装位置；步骤S3、确定最优节点上单台有源电力滤波器的补偿容量；步骤S4、判断候选节点上是否存在单台有源电力滤波器可使整个配电网治理满足要求，如果不存在，返回步骤S1进行迭代补偿；如果存在，在该节点上安装有源电力滤波器，更新节点电压的总谐波畸变率并输出配置结果。2.根据权利要求1所述的基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，其特征在于，所述的各节点的数据包括各节点各次谐波含有率及母线电压的总谐波畸变率。3.根据权利要求1所述的基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，其特征在于，所述的获取配电网中各节点的数据具体为：通过查询电缆厂家的参数手册及对应的国家标准得到局域配电网的阻抗矩阵，通过测量设备得到局域配电网中各节点的谐波电压，计算得到各节点各次谐波含有率及各节点电压的总谐波畸变率。4.根据权利要求1所述的基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，其特征在于，所述的步骤S2具体包括：步骤S201、确定配电网谐波综合治理的治理目标；步骤S202、建立单台有源电力滤波器对网络各节点单次谐波电压补偿的目标函数；步骤S203、根据目标函数变形得到安装灵敏度系数的计算公式；步骤S204、计算各节点灵敏度系数，根据灵敏度系数的大小对网络节点进行排序，节点灵敏度系数越小，优先级越高。5.根据权利要求4所述的基于自适应算法的配电网有源电力滤波器配置方法，其特征在于，所述的治理目标为：各节点各次谐波含有率≤3.2％，母线电压的总谐波畸变率≤4％。6.根据权利要求4所述的基于自适应算法的配电网有...

【专利技术属性】
技术研发人员：金庆忍，陈卫东，郭敏，姚知洋，周柯，韩帅，阮诗雅，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：