基于增强灰狼算法的统一电能质量调节器容量的优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于增强灰狼算法的统一电能质量调节器容量的优化方法。本发明专利技术根据增强的灰狼算法确定UPQC系统的最佳容量，在保证电能质量前提下，使得系统同时满足经济性。通过MATLAB仿真验证了所提出的策略和相应控制方法的实用性。它既能处理串联变压器的额定功率，又能处理功率变换器的额定功率。同时通过加入权重系数，使得UPQC系统更加具有经济性，也使优化过程更加完整和准确。此外，采用的双重控制策略直接利用参考电源电流和负载电压，而不是传统UPQC控制策略中采用并联补偿电流和串联注入电压。这使得从实施控制到实现目标的过程更加直接。标的过程更加直接。标的过程更加直接。

【技术实现步骤摘要】
基于增强灰狼算法的统一电能质量调节器容量的优化方法


[0001]本专利技术属于电力系统领域，具体是一种基于增强灰狼算法的统一电能质量调节器容量的优化方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着电力电子技术的发展和高精度仪器在电力系统中投入使用，用户对电能质量的要求日益提高。虽然在配电网中采用补偿装置可以改善电能质量，但大多数补偿装置功能单一，面对配电网复杂多样的电能质量问题往往不能集中解决，从而增加了电能质量治理成本。因此能够同时治理多种电能质量问题的方案具备了很高的研究价值。
[0003]统一电能质量调节器(Unified Power Quality Conditioner，UPQC)作为改善配电网电能质量的设备之一，如图1所示，具有独特的拓扑结构，其强大的补偿功能受到了广泛的关注，能够综合治理配电网中多种电能质量问题。后来根据不同的应用环境及实用性，UPQC的拓扑结构得到了发展。然而，UPQC系统包含两个变换器和一台变压器，这大大增加了该系统的生产成本，限制了UPQC的推广应用。
[0004]基于此在不影响补偿能力情况下降低UPQC系统容量具有很高的研究价值，这样在提高UPQC系统利用率的情况下，同时降低了系统成本。文献《G.S.Kumar,P.H.Vardhana,B.K.Kumar,and M.K.Mishra,“Minimization of VA loading of unified power quality conditioner(UPQC),”in Proc.IEEE Powereng,Mar.18
–
20,2009,pp.552
–
557.》中利用粒子群算法计算出了串联电压注入的最佳角度，这种迭代方法大多依赖于功率因数角的估计值，因此可能导致对最佳角度的估计繁琐且信息量大造成的计算速度较慢。使用灰狼算法可以提升计算速度和优化稳定性，但是精度得不到保证。文献《何思名,袁智勇,雷金勇,徐全,林跃欢,刘胤良,林心昊.基于改进灰狼算法的DG接入配电网反时限过电流保护定值优化[J].电力系统保护与控制,2021,49(18):173
‑
181.》中改进的灰狼算法(I
‑
GWO)同SOGWO一样，存在容易早熟、易陷入局部最优的问题。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于增强灰狼算法的统一电能质量调节器容量的优化方法。
[0006]本专利技术解决所述技术问题的技术方案是，提供一种基于增强灰狼算法的统一电能质量调节器容量的优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
[0007]步骤1、建立UPQC容量优化模型；
[0008]串联电压V
se
被注入相角γ和幅值，以保持合成负载电压V
L
在额定值和位移角δ的偏移；产生的负载电流I'
L
具有根据位移角的角度移动；因此，负载功率因φ和负载电流I
L
或I'
L
在操作期间是恒定的，建立UPQC系统的数学模型：
[0009]串联电压V
se
的大小计算如下：
[0010][0011]串联变换器的VA负载为
[0012][0013]并联变流器的VA负载表示为
[0014][0015][0016]将式(2)和式(4)相加，UPQC的VA负荷为
[0017]S
UPQC
＝S
se
+S
sh
ꢀꢀ
(5)
[0018]串联变压器的VA额定值是将最大绕组电流乘以最大串联电压计算得出的：
[0019][0020]所有式(1)
‑
(6)均为δ和k的函数；
[0021]基于数学模型和基本逻辑，将优化问题表述如下：
[0022]min.F
UPQC
＝(X,Y,Z)
ꢀꢀ
(7)
[0023]S
sh
(k,δ)≤X
ꢀꢀ
(8)
[0024]S
se
(k,δ)≤Y
ꢀꢀ
(9)
[0025][0026]其中，式(7)为目标函数，X,Y和Z是并联变换器、串联变换器和串联变压器的VA额定值；式(8)
‑
(10)为不等式约束条件，可以确保VA负荷在VA额定值的限制之内；之后，引入了目标函数中的权重；权重为变压器和变流器的单位成本；那么目标函数的物理意义就是UPQC系统的总资本成本，则优化问题更新如下：
[0027]min.λ
T
F
UPQC
＝λ
in
×
(X+Y)+λ
tr
×
Z
ꢀꢀ
(11)
[0028]S
sh
(k
min
,δ1)≤X
ꢀꢀ
(12)
[0029]S
se
(k
min
,δ1)≤Y
ꢀꢀ
(13)
[0030][0031]S
sh
(k
max
,δ2)≤X
ꢀꢀ
(15)
[0032]S
se
(k
max
,δ2)≤Y
ꢀꢀ
(16)
[0033][0034]其中，式(11)为目标函数，λ
in
和λ
tr
是变换器和变压器的单位成本；λ
T
F是UPQC系统的总资本成本；式(12)
‑
(17)为不等式约束条件，只考虑k＝k
min
且k＝k
max
的情况以减少问题的计算负担；以此获得并联变换器、串联变换器和串联变压器的最大VA额定值，分别为S
sh_o
、S
se_o
和S
ST_O
；
[0035]步骤2、在UPQC容量优化模型基础上，先对VA额定值的范围进行评估，再使用灰狼
算法来搜索UPQC系统的最小VA额定值，得出最优解。
[0036]与现有技术相比，本专利技术有益效果在于：
[0037](1)本专利技术根据增强的灰狼算法确定UPQC系统的最佳容量，在保证电能质量前提下，使得系统同时满足经济性。
[0038](2)通过MATLAB仿真验证了所提出的策略和相应控制方法的实用性。它既能处理串联变压器的额定功率，又能处理功率变换器的额定功率。同时通过加入权重系数，使得UPQC系统更加具有经济性，也使优化过程更加完整和准确。
[0039](3)采用的双重控制策略直接利用参考电源电流和负载电压，而不是传统UPQC控制策略中采用并联补偿电流和串联注入电压。这使得从实施控制到实现目标的过程更加直接。
附图说明
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于增强灰狼算法的统一电能质量调节器容量的优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、建立UPQC容量优化模型；串联电压V
se
被注入相角γ和幅值，以保持合成负载电压V
L
在额定值和位移角δ的偏移；产生的负载电流I'
L
具有根据位移角的角度移动；因此，负载功率因φ和负载电流I
L
或I'
L
在操作期间是恒定的，建立UPQC系统的数学模型：串联电压V
se
的大小计算如下：串联变换器的VA负载为并联变流器的VA负载表示为并联变流器的VA负载表示为将式(2)和式(4)相加，UPQC的VA负荷为S
UPQC
＝S
se
+S
sh
ꢀꢀ
(5)串联变压器的VA额定值是将最大绕组电流乘以最大串联电压计算得出的：所有式(1)
‑
(6)均为δ和k的函数；基于数学模型和基本逻辑，将优化问题表述如下：min.F
UPQC
＝(X,Y,Z)
ꢀꢀ
(7)S
sh
(k,δ)≤X
ꢀꢀ
(8)S
se
(k,δ)≤Y
ꢀꢀ
(9)其中，式(7)为目标函数，X,Y和Z是并联变换器、串联变换器和串联变压器的VA额定值；式(8)
‑
(10)为不等式约束条件，可以确保VA负荷在VA额定值的限制之内；之后，引入了目标函数中的权重；权重为变压器和变流器的单位成本；那么目标函数的物理意义就是UPQC系统的总资本成本，则优化问题更新如下：min.λ
T
F
UPQC
＝λ
in
×
(X+Y)+λ
tr
×
Z
ꢀꢀ
(11)S
sh
(k
min
,δ1)≤X
ꢀꢀ
(12)S
se
(k
min
,δ1)≤Y
ꢀꢀ
(13)S
sh
(k
max
,δ2)≤X
ꢀꢀ
(15)
S
se
(k
max
,δ2)≤Y
ꢀꢀ
(16)其中，式(11)为目标函数，λ
in
和λ
tr
是变换器和变压器的单位成本；λ
T
F是UPQC系统的总资本成本；式(12)
‑
(17)为不等式约束条件，只考虑k＝k
min
且k＝k
max
的情况以减少问题的计算负担；以此获得并联变换器、串联变换器和串联变压器的最大VA额定值，分别为S

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓宇，张惠娟，张福民，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：