专利名称：基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法
技术领域：
本发明涉及电力供电系统中无源滤波器参数优化设计方法，特别是一种基于两点式工况的无源滤波器参数的优化设计方法，属于无源滤波器参数的优化设计方法的创新技术。
背景技术：
随着电网的谐波污染日益严重，而用电单位对电能质量的要求日益提高，对电网进行谐波治理已经迫在眉睫。无源滤波器(Passive Power Filter, PF)在电网谐波治理和无功补偿中担任重要的角色，如何合理地设计和优化他们的参数，从而发挥其作用，对保证电网谐波治理和无功补偿的正常工作、提高系统的整体性能起着至关重要的作用。目前，无源滤波器的设计方法一般是根据工程经验或简单的技术经济指标来选择参数，较少采用优化设计。已有的优化设计方法中，通常都是针对系统在单一工况(通常为最大工况)下的参数设计。而实际运行中，当负荷减少时，选择退出哪一组无源滤波器的运行就可能成为一个非常困难的事情，因为在不同工况下运行时，系统中谐波含量的变化与所需无功补偿的变化并不会同比例地发生，因而基于最大工况下设计的无源滤波器组在其他工况下运行时，有可能出现无论退出哪一组都使得无功补偿容量和系统谐波含量无法同时满足要求的情况。因此，为了克服以上问题，在无源滤波器组的参数设计中就需要综合考虑到电力系统在不同工况下对无源滤波器参数的不同要求，从而设计出最优的参数，以保证电力系统在不同工况下的谐波指标及无源滤波器的安全指标均符合要求。
发明内容
本发明提出一种基于两点式工况的无源滤波器参数的优化设计方法。本发明在系统最大工况和最小工况下，对于系统的谐波补偿和无功补偿均能达到较为满意的补偿效果，克服了传统补偿方案里只对单一工况补偿效果最优而在其他工况下谐波补偿和无功补偿不匹配的问题。本发明的技术方案是:本发明的基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，包括如下步骤:
1)确定负荷中的主要谐波次数，进而确定主调谐次数和高通滤波器组截止频率；
2)确定系统在最大和最小工况下所需的无功补偿容量；
3)根据两种工况下系统侧的短路容量确定系统在不同工况下需要的谐波补偿量；
4)确定含有无源滤波器组的电力系统谐波潮流计算的数学模型；根据第I) 3)步中确定的主要补偿的谐波次数、谐波和无功补偿的大小，确定无源滤波器的调谐次数及需要的组数；
5)建立包括有目标函数及约束条件的优化计算的数学模型，求解最优的无源滤波器组的参数。上述步骤I)为了使无源滤波器在电网频偏或本身参数有一定制造误差时，仍具有较好的滤波性能，且避免与系统的等值感抗发生谐振，应设计滤波器的调谐频率为比需要滤除的谐波频率低3% 10%。上述步骤5)中优化计算的目标函数要求反映方案的经济指标，以无源滤波器初期投资最小为目标函数。上述步骤5)中优化计算的目标函数考虑无源滤波器投资最大的部分是电容器，因而在计算初期投资费用时只考虑了滤波电容器的费用，目标函数确定如下:
权利要求
1.一种基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，其特征在于包括如下步骤: 1)确定负荷中的主要谐波次数，进而确定主调谐次数和高通滤波器组截止频率； 2)确定系统在最大和最小工况下所需的无功补偿容量； 3)根据两种工况下系统侧的短路容量确定系统在不同工况下需要的谐波补偿量； 4)确定含有无源滤波器组的电力系统谐波潮流计算的数学模型；根据第I) 3)步中确定的主要补偿的谐波次数、谐波和无功补偿的大小，确定无源滤波器的调谐次数及需要的组数； 5)建立包括有目标函数及约束条件的优化计算的数学模型，求解最优的无源滤波器组的参数。
2.根据权利要求1所述的基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，其特征在于上述步骤I)为了使无源滤波器在电网频偏或本身参数有一定制造误差时，仍具有较好的滤波性能，且避免与系统的等值感抗发生谐振，应设计滤波器的调谐频率为比需要滤除的谐波频率低3% 10%。
3.根据权利要求1所述的基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，其特征在于上述步骤5)中优化计算的目标函数要求反映方案的经济指标，以无源滤波器初期投资最小为目标函数。
4.根据权利要求3所述的基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，其特征在于上述步骤5)中优化计算的目标函数考虑无源滤波器投资最大的部分是电容器，因而在计算初期投资费用时只考虑了滤波电容器的费用，目标函数确定如下:
5.根据权利要求4所述的基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，其特征在于上述步骤5)中技术指标包含方案执彳丁后系统的谐波指标、无功补偿指标，安全指标包含电各器的过电压、过电流和容量平衡校验， 具体约束条件包括: Ca)谐波约束 补偿后各次谐波电压含有率、谐波电流含量应满足国标规定的限值:
6.根据权利要求5所述的基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，其特征在于上述优化计算使用灾变遗传算法进行优化计算。
7.根据权利要求1至6任一项所述的基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，其特征在于上述无源滤波器优化设计是基于对系统的两种工况——最大和最小工况的综合考虑，在优化问题的建立中使各参数同时满足最大和最小工况下的约束条件。
全文摘要
本发明是一种基于两点式工况的无源滤波器优化设计方法，包括如下步骤1)确定负荷中的主要谐波次数，进而确定主调谐次数和高通滤波器组截止频率；2)确定系统在最大和最小工况下所需的无功补偿容量；3)根据两种工况下系统侧的短路容量确定系统在不同工况下需要的谐波补偿量；4)确定含有无源滤波器组的电力系统谐波潮流计算的数学模型；根据上述确定的谐波次数、谐波和无功补偿的大小，确定无源滤波器的调谐次数及需要的组数；5)建立优化计算的数学模型，求解最优的无源滤波器组的参数。本发明考虑最大、最小工况下的谐波、无功补偿需求，所设计的无源滤波器组在系统最大工况和最小工况下均能实现对谐波补偿和无功补偿都能达到较好的效果。
文档编号H02J3/01GK103199533SQ20131007943
公开日2013年7月10日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者丁泽俊, 曾江, 欧阳森, 王凯亮, 段卫国, 董旭柱 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 华南理工大学