基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置的制作方法

本发明涉及电压恢复装置领域，尤其涉及一种基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置。

背景技术：

1、目前，随着电力系统中新能源比例的增加和非线性、不对称负载的增加，电力系统的电能质量问题日益凸显，而电网的电压暂降已经成为最大的问题。动态电压恢复器(dynamic voltage restorer，dvr)因其高效率、高可靠性和高速度而成为目前最经济有效的动态补偿设备。

2、目前，国内外有关电力系统的研究，主要有：电网电压暂降探测与参数提取、dvr补偿策略、dvr最大输出功率、储能型dvr能量恢复策略、dvr补偿式柔性切换技术、dvr控制技术等。但是，以上的研究主要集中在dvr设备的功能和控制策略的优化上。在电网运行良好的情况下，dvr设备经常处于空闲状态，设备利用率低，功能单一。为此，国内外专家和学者就dvr等串联设备的功能进行了扩展。有学者介绍了一种具有电流限制的动态电压恢复装置(dynamic voltage restorer with fault current limiting，fcl-dvr)，它既可以调整电网的电压品质，又可以实现短路电流限制。fcl-dvr系统的设计主要有：改善控制模式的限制，增大限流支路的流量。fcl-dvr结构主要有基于滤波器的电感限流、桥式结构限流等。以上所述多功能装置局限于原有功能和故障限流功能的结合，且有效工作时间所占比例很小，需要提高设备的利用率。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，以提升设备利用率为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

2、基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，多功能动态电压恢复装置，简称mf-dvr，包括直流源、pwm逆变器、lc滤波器、串联电容c和变压器t，装置的直流侧用于接新能源，并经dc/dc变换器为直流侧电压提供能量，dc/dc变换器可实现直流稳压和新能源最大功率点追踪，pwm逆变器交流端经lc滤波器连接串联电容c，lc滤波器由lf滤波电感和cf滤波电容组成；作为建立粒子群优化的初始化分解，mf-dvr包括可以调度有功功率的p型、可以调度有功功率及无功功率的联合p&q型mf-dvr和仅可以调度无功功率的q型，然后建立粒子群优化的适应度函数作为目标函数，经过迭代速度和位置，得到最优解，并传递给基于模型预测控制mpc的设备级功率控制，设备及功率控制作为主要控制，结合经过粒子群优化的用于孤岛和并网操作的最优解的设备级别和系统级别功率基准pref和qref，通过总体平衡的成本函数实现对pwm逆变器的控制。通过粒子群优化结合基于模型预测控制mpc，mf-dvr以矢量控制为基础，既能完成新能源的消纳，又能调整电网的电能质量，实现有功功率的调控，大大提升了工作时间占比，提高了设备利用率。

3、作为优选技术手段：基于模型预测控制mpc中，在并网模式下，光伏变电站的电压和频率由大电网决定，在mf-dvr的拓扑结构中，通过基尔霍夫定律，可以得到

4、

5、其中vg表示刚性电网电压，由于mf-dvr的负载电压由vg严格固定，因此有功和无功输出功率通过下式计算：

6、

7、

8、其中∧表示αβ正交坐标系中的复共轭运算；

9、通过离散化并使用当前时刻k的功率值，预测下一时刻(k+2)的有功和无功功率采样周期为

10、

11、

12、为更好地控制mf-dvr的有功功率和无功功率，设计的延迟补偿函数为：

13、jpq＝(pref-p(k+2))2+wpq(qref-q(k+2))2

14、其中ωpq是加权系数，该方程将在每个采样周期求解，以从所有替代电压矢量中选择最小结果。有效实现基于模型预测控制mpc中在每个采样周期求解，实现在所有替代电压矢量中选择最小结果。

15、作为优选技术手段：适应度函数为：

16、

17、其中适应度函数中的每一项表示每种mf-dvr类型的总体运行成本。cx(pxp)表示生产(pxp)kw时第x个仅p型mf-dvr的成本。同样，指生产kw和kvar时联合p&q型mf-dvr的成本，代表生产kvar时仅q型mf-dvr的成本。np、npq和nq分别是仅p型、联合p&q型和仅q型单位的总数。建立粒子群优化的适应度函数作为目标函数，其目的就是尽可能降低电网的总运行成本，即最小化目标函数值。

18、作为优选技术手段：考虑到新能源的发电和损耗，总体平衡的成本函数公式可以写成：

19、

20、

21、其中pload和qload是有功和无功功率负载需求，ploss和qloss是有功和无功功率损耗，pgrid和qgrid分别是在并网模式下工作的大电网的有功和无功功率。实现最优化的平衡控制。

22、作为优选技术手段：粒子群优化的迭代方程如下：

23、

24、

25、其中iter表示迭代次数，v表示速度，x表示位置，λ表示惯性权重，c1和c2表示学习速率，pbest和gbest分别表示自身和全局的最佳位置；

26、尽管速度是动态调整的，但它也应该位于预先指定的范围内，建议在整个维度上的速度是均匀的，如下所示

27、

28、

29、其中xmax和xmin分别是所有粒子记录的最大值和最小值，n是调整变化量的间隔数，基于随机产生的初始参数，通过判断适应度函数来更新粒子的位置和速度，适应度函数可以设置为代价函数加上惩罚变量。然后，增加迭代次数，并再次评估适应度函数，以更新pbest和gbest，直到迭代次数用完或达到控制目标，最后得到最优解。实现非线性问题的粒子群优化迭代。

30、有益效果：通过粒子群优化结合基于模型预测控制mpc，实现对pwm逆变器的优化控制，mf-dvr以矢量控制为基础，既能完成新能源的消纳，又能调整电网的电能质量，实现有功功率的调控，大大提升了工作时间占比，提高了设备利用率。

技术特征：

1.基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，其特征在于：多功能动态电压恢复装置，简称mf-dvr，包括直流源、pwm逆变器、lc滤波器、串联电容c和变压器t，装置的直流侧用于接新能源，并经dc/dc变换器为直流侧电压提供能量，dc/dc变换器实现直流稳压和新能源最大功率点追踪，pwm逆变器交流端经lc滤波器连接串联电容c，lc滤波器由lf滤波电感和cf滤波电容组成；mf-dvr包括能调度有功功率的p型、能调度有功功率及无功功率的联合p&q型mf-dvr和仅能调度无功功率的q型，以对系统进行优化，建立粒子群优化的适应度函数作为目标函数，经过迭代速度和位置，得到最优解，并传递给基于模型预测控制mpc的设备级功率控制，设备及功率控制作为主要控制，结合经过粒子群优化的用于孤岛和并网操作的设备级别和系统级别功率基准pref和qref，通过总体平衡的成本函数实现对pwm逆变器的控制。

2.根据权利要求1所述的基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，其特征在于：基于模型预测控制mpc中，在并网模式下，光伏变电站的电压和频率由大电网决定，在mf-dvr的拓扑结构中，通过基尔霍夫定律，得到

3.根据权利要求2所述的基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，其特征在于：适应度函数为：

4.根据权利要求3所述的基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，其特征在于：考虑到新能源的发电和损耗，总体平衡的成本函数公式写成：

5.根据权利要求4所述的基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，其特征在于：粒子群优化的迭代方程如下：

技术总结
本发明公开了一种基于粒子群优化的多功能动态电压恢复装置，涉及电压恢复装置领域。目前的多功能装置局限于原有功能和故障限流功能的结合，且有效工作时间所占比例很小，需要提高设备的利用率。本发明包括直流源、PWM逆变器、LC滤波器、串联电容C和变压器T，装置的控制通过粒子群优化结合基于模型预测控制MPC，实现对PWM逆变器的优化控制。MF‑DVR以矢量控制为基础，既能完成新能源的消纳，又能调整电网的电能质量，实现有功功率的调控，大大提升了工作时间占比，提高了设备利用率。

技术研发人员：陈识微,蒋鲁军,赵国庆,郎宏飞,李会荣,倪仁安,楼春根,茅晓青,戴宝娟
受保护的技术使用者：杭州电力设备制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13