本發(fā)明涉及新能源微網(wǎng)發(fā)電與運(yùn)行時(shí)，電能質(zhì)量補(bǔ)償器的安裝位置與容量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種電能質(zhì)量補(bǔ)償器安裝位置與容量?jī)?yōu)化規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

微電網(wǎng)集成了多種能源輸入(太陽能、風(fēng)能、常規(guī)化石燃料、生物質(zhì)能等)、特性符合、能源轉(zhuǎn)換單元(燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、內(nèi)燃機(jī)、儲(chǔ)能系統(tǒng)等)，是化學(xué)、熱力學(xué)、電動(dòng)力學(xué)等行為相互耦合的非線性復(fù)雜系統(tǒng)。目前，國內(nèi)外研究微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)對(duì)電能質(zhì)量的影響多數(shù)側(cè)重于微電源的電能質(zhì)量特性問題，而未將微電網(wǎng)中電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)納入微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。實(shí)際上，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)、微電源、負(fù)載等因素決定了微電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量，除了它們的特性和性能之外，其位置分布也是影響電能質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。微電源和負(fù)載受到環(huán)境等實(shí)際因素限制，位置往往固定，電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)的分布與容量就成為重要影響因素。調(diào)節(jié)系統(tǒng)的位置、容量不同，對(duì)微電網(wǎng)電能質(zhì)量的調(diào)節(jié)能力、調(diào)節(jié)效果也不同，確定合理的分布與容量對(duì)調(diào)節(jié)系統(tǒng)作用的發(fā)揮非常關(guān)鍵，同時(shí)也是多個(gè)電能質(zhì)量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和微電源間交互影響對(duì)策的研究基礎(chǔ)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種電能質(zhì)量補(bǔ)償器安裝位置與容量?jī)?yōu)化規(guī)劃方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種電能質(zhì)量補(bǔ)償器安裝位置與容量?jī)?yōu)化規(guī)劃方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷功率、電源功率、線路參數(shù)h次諧波及pq節(jié)點(diǎn)、pv節(jié)點(diǎn)參數(shù)，按照牛頓法計(jì)算初始時(shí)刻微網(wǎng)系統(tǒng)中各母線h次諧波頻率下的電壓vhk，old，及母線電流ih

2)利用各節(jié)點(diǎn)h次諧波頻率下的的電壓vhk,old與電能補(bǔ)償器的注入電流ihk,m得出電能補(bǔ)償器接入微網(wǎng)后各母線的電壓向量

3)根據(jù)修正后的母線電壓母線電流得到各微網(wǎng)母線的有功功率損失

4)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)各微網(wǎng)母線的有功功率損失、修正后的母線電壓計(jì)算出微網(wǎng)系統(tǒng)總的有功功率損失電能補(bǔ)償器最大容量imax、及母線電壓諧波量vthdk和微網(wǎng)系統(tǒng)總的有功功率損失電能補(bǔ)償器最大容量imax、及母線電壓諧波量vthdk所造成的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用f1，f2，f3；

5)以目標(biāo)函數(shù)fx＝f1+f2+f3最小為目標(biāo)，通過基于潮流計(jì)算的粒子群算法，在使得各微網(wǎng)母線、節(jié)點(diǎn)參數(shù)都滿足約束條件的基礎(chǔ)下求出電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置xo；

6)利用整數(shù)規(guī)劃方法計(jì)算出在xo下，使得微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用fi最小時(shí)的電能補(bǔ)償器容量io；若fi>fx則返回步驟5)；若fi＝fx，則所得出的xo、io即為電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置與最優(yōu)容量；fi＝f1+f2+f3；

7)判斷各母線電壓是否滿足約束條件，若滿足約束條件則所得出的xo、io即為電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置與最優(yōu)容量；若不滿足約束條件則返回步驟5)重新規(guī)劃。

微網(wǎng)系統(tǒng)總的有功功率損失所造成的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用f1為：其中，kp表示每1kw功率損失所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，h表示電壓諧波的最高次數(shù)，表示在第k條微網(wǎng)母線上h次諧波頻率下的有功功率損失；plossk表示在第k條微網(wǎng)母線上有功功率損失的基波分量；k表示微網(wǎng)母線總條數(shù)。

電能補(bǔ)償器最大容量imax所造成的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用f3為：其中，kv表示電壓畸變?cè)斐山?jīng)濟(jì)損失的比例系數(shù)，h表示電壓諧波的最高次數(shù)，表示第k條母線上母線電壓的h次諧波分量。

粒子群算法表達(dá)式如下：

其中，d表示基于潮流計(jì)算的粒子群算法所取粒子群的總個(gè)數(shù)，w是慣性權(quán)重，t表示粒子所進(jìn)行的運(yùn)算的次數(shù)，是當(dāng)前粒子在微網(wǎng)中的位置，是當(dāng)前粒子的移動(dòng)速度，是第l個(gè)粒子自己本身所找到的最優(yōu)解，gbest^t是整個(gè)種群目前找到的最優(yōu)解，r1、r2是兩個(gè)介于(0,1)之間的隨機(jī)數(shù)，c1、c2是學(xué)習(xí)因子。

c1＝c2＝2。

步驟7)中，所述約束條件為：微網(wǎng)母線上的電壓vk必須處在該微網(wǎng)母線電壓的最小值vkmin與最大值vkmax之間：所有電源節(jié)點(diǎn)的電壓畸變率應(yīng)滿足在某節(jié)點(diǎn)總的電壓畸變率vthdk(％)不大于電網(wǎng)所允許的最大畸變率vthdmax：電能補(bǔ)償器往電網(wǎng)中所注入的補(bǔ)償電流im必須小于或等于其最大注入電流imax。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為：本發(fā)明引入了含加權(quán)系數(shù)的目標(biāo)函數(shù)，使得對(duì)于電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置與安裝容量的判定有一個(gè)綜合性的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并提出了基于潮流計(jì)算的粒子群算法進(jìn)行最優(yōu)選址的方法，包含了潮流計(jì)算子程序、諧波計(jì)算子程序，該尋址方法可以避免陷入局部最優(yōu)解，且在尋址過程中保證了微網(wǎng)系統(tǒng)中各變量都滿足約束條件，從而保證了系統(tǒng)求解最優(yōu)解的高效性、合理性。

附圖說明

圖1所示為本例方案實(shí)施的微網(wǎng)系統(tǒng)框圖；

圖2所示為本例方案電能質(zhì)量補(bǔ)償器最優(yōu)安裝位置和安裝容量規(guī)劃方法的流程圖；

圖3為本例方案粒子群算法實(shí)施的具體步驟。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例含多逆變器微網(wǎng)系統(tǒng)，所述微網(wǎng)系統(tǒng)包括柴油發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、逆變器、變壓器；所述柴油發(fā)電機(jī)組、儲(chǔ)能系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)通過逆變器接入微網(wǎng)母線；所述變壓器將不同電壓等級(jí)的微網(wǎng)母線連接起來；所述微網(wǎng)母線末端接有負(fù)荷，母線14連接至電網(wǎng)；所述電能質(zhì)量補(bǔ)償器接入交流母線；所述電能質(zhì)量補(bǔ)償器包括直流儲(chǔ)能電容、變流器、lc濾波電路、采樣調(diào)理電路、鎖相環(huán)電路、控制器、igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，所述直流儲(chǔ)能電容、變流器、lc濾波電路依次連接，通過并網(wǎng)阻抗接入交流母線；通過檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)中的電流諧波分量，計(jì)算向網(wǎng)絡(luò)注入幅值大小相等，相位相差180°的電流以達(dá)到治理網(wǎng)絡(luò)諧波和補(bǔ)償無功的目的；所述鎖相環(huán)電路輸入端與公共連接點(diǎn)連接；所述igbt驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路驅(qū)動(dòng)所述變流器中的全控型功率器件。其中電能補(bǔ)償裝置的安裝位置與其所能注入的諧波電流大小都將影響到治理效果的好壞。其實(shí)施方式如下：

1)根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷功率、電源功率、線路參數(shù)h次諧波及pq節(jié)點(diǎn)、pv節(jié)點(diǎn)參數(shù)，按照牛頓法計(jì)算初始時(shí)刻微網(wǎng)系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)h次諧波頻率下的電壓vhk,old，及母線電流ih

2)利用各節(jié)點(diǎn)的電壓vhk,old、母線電阻電抗與電能補(bǔ)償器的注入電流ihk,m得出，電能補(bǔ)償器接入微網(wǎng)后各節(jié)點(diǎn)的電壓向量

式中：ihk,m＝ih,rk,m+jih,ik,m，ih,rk,m為ihk,m的實(shí)部分量，ih,ik,m為ihk,m的虛部分量，m表示第m臺(tái)電能補(bǔ)償器；

3)根據(jù)修正后的母線電壓母線電流得到微網(wǎng)母線的有功功率損失

式中：為的實(shí)部分量，為的虛部分量；

4)構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)，根據(jù)各母線的有功功率損失修正后的母線電壓計(jì)算出微網(wǎng)總的有功功率損失電能補(bǔ)償器最大容量imax、及母線電壓諧波量vthdk和他們所造成的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用f1，f2，f3；

式中：ka表示每投入1kvar電能補(bǔ)償器所產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，kp表示每1kw功率損失所產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，h表示電壓諧波的最高次數(shù)，h表示h次諧波頻率下的分量，k表示第k條母線上的分量；kv表示電壓畸變?cè)斐山?jīng)濟(jì)損失的比例系數(shù)；

5)以位置目標(biāo)函數(shù)fx最小為目標(biāo)通過基于潮流計(jì)算的粒子群算法，在使得各母線、節(jié)點(diǎn)參數(shù)都滿足約束條件的基礎(chǔ)下求出電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置xo，其具體步驟如下：

(1)首先劃分微電網(wǎng)中電能補(bǔ)償器所能接入的位置xld，確定粒子群的總個(gè)數(shù)d，學(xué)習(xí)因子c1、c2，并定義其初始位置和初始速度

(2)利用潮流計(jì)算方法解出當(dāng)電能質(zhì)量補(bǔ)償器接入時(shí)，各母線電壓母線電流情況，并由此求出位置目標(biāo)函數(shù)fx中有功功率損失電能補(bǔ)償器最大容量imax、及母線電壓諧波量vthdk和他們所造成的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用f1，f2，f3，記錄此時(shí)的fx作為

(3)判斷電能補(bǔ)償器接入位置時(shí)各母線電壓是否滿足約束條件，如果不滿足約束條件則將此點(diǎn)作為壞點(diǎn)，并將其從xld中剔除，若滿足約束條件則繼續(xù)進(jìn)行計(jì)算；

(4)按照下式中的迭代規(guī)律對(duì)所有粒子進(jìn)行迭代，得到位置目標(biāo)函數(shù)fx最小時(shí)的接入位置，該位置即為電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置xo：

式中：w代表的是慣性權(quán)重，t表示粒子所進(jìn)行的運(yùn)算的次數(shù)，xtd是當(dāng)前粒子在微網(wǎng)中的位置，v^td是當(dāng)前粒子的移動(dòng)速度，是第l個(gè)粒子自己本身所找到的最優(yōu)解，gbest^k是整個(gè)種群目前找到的最優(yōu)解，r1、r2是兩個(gè)介于(0,1)之間的隨機(jī)數(shù)，通常c1＝c2＝2；

6)利用整數(shù)規(guī)劃方法計(jì)算出在xo下，使得微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)費(fèi)用fi最小時(shí)的電能補(bǔ)償器容量io：

fi＝f1+f2+f3

約束條件為：

fi>fx則返回步驟5，若fi＝fx時(shí)則該步中所得出的xo、io即為電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置與最優(yōu)容量；

7)判斷各母線電壓是否滿足約束條件，若滿足約束條件則所得出的xo、io即為電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置與最優(yōu)容量；若不滿足約束條件則返回步驟5重新規(guī)劃。

表1所示為電能補(bǔ)償器投運(yùn)前后各母線的諧波含量，表2所示為電能補(bǔ)償器投運(yùn)前后微網(wǎng)系統(tǒng)各母線的電壓水平。由兩表中的數(shù)據(jù)可得，在經(jīng)過采取本發(fā)明專利的方法之后各母線的諧波含量及其電壓水平都得到極大的改善。

表1電能補(bǔ)償器投運(yùn)前后各母線的諧波含量

表2電能補(bǔ)償器投運(yùn)前后微網(wǎng)系統(tǒng)各母線的電壓水平

如圖2所示為本例方案電能質(zhì)量補(bǔ)償器最優(yōu)安裝位置和安裝容量規(guī)劃方法的流程圖。首先通過系統(tǒng)的初始化采樣得到微網(wǎng)系統(tǒng)負(fù)荷功率、電源功率、線路參數(shù)及節(jié)點(diǎn)參數(shù)，計(jì)算得到電能補(bǔ)償器接入電網(wǎng)后各節(jié)點(diǎn)的電壓向量并對(duì)微網(wǎng)中的各個(gè)變量進(jìn)行修正。為了更好的評(píng)估電能補(bǔ)償器的安裝位置和容量是否最優(yōu)，以經(jīng)濟(jì)損失最優(yōu)為目標(biāo)根據(jù)各母線的有功功率損失ploss、電能補(bǔ)償器最大容量imax及母線電壓諧波量vthdk構(gòu)造目標(biāo)函數(shù)。由于目標(biāo)函數(shù)的求解包含了一個(gè)離散變量和一個(gè)連續(xù)變量，故對(duì)其分開求解并反復(fù)迭代的方法來獲得最終的最優(yōu)解。先用基于牛頓拉夫遜潮流計(jì)算的粒子群算法求出電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置，計(jì)算出此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)值fx然后利用整數(shù)規(guī)劃中的割平面法解得電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝容量計(jì)算出此時(shí)的目標(biāo)函數(shù)值fi，此時(shí)電能補(bǔ)償器的安裝位置與容量分別為xo、io。fi>fx則返回步驟7；若fi＝fx時(shí)則該步中所得出的xo、io即為電能補(bǔ)償器的最優(yōu)安裝位置與最優(yōu)容量；

如圖3所示為本例方案粒子群算法實(shí)施的具體步驟。首先通過隨機(jī)產(chǎn)生一組可能的離散位置分量且定義每一個(gè)粒子的初始速度進(jìn)行初始化操作，然后利用潮流計(jì)算子程序算出各條母線的諧波含量是否符合國家標(biāo)準(zhǔn)。若不滿足則通過諧波治理子程序重新規(guī)劃出使得諧波標(biāo)準(zhǔn)滿足的電能質(zhì)量補(bǔ)償器的安裝位置，在滿足諧波治理標(biāo)準(zhǔn)的情況下通過粒子群算法的最優(yōu)化算法找出使得目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小的最優(yōu)安裝位置。