本發(fā)明涉及新能源微網(wǎng)發(fā)電與運行時，電能質量補償器的安裝位置與容量技術領域，特別是一種電能質量補償器安裝位置與容量優(yōu)化規(guī)劃方法。

背景技術：

微電網(wǎng)集成了多種能源輸入(太陽能、風能、常規(guī)化石燃料、生物質能等)、特性符合、能源轉換單元(燃料電池、微型燃氣輪機、內燃機、儲能系統(tǒng)等)，是化學、熱力學、電動力學等行為相互耦合的非線性復雜系統(tǒng)。目前，國內外研究微電網(wǎng)結構對電能質量的影響多數(shù)側重于微電源的電能質量特性問題，而未將微電網(wǎng)中電能質量調節(jié)系統(tǒng)納入微電網(wǎng)結構進行研究。實際上，電能質量調節(jié)系統(tǒng)、微電源、負載等因素決定了微電網(wǎng)運行時的電能質量，除了它們的特性和性能之外，其位置分布也是影響電能質量的關鍵因素之一。微電源和負載受到環(huán)境等實際因素限制，位置往往固定，電能質量調節(jié)系統(tǒng)的分布與容量就成為重要影響因素。調節(jié)系統(tǒng)的位置、容量不同，對微電網(wǎng)電能質量的調節(jié)能力、調節(jié)效果也不同，確定合理的分布與容量對調節(jié)系統(tǒng)作用的發(fā)揮非常關鍵，同時也是多個電能質量調節(jié)系統(tǒng)和微電源間交互影響對策的研究基礎。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有技術不足，提供一種電能質量補償器安裝位置與容量優(yōu)化規(guī)劃方法。

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

1)根據(jù)微網(wǎng)系統(tǒng)負荷功率、電源功率、線路參數(shù)h次諧波及pq節(jié)點、pv節(jié)點參數(shù)，按照牛頓法計算初始時刻微網(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h次諧波頻率下的的電壓vhk,old與電能補償器的注入電流ihk,m得出電能補償器接入微網(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)構造目標函數(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算出微網(wǎng)系統(tǒng)總的有功功率損失電能補償器最大容量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償器最大容量imax、及母線電壓諧波量vthdk所造成的經(jīng)濟費用f1，f2，f3；

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

6)利用整數(shù)規(guī)劃方法計算出在xo下，使得微網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟費用fi最小時的電能補償器容量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)濟費用f1為：其中，kp表示每1kw功率損失所產(chǎn)生的經(jīng)濟費用，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)。

電能補償器最大容量imax所造成的經(jīng)濟費用f3為：其中，kv表示電壓畸變造成經(jīng)濟損失的比例系數(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。

粒子群算法表達式如下：

其中，d表示基于潮流計算的粒子群算法所取粒子群的總個數(shù)，w是慣性權重，t表示粒子所進行的運算的次數(shù)，是當前粒子在微網(wǎng)中的位置，是當前粒子的移動速度，是第l個粒子自己本身所找到的最優(yōu)解，gbest^t是整個種群目前找到的最優(yōu)解，r1、r2是兩個介于(0,1)之間的隨機數(shù)，c1、c2是學習因子。

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)點的電壓畸變率應滿足在某節(jié)點總的電壓畸變率vthdk(％)不大于電網(wǎng)所允許的最大畸變率vthdmax：電能補償器往電網(wǎng)中所注入的補償電流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)明引入了含加權系數(shù)的目標函數(shù)，使得對于電能補償器的最優(yōu)安裝位置與安裝容量的判定有一個綜合性的評價標準，并提出了基于潮流計算的粒子群算法進行最優(yōu)選址的方法，包含了潮流計算子程序、諧波計算子程序，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所示為本例方案實施的微網(wǎng)系統(tǒng)框圖；

圖2所示為本例方案電能質量補償器最優(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施的具體步驟。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明一實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)電機組、儲能系統(tǒng)、風機發(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)電機組、儲能系統(tǒng)、風機發(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的微網(wǎng)母線連接起來；所述微網(wǎng)母線末端接有負荷，母線14連接至電網(wǎng)；所述電能質量補償器接入交流母線；所述電能質量補償器包括直流儲能電容、變流器、lc濾波電路、采樣調理電路、鎖相環(huán)電路、控制器、igbt驅動保護電路，所述直流儲能電容、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；通過檢測網(wǎng)絡中的電流諧波分量，計算向網(wǎng)絡注入幅值大小相等，相位相差180°的電流以達到治理網(wǎng)絡諧波和補償無功的目的；所述鎖相環(huán)電路輸入端與公共連接點連接；所述igbt驅動保護電路驅動所述變流器中的全控型功率器件。其中電能補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。其實施方式如下：

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

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

式中：ihk,m＝ih,rk,m+jih,ik,m，ih,rk,m為ihk,m的實部分量，ih,ik,m為ihk,m的虛部分量，m表示第m臺電能補償器；

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：為的實部分量，為的虛部分量；

4)構造目標函數(shù)，根據(jù)各母線的有功功率損失修正后的母線電壓計算出微網(wǎng)總的有功功率損失電能補償器最大容量imax、及母線電壓諧波量vthdk和他們所造成的經(jīng)濟費用f1，f2，f3；

式中：ka表示每投入1kvar電能補償器所產(chǎn)生的經(jīng)濟費用，kp表示每1kw功率損失所產(chǎn)生經(jīng)濟費用，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表示電壓畸變造成經(jīng)濟損失的比例系數(shù)；

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

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

(2)利用潮流計算方法解出當電能質量補償器接入時，各母線電壓母線電流情況，并由此求出位置目標函數(shù)fx中有功功率損失電能補償器最大容量imax、及母線電壓諧波量vthdk和他們所造成的經(jīng)濟費用f1，f2，f3，記錄此時的fx作為

(3)判斷電能補償器接入位置時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作為壞點，并將其從xld中剔除，若滿足約束條件則繼續(xù)進行計算；

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

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

6)利用整數(shù)規(guī)劃方法計算出在xo下，使得微網(wǎng)經(jīng)濟費用fi最小時的電能補償器容量io：

fi＝f1+f2+f3

約束條件為：

fi>fx則返回步驟5，若fi＝fx時則該步中所得出的xo、io即為電能補償器的最優(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所示為電能補償器投運前后各母線的諧波含量，表2所示為電能補償器投運前后微網(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電能補償器投運前后各母線的諧波含量

表2電能補償器投運前后微網(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量補償器最優(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)負荷功率、電源功率、線路參數(shù)及節(jié)點參數(shù)，計算得到電能補償器接入電網(wǎng)后各節(jié)點的電壓向量并對微網(wǎng)中的各個變量進行修正。為了更好的評估電能補償器的安裝位置和容量是否最優(yōu)，以經(jīng)濟損失最優(yōu)為目標根據(jù)各母線的有功功率損失ploss、電能補償器最大容量imax及母線電壓諧波量vthdk構造目標函數(shù)。由于目標函數(shù)的求解包含了一個離散變量和一個連續(xù)變量，故對其分開求解并反復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算的粒子群算法求出電能補償器的最優(yōu)安裝位置，計算出此時的目標函數(shù)值fx然后利用整數(shù)規(guī)劃中的割平面法解得電能補償器的最優(yōu)安裝容量計算出此時的目標函數(shù)值fi，此時電能補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時則該步中所得出的xo、io即為電能補償器的最優(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施的具體步驟。首先通過隨機產(chǎn)生一組可能的離散位置分量且定義每一個粒子的初始速度進行初始化操作，然后利用潮流計算子程序算出各條母線的諧波含量是否符合國家標準。若不滿足則通過諧波治理子程序重新規(guī)劃出使得諧波標準滿足的電能質量補償器的安裝位置，在滿足諧波治理標準的情況下通過粒子群算法的最優(yōu)化算法找出使得目標函數(shù)達到最小的最優(yōu)安裝位置。