CN103683304A - 一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，包括下述步骤：1）检测负荷三相功率；2）计算电流谐波畸变率；3）判断谐波是否越限；4）构造电能质量指标的评分函数；5）利用层次分析法确定指标的权重；6）以电能质量最优为目的，确定三相触发角。本发明方法能够在不增加设备的情况下，依靠可控电抗器晶闸管触发角的优化选择，降低电抗器产生的谐波，改善线路的电能质量。

Description

一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法

技术领域

本发明属于电力系统无功补偿领域，涉及一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法。

背景技术

近年来，随着国民经济的不断发展，异步电动机、电力电子装置开始大量接入电网，这些负荷正常工作需要吸收大量的无功功率，会增加电力系统的有功损耗，降低设备的利用率，影响输电能力，给电力系统运行的安全稳定带来不利影响。同时，随着电力系统中电弧炉、电力机车等不对称负荷的增加，电网中的三相不平衡问题越来越引起人们的关注，三相不平衡会降低电动机运行效率，加大线路损耗，缩短电动机、变压器等电力设备的寿命。使用电力电子器件提高电网电能质量成为现今研究的热点。静止同步补偿器（STATCOM）是一种并联型无功补偿装置，它能够为电网或用电负荷提供快速、连续有源动态无功补偿和谐波滤波，可有效提高电网电压暂态稳定性、抑制母线电压闪变、补偿不平衡负荷、滤除负荷谐波及提高负荷功率因数，然而STATCOM装置的造价昂贵、控制复杂，不利于大面积地使用。静止无功补偿器（SVC）能够快速补偿无功功率，提高线路功率因数，改善线路三相不平衡，相比STATCOM它的造价更低，控制也更为简便，在现阶段得到了广泛的应用。

晶闸管控制变压器（TCT）式可控电抗器是SVC的一种，通过控制电抗器三相触发角来调节电抗器在一个周期内投入时间的长短，达到连续控制其吸收无功功率大小的目的。它能够有效补偿线路的无功，提高网络功率因数，改善线路三相不平衡，具有调节简单、速度快的优点。然而这种基于相控的方法会不可避免地产生电流畸变，向电网注入谐波电流，其电流中主要包含3、5、7次谐波，必须采取措施滤除这部分谐波。常用的谐波手段包括外接有源滤波器或无源滤波器，这些装置能够滤除大部分谐波，但是增加额外的设备会加大投入，增加占地面积。

发明内容

技术问题：本发明提供一种能够改善线路电能质量的晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法。

技术方案：本发明采用的晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，包括下述步骤：

1）检测可控电抗器未接入时负荷三相有功功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、三相无功功率Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)；

2）计算三相电流谐波畸变率，具体的流程为：

21）利用步骤1）检测的负荷三相功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)，求解以下方程组，得到线路功率因数

且三相电流不平衡度ε=0时的触发角α_a0、α_b0、α_c0：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{P_{+}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=1\\ \frac{\sqrt{{\left(P_{-}\right)}^2+{\left(Q_{-}\right)}^2}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=0\end{array}\right.$

其中P₊=P_L(ab)+P_L(bc)+P_L(ca)为正序有功功率，Q₊=(Q_L(ab)+Q_c(ab))+(Q_L(bc)+Q_c(bc))+(Q_L(ca)+Q_c(ca))为正序无功功率， $P_{-}=0.5\×\[P_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-2P_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-\sqrt{3}(Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}-Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)})\]$ 为负序有功功率， $Q_{-}=0.5\×\[Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)}-2(Q_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{bc}\right)})+Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}+\sqrt{3}(P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-P_{L\left(\mathrm{ab}\right)})\]$ 为负序无功功率；Q_c(ab)=U²×(sin2α_a0-2α_a0+2π)/πX，Q_c(bc)=U²×(sin2α_b0-2α_b0+2π)/πX，Q_c(ca)=U²×(sin2α_c0-2α_c0+2π)/πX分别为a、b、c三相补偿的无功功率，其中U为网点线电压有效值，X为变压器漏抗；

22）按照下式计算当触发角为α_a0、α_b0、α_c0时的谐波畸变率THD₀：

${\mathrm{THD}}_0=(\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{ha}}^2}/I_{\mathrm{fa}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{hb}}^2}/I_{\mathrm{fb}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{hc}}^2}/I_{\mathrm{fc}})/3$

其中I_fa、I_fb、I_fc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的基波电流有效值，I_ha、I_hb、I_hc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的谐波电流有效值，下标h代表谐波次数；

基波电流有效值I_f具体表达式为：

$I_f=\frac{U}{\mathrm{\πX}}{\[A_f^2+B_f^2+A_f{B}_f\]}^{1/2}$

A_f＝sin(2α)-2α+2π

B_f＝sin(2β)-2β+2π

其中α、β为可控电抗器a、b、c三相中其中两相的触发角，A_f为α触发角对应相的基波电流系数，B_f为β触发角对应相的基波电流系数，对流入可控电抗器a相的基波电流I_fa：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器中b相的基波电流I_fb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器中c相的基波电流I_fc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；谐波电流I_h具体表达式为：

$A_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\mathrm{\α}+\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\mathrm{\α}-\frac{2}{h}\cos \mathrm{\α}\sin \left(\mathrm{h\α}\right)$

$B_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\mathrm{\β}+\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\mathrm{\β}-\frac{2}{h}\cos \mathrm{\β}\sin \left(\mathrm{h\β}\right)$

其中k为正整数，h为谐波次数，A_h为α对应相的谐波电流系数，B_h为β对应相的谐波电流系数，对流入可控电抗器a相的谐波电流I_ha：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器b相的谐波电流I_hb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器c相的电流谐波I_hc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；

3）用户根据对应的国标或实际情况，分别设定线路功率因数

、三相电流不平衡度ε、三相电流谐波畸变率THD的阈值，若步骤22）得到的谐波畸变率THD₀小于电流谐波畸变率THD的阈值L_THD，则将触发角α_a0、α_b0、α_c0作为电抗器晶闸管触发角输出后结束优化控制方法流程，否则进入步骤4）；

4）构造电能质量指标的评分函数S_THD、S_ε、

；

评分函数S_THD、S_ε、

分别为三相电流谐波畸变率、三相电流不平衡度、线路功率因数三项电能质量指标值到指标评分值的函数关系，其评分值从0到100，用来分别表征三项电能质量指标的优劣情况。

5）利用层次分析法分别确定三项电能质量指标的权重ω_THD、ω_ε、

；

三项电能质量指标的权重ω_THD、ω_ε、

表示三项指标在电能质量整体评价中的相对重要程度。6）以电能质量最优为目的，利用所述步骤4）得到的电能质量指标的评分函数，以及步骤5）得到的三项电能质量指标的权重，来构造目标函数

，然后以步骤21）计算的三相触发角α_a0、α_b0、α_c0作为初值，利用牛顿法确定各相触发角α_a、α_b、α_c并输出。

本发明的步骤4）中，构造评分函数为：

$S\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}100-(e^{4.8(x/L)}-1)& 0\&le;x\&le;0.5L\\ 120-60(x/L)& 0.5L<x\&le;L\\ 60e^{4(-x/L+1)}& x>L\end{array}\right.$

其中x为三相电流不平衡度ε或三相电流谐波畸变率THD，L为用户自行设定的指标阈值或指标相对应国标中规定的指标阈值；

L_THD为用户自行设定的功率因数阈值。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

（1）晶闸管控制变压器式可控电抗器是一种特殊的晶闸管控制电抗器（TCR），它利用高漏抗变压器的漏抗来代替TCR中的固定电抗器，其二次绕组通过反并联的晶闸管对来构成回路，通过控制晶闸管的触发角就能提供连续变化的无功功率。相比现阶段广泛使用的TCR，晶闸管控制变压器式可控电抗器二次电压可以取得较低，因此晶闸管的工作电压可以取得较低，主电路和门级电路的绝缘变得简单，其造价低于同容量的TCR。同时当二次侧发生短路故障时，晶闸管控制变压器式可控电抗器的高漏抗可以使变压器免受短路应力的影响。

（2）本方法以线路功率因数为1且三相不平衡度为0时谐波畸变率是否越限为依据，通过构造电能质量指标的评分函数和确定各指标的权重来建立目标函数，以目标函数最小为目的，利用优化方法确定一组最优触发角来控制电抗器。与原先只利用滤波装置滤除晶闸管控制变压器式可控电抗器注入谐波的方法相比，该方法综合考虑晶闸管控制变压器式可控电抗器对线路功率因数和负荷三相不平衡的补偿效果，以及该电抗器接入向电网注入谐波的影响，利用优化算法对晶闸管触发角进行合理控制，使得线路的电能质量达到最优，节约了成本。

本发明建立触发角与线路功率因数cosφ、三相电流不平衡度ε和三相电流谐波畸变率THD三项指标的关系，通过构造电能质量指标的评分函数、确定指标的权重，得到电能质量的综合得分，然后寻找一组触发角使综合得分最高，即电能质量最优。

附图说明

图1是本发明的系统主接线图；

图2是本发明的控制流程图；

图3是本发明中指标评分函数图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体介绍。

本发明的一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，其系统主接线图1所示，其中U_a、U_b、U_c为电网相电压，I_ca、I_cb、I_cc为流入电抗器的三相电流，I_La、I_Lb、I_Lc为负荷三相电流，P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)为负荷的三相功率。本发明控制流程图如图2所示，包括下述步骤：

1）检测可控电抗器未接入时负荷三相功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)。

2）计算三相电流谐波畸变率，具体的流程为：

21）利用步骤1）检测的负荷三相功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)，求解以下方程组，得到线路功率因数

且三相电流不平衡度ε=0时的触发角α_a0、α_b0、α_c0：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{P_{+}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=1\\ \frac{\sqrt{{\left(P_{-}\right)}^2+{\left(Q_{-}\right)}^2}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=0\end{array}\right.$

其中P₊=P_L(ab)+P_L(bc)+P_L(ca)为正序有功功率，Q₊=(Q_L(ab)+Q_c(ab))+(Q_L(bc)+Q_c(bc))+(Q_L(ca)+Q_c(ca))为正序无功功率， $P_{-}=0.5\&times;\&lsqb;P_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-2P_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-\sqrt{3}(Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}-Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)})\&rsqb;$ 为负序有功功率， $Q_{-}=0.5\&times;\&lsqb;Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)}-2(Q_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{bc}\right)})+Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}+\sqrt{3}(P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-P_{L\left(\mathrm{ab}\right)})\&rsqb;$ 为负序无功功率；Q_c(ab)=U²×(sin2α_a0-2α_a0+2π)/πX，Q_c(bc)=U²×(sin2α_b0-2α_b0+2π)/πX，Q_c(ca)=U²×(sin2α_c0-2α_c0+2π)/πX分别为a、b、c三相补偿的无功功率，其中U为网点线电压有效值，X为变压器漏抗；

22）按照下式计算当触发角为α_a0、α_b0、α_c0时的谐波畸变率THD₀：

${\mathrm{THD}}_0=(\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{ha}}^2}/I_{\mathrm{fa}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{hb}}^2}/I_{\mathrm{fb}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{hc}}^2}/I_{\mathrm{fc}})/3$

其中I_fa、I_fb、I_fc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的基波电流有效值，I_ha、I_hb、I_hc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的谐波电流有效值，下标h代表谐波次数；

计算基波线电流有效值I_f和谐波线电流有效值I_h的方法为：首先利用傅里叶分解法计算基波相电流有效值和谐波相电流有效值，然后根据相电流间的相位关系，利用三角形边长公式得到a、b、c三相的基波线电流有效值和谐波线电流有效值。

基波电流有效值I_f具体表达式为：

$I_f=\frac{U}{\mathrm{\&pi;X}}{\&lsqb;A_f^2+B_f^2+A_f{B}_f\&rsqb;}^{1/2}$

A_f＝sin(2α)-2α+2π

B_f＝sin(2β)-2β+2π

其中α、β为可控电抗器a、b、c三相中其中两相的触发角，A_f为α对应相的基波电流系数，B_f为β对应相的基波电流系数，对流入可控电抗器a相的基波电流I_fa：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器中b相的基波电流I_fb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器中c相的基波电流I_fc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；

谐波电流有效值I_h具体表达式为：

$A_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\mathrm{\&alpha;}+\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\mathrm{\&alpha;}-\frac{2}{h}\cos \mathrm{\&alpha;}\sin \left(\mathrm{h\&alpha;}\right)$

$B_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\mathrm{\&beta;}+\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\mathrm{\&beta;}-\frac{2}{h}\cos \mathrm{\&beta;}\sin \left(\mathrm{h\&beta;}\right)$

其中k为正整数，h为谐波次数，A_h为α对应相的谐波电流系数，B_h为β对应相的谐波电流系数，对流入可控电抗器a相的谐波电流I_ha：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器b相的谐波电流I_hb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器c相的电流谐波I_hc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；

3）用户根据对应的国标或实际情况，分别设定线路功率因数

、三相电流不平衡度ε、三相电流谐波畸变率THD的阈值，若步骤22）得到的谐波畸变率THD₀小于电流谐波畸变率THD的阈值L_THD，则将触发角α_a0、α_b0、α_c0作为晶闸管触发角输出后结束优化控制方法流程，否则进入步骤4）；

4）构造函数对各个电能质量指标进行评分。

构造三相电流不平衡度ε、三相电流谐波畸变率THD的评分函数为：

$S\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}100-(e^{4.8(x/L)}-1)& 0\&le;x\&le;0.5L\\ 120-60(x/L)& 0.5L<x\&le;L\\ 60e^{4(-x/L+1)}& x>L\end{array}\right.$

其中x为三相电流不平衡度ε或三相电流谐波畸变率THD，L为用户自行设定的指标阈值或指标相对应国标中规定的指标阈值，其中的国标为“电能质量三相电压不平衡度”标准（GB/T15543-2008）或“电能质量公用电网谐波”标准（GB/T14543-1993）；

构造线路功率因数

的评分函数为：

L_THD为用户自行设定的功率因数阈值。

由于不同指标的阈值不相同，因此对于三相电流不平衡度ε或三相电流谐波畸变率THD，以t=x/L表示指标占设定阈值的百分比，对于电流谐波畸变率，则令。以t此作为变量，则指标评分函数具有相同的表达式为：

$S\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}100-(e^{4.8t}-1)& 0\&le;t<0.5\\ 120-60t& 0.5<t\&le;1\\ 60e^{4(-t+1)}& t>1\end{array}\right.$

电能质量指标评分函数的曲线如图3所示。

5）利用层次分析法计算三项指标的权重ω_THD、ω_ε、。具体方法为：

51）建立判断标度。将判断等级分为：同等重要、稍微重要、重要、明显重要、强烈重要、极端重要6个等级。若已知A对B和B对C的比较等级，则A对C的比较等级具有传递性。设稍微重要评分为λ，同等重要评分为1，重要评分为λ₂，明显重要评分为λ₄，强烈重要评分为λ₆，极端重要评分为λ₈，且有A:C=(A:B)/(B:C)。由于数字上的判断极限为9，应有λ₈=9，即λ=1.3161(注：λ₈以上的值均记为9)，由此可以给出指数标度表。

表1比例标度及其含义

标度	标度定义
		1	A与B同等重要
1.3161	A比B稍微重要
		1.7321	A比B重要

3	A比B明显重要
		5.1966	A比B强烈重要
9	A比B极端重要

52）构建判断矩阵

将线路功率因数cosφ、三相电流不平衡度ε和三相电流谐波畸变率THD三个指标通过两两比较，建立判断矩阵A=(a_ij)_3×3

53）一致性检验

采用一致性指标CI来衡量一个标度的优劣，令

$\mathrm{CI}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{\max }-n}{n-1}$

式中：λ_max为判断矩阵的最大特征根，n为矩阵阶数。当随机一致性比率CR<0.1时，认为层次单排序结果有较好的一致性，即CR=CI/RI<0.1，RI为随机一致性指标，否则调整三项指标两两比较的判断标度。RI的取值如表2所示。

表2N维矩阵的随机一致性指标RI

N	1	2	3	4	5	6	7	8
									RI	0.00	0.00	0.58	0.94	1.12	1.24	1.32	1.41

54）求出最大特征值对应的特征向量，进行归一化处理，即得出通过层次分析法获得的权重向量。

6）以电能质量最优为目的，确定各相触发角α_a、α_b、α_c，具体方法为：

根据步骤4）确定的评分函数S_THD、S_ε、

和步骤5）确定的各个指标的权重ω_THD、ω_ε、

，构造目标函数为，以步骤21）计算的触发角α_a0、α_b0、α_c0作为初值，利用牛顿法寻找一组触发角α_a、α_b、α_c，使得目标函数的取值最小。

用牛顿法求解最优触发角的步骤如下：

61）以步骤21）计算的三相触发角α_a0、α_b0、α_c0为初始点α₍₀₎，α₍₀₎=[α_a0，α_b0，α_c0]，令k=0；

62）计算

若

则极小点为α_(k)，α_(k)为第k+1次迭代的初值，否则转步骤63）；

63）计算 ${\&lsqb;\frac{{\&PartialD;}^{2}J}{{\&PartialD;\mathrm{\&alpha;}}^2}\&rsqb;}^{-1}{|}_{\mathrm{\&alpha;}={\mathrm{\&alpha;}}_{\left(k\right)}},$ 令 $p_{\left(k\right)}=-{\&lsqb;\frac{{\&PartialD;}^{2}J}{\&PartialD;{\mathrm{\&alpha;}}^2}\&rsqb;}^{-1}\frac{\&PartialD;J}{\&PartialD;\mathrm{\&alpha;}}{|}_{\mathrm{\&alpha;}={\mathrm{\&alpha;}}_{\left(K\right)}};$

64）令α_(k+1)＝α_(k)+p_(k)，k=k+1，转步骤62）。

Claims (4)

1.一种晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，其特征在于，该控制方法包括下述步骤：

1）检测可控电抗器未接入时负荷三相有功功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、三相无功功率Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)；

2）计算三相电流谐波畸变率，具体的过程为：

21）利用步骤1）检测的负荷三相有功功率和三相无功功率P_L(ab)、P_L(bc)、P_L(ca)、Q_L(ab)、Q_L(bc)、Q_L(ca)，求解以下方程组，得到线路功率因数

且三相电流不平衡度ε=0时的三相触发角α_a0、α_b0、α_c0：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{P_{+}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=1\\ \frac{\sqrt{{\left(P_{-}\right)}^2+{\left(Q_{-}\right)}^2}}{\sqrt{{\left(P_{+}\right)}^2+{\left(Q_{+}\right)}^2}}=0\end{array}\right.$

其中P₊=P_L(ab)+P_L(bc)+P_L(ca)为正序有功功率，Q₊=(Q_L(ab)+Q_c(ab))+(Q_L(bc)+Q_c(bc))+(Q_L(ca)+Q_c(ca))为正序无功功率， $P_{-}=0.5\&times;\&lsqb;P_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-2P_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-\sqrt{3}(Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}-Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}-Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)})\&rsqb;$ 为负序有功功率， $Q_{-}=0.5\&times;\&lsqb;Q_{L\left(\mathrm{ab}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ab}\right)}-2(Q_{L\left(\mathrm{bc}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{bc}\right)})+Q_{L\left(\mathrm{ca}\right)}+Q_{c\left(\mathrm{ca}\right)}+\sqrt{3}(P_{L\left(\mathrm{ca}\right)}-P_{L\left(\mathrm{ab}\right)})\&rsqb;$ 为负序无功功率；Q_c(ab)=U²×(sin2α_a0-2α_a0+2π)/πX，Q_c(bc)=U²×(sin2α_b0-2α_b0+2π)/πX，Q_c(ca)=U²×(sin2α_c0-2α_c0+2π)/πX分别为a、b、c三相补偿的无功功率，其中U为网点线电压有效值，X为变压器漏抗；

22）按照下式计算当触发角为α_a0、α_b0、α_c0时的谐波畸变率THD₀：

${\mathrm{THD}}_0=(\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{ha}}^2}/I_{\mathrm{fa}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{hb}}^2}/I_{\mathrm{fb}}+\sqrt{\underset{h=3}{\overset{11}{\mathrm{\&Sigma;}}}{I}_{\mathrm{hc}}^2}/I_{\mathrm{fc}})/3$

其中I_fa、I_fb、I_fc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的基波电流有效值，I_ha、I_hb、I_hc分别为流入可控电抗器a、b、c三相的谐波电流有效值，下标h代表谐波次数；

基波电流有效值I_f具体表达式为：

$I_f=\frac{U}{\mathrm{\&pi;X}}{\&lsqb;A_f^2+B_f^2+A_f{B}_f\&rsqb;}^{1/2}$

A_f＝sin(2α)-2α+2π

B_f＝sin(2β)-2β+2π

其中α、β为可控电抗器a、b、c三相中其中两相的触发角，A_f为α触发角对应相的基波电流系数，B_f为β触发角对应相的基波电流系数，对流入可控电抗器a相的基波电流I_fa：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器中b相的基波电流I_fb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器中c相的基波电流I_fc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；

谐波电流有效值I_h具体表达式为：

$A_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\mathrm{\&alpha;}+\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\mathrm{\&alpha;}-\frac{2}{h}\cos \mathrm{\&alpha;}\sin \left(\mathrm{h\&alpha;}\right)$

$B_h=\frac{1}{h+1}\sin (h+1)\mathrm{\&beta;}+\frac{1}{h-1}\sin (h-1)\mathrm{\&beta;}-\frac{2}{h}\cos \mathrm{\&beta;}\sin \left(\mathrm{h\&beta;}\right)$

其中k为正整数，h为谐波次数，A_h为α触发角对应相的谐波电流系数，B_h为β触发角对应相的谐波电流系数，对流入可控电抗器a相的谐波电流I_ha：α=α_a0对应a相，β=α_c0对应c相；对流入可控电抗器b相的谐波电流I_hb：α=α_b0对应b相，β=α_a0对应a相；对流入可控电抗器c相的电流谐波I_hc：α=α_c0对应c相，β=α_b0对应b相；

3）用户根据对应的国标或实际情况，分别设定线路功率因数

、三相电流不平衡度ε、三相电流谐波畸变率THD的阈值，若步骤22）得到的谐波畸变率THD₀小于电流谐波畸变率THD的阈值L_THD，则将触发角α_a0、α_b0、α_c0作为电抗器晶闸管触发角输出后结束优化控制方法流程，否则进入步骤4）；

4）构造电能质量指标的评分函数S_THD、S_ε、

；

评分函数S_THD、S_ε、

分别为三相电流谐波畸变率、三相电流不平衡度、线路功率因数三项电能质量指标值到指标评分值的函数关系，其评分值从0到100，用来分别表征三项电能质量指标的优劣情况；

5）利用层次分析法分别确定三项电能质量指标的权重ω_THD、ω_ε、

；

三项电能质量指标的权重ω_THD、ω_ε、

表示三项指标在电能质量整体评价中的相对重要程度；

6）以电能质量最优为目的，利用所述步骤4）得到的电能质量指标的评分函数，以及步骤5）得到的三项电能质量指标的权重，来构造目标函数

然后以步骤21）计算的三相触发角α_a0、α_b0、α_c0作为初值，利用牛顿法确定各相触发角α_a、α_b、α_c并输出。

2.根据权利要求1所述的晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，其特征在于，所述的步骤4）中，构造评分函数为：

$S\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}100-(e^{4.8(x/L)}-1)& 0\&le;x\&le;0.5L\\ 120-60(x/L)& 0.5L<x\&le;L\\ 60e^{4(-x/L+1)}& x>L\end{array}\right.$

其中x为三相电流不平衡度ε或三相电流谐波畸变率THD，L为用户自行设定的指标阈值或指标相对应国标中规定的指标阈值；

L_THD为用户自行设定的功率因数阈值。

3.根据权利要求1所述的晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，其特征在于：在所述步骤5）中，包括以下步骤：

51）建立判断标度，将判断等级分为：同等重要、稍微重要、重要、明显重要、强烈重要、极端重要6个等级，若已知A对B和B对C的比较等级，则A对C的比较等级具有传递性，设稍微重要评分为λ，同等重要评分为1，重要评分为λ₂，明显重要评分为λ₄，强烈重要评分为λ₆，极端重要评分为λ₈，且有A:C=(A:B)/(B:C)；由于数字上的判断极限为9，应有λ₈=9，即λ=1.3161，由此给出各指数标度；

52）构建判断矩阵：

将线路功率因数cosφ、三相电流不平衡度ε和三相电流谐波畸变率THD三个指标通过两两比较，建立判断矩阵A=(a_ij)_3×3；

53）一致性检验：采用一致性指标CI来衡量一个标度的优劣，令

$\mathrm{CI}=\frac{{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{maz}}-n}{n-1}$

式中：λ_max为判断矩阵的最大特征根，n为矩阵阶数，当随机一致性比率CR<0.1时，认为层次单排序结果有较好的一致性，即CR=CI/RI<0.1，RI为随机一致性指标，否则调整三项指标两两比较的判断标度；

54）求出最大特征值对应的特征向量，进行归一化处理，即得出通过层次分析法获得的权重向量

。

4.根据权利要求1所述的晶闸管控制变压器式可控电抗器优化控制方法，其特征在于：在所述步骤6）中，用牛顿法求解最优触发角的步骤如下：

61）以步骤21）计算的三相触发角α_a0、α_b0、α_c0为初始点α₍₀₎，α₍₀₎=[α_a0，α_b0，α_c0]

α₍₀₎是一个向量，令k=0；

62）计算

若

则极小点为α_(k)，α_(k)为第k+1次迭代的

初值，否则转步骤63）；

63）计算 ${\&lsqb;\frac{{\&PartialD;}^{2}J}{{\&PartialD;\mathrm{\&alpha;}}^2}\&rsqb;}^{-1}{|}_{\mathrm{\&alpha;}={\mathrm{\&alpha;}}_{\left(k\right)}},$ 令 $p_{\left(k\right)}=-{\&lsqb;\frac{{\&PartialD;}^{2}J}{\&PartialD;{\mathrm{\&alpha;}}^2}\&rsqb;}^{-1}\frac{\&PartialD;J}{\&PartialD;\mathrm{\&alpha;}}{|}_{\mathrm{\&alpha;}={\mathrm{\&alpha;}}_{\left(K\right)}};$

64）令α_(k+1)＝α_(k)+p_(k)，k=k+1，转步骤62）。

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