CN107994581B - 一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法，其技术特点在于：包括以下步骤：步骤1、构建基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型及其约束条件；其目标函数为微网接入点的谐波电压畸变率；步骤2、采用优化目标函数与等式约束条件相结合的方式求解步骤1的基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型的值；并采用分支定界法求解当微网接入点的谐波电压畸变率最小时，LC的滤波器参数配置。本发明具有稳定收敛、计算精度高，能够稳定收敛到全局最优解，可以适用于微电网谐波抑制的LC滤波器参数配置。

Description

一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法
技术领域
本发明属于低压供电技术领域，涉及微网谐波的抑制方法，尤其是一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法。
背景技术
微网中含有大量分布式电源，分布式电源多采用电力电子转换器接入微网，开关器件的频繁通断会产生开关频率附近的谐波分量，谐波的幅度和阶次受转换器工作模式的影响，在其运行过程中不可避免地会引入谐波污染，引起微网电流、电压波形畸变。另外，如果微网不采用隔离变压器而直接接入电网，就可能向电网注入直流，变压器和电磁元件可能出现磁饱和现象，造成附近机械负荷发生转矩脉动。分布式电源和非线性负荷也会带来一定的谐波问题。
三相电压不平衡将导致谐波和负序电压分量增加，引起冰箱、空调等电动机、压缩机负载以及变压器振动、过热，缩短绝缘寿命，供电损耗增加；严重的引起电压过高或过低，某些用电设备(如计算机)无法正常工作；另外，中性线不平衡电流过大，容易引起某些继电保护装置误动作，引起大面积停电。如何将负载对称地安排于三相系统中，使各相负载尽可能平衡，满足国标《GB/T 15543—2008电能质量三相电压不平衡》的规定，是低压供电领域迫切需要解决的问题。
目前，针对微电网的谐波影响，常见的有三有抑制方法：LC滤波、LCL滤波和有源滤波器，其中LC滤波作为无源滤波器，具有结构简单、成本低、运行可靠性高、运行成本低等优点，成为现阶段广泛采用的一种谐波治理方式。
而用于微电网谐波抑制的LC滤波器的参数配置方法主要分为两大类，常规算法和人工智能优化方法。其中常规算法收敛速度快、可靠性高，但对于非连续性优化问题局限性较大；人工智能优化算法对于非连续性优化问题具有较高的全局收敛性，但由于算法本身的的局限性，容易收敛到局部最优解，从而漏掉全局最优解。因此，迫切需要找到一种适用于LC滤波器参数配置的微网谐波抑制方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、计算精度高且能够稳定收敛到全局最优解的基于区间优化算法的微网谐波抑制方法。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法，包括以下步骤：
步骤1、将区间优化模型引入到微网谐波抑制的LC滤波参数配置，将LC滤波器参数中的L和C作为区间变量，并引入m维位置区间变量x,区间范围为[0,1]，0表示没有LC滤波器接入，>0表示接入的容量；构建基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型及其约束条件；其目标函数为微网接入点的谐波电压畸变率，优化目标函数表示为：
minf(x)＝THDi
THDi为微网接入点的谐波电压畸变率。
其约束条件如下：
(1)等式约束条件
等式约束区间形式下可以表示为：
Figure GDA0003281659780000021
其中，[PGi]、[QGi]分别为节点i注入的有功功率和无功功率；[G ij]为支路电导；[Bij]为支路电纳；
(2)不等式约束条件
不等式约束条件在优化配置区间模型中限定了各区间数的上界值和下界值：
Figure GDA0003281659780000031
其中，x为0的维度个数限制了LC滤波器的最大安装个数；
步骤2、采用优化目标函数与等式约束条件相结合的方式求解步骤1的基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型f(x)的值；并采用分支定界法求解当f(x)微网接入点的谐波电压畸变率最小时，LC的滤波器参数配置。
而且，所述步骤2的具体步骤包括：
(1)输入包括配电网原始网络参数、各节点负荷数据、用户参数和区间优化算法终止参数等，进行参数初始化；
(2)对LC滤波器安装位置和LC的额定参数进行区间初始化；
(3)对变量区间数[x]进行分割，形成两个待检测子区间；
(4)依据分割后的子区间数[x]，重新计算LC滤波器安装位置处的注入功率；
(5)对待测的两个子区间进行处理，删除不可行区间。
而且，所述步骤2第(5)步的具体步骤包括：
①进行区间谐波潮流计算，计算出系统各节点电压幅值和相角，即变量区间数；
②计算目标函数f[x]微网接入点的谐波电压畸变率区间值；
③结合不等式约束条件进行可行性测试，若不满足则删除区间；
④进行单调性测试，若单调，则删除区间；
⑤若区间宽度小于设定宽度ε，则将区间推入可行区间列中；若不满足，转到步骤③；
⑥比较各可行区间列的最优解，求出最优解，输出结果。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明从微网接入点的谐波电压畸变量的角度，将区间数学的思想引用到优化配置模型中，建立以微网并网后的谐波电压畸变量指标最小为优化子目标的非线性区间优化模型；所采用的区间优化算法作为一种新兴的常规算法，具有稳定收敛、计算精度高，能够稳定收敛到全局最优解，可以适用于微电网谐波抑制的LC滤波器参数配置。
2、本发明采用区间优化算法对微网进行微网谐波抑制，该算法能过将变量以区间数的方式进行表示进行优化，能够快速的求出问题的全局最优解，给出解的包含区间，获得解的逼近误差。
3、本发明专利的构思为引入区间运算的概念，将求解微网LC滤波器的参数配置转化为区间优化问题，通过调用预先编好的区间谐波潮流算法，不断的循环进行区间优化，最后输出含全局最优解的逼近区间。流程中配网区间谐波潮流计算，是将区间数学的思想引入到配电网区间潮流算法中，形成的一种处理电力系统中不确定性问题的潮流计算方法。如果一直各输入变量的精确区间，该算法通过一次区间研究就可得到包含所有可能输出的解，并可从一次计算结果直接得到系统状态变量受节点谐波功率注入变化的影响。
附图说明
图1是本发明的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
首先对区间优化算法的原理进行说明：
设I是实数集R上所有闭区间的集合，x是I上的m维区间矢量，X是优化问题的定义域，那么多约束条件下的非线性优化问题一般表示为：
Figure GDA0003281659780000041
区间数本身的性质可以看出，区间分析方法可以有效的界定函数范围，且能够得到数学意义上的严格计算结果，非常适合用于解决非线性方程组和全局优化的问题。区间优化算法属于确定性全局优化算法，可以准确的求解出误差足够小包含全局最优解的区间域。
本发明将上述的区间优化模型引入到微网谐波抑制的LC滤波参数配置，将LC滤波器参数中的L和C作为区间变量，并引入m维位置区间变量x,区间范围为[0,1]，0表示没有LC滤波器接入，>0表示接入的容量(约束条件里需限制大于0的维度的个数)
一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、将区间优化模型引入到微网谐波抑制的LC滤波参数配置，将LC滤波器参数中的L和C作为区间变量，并引入m维位置区间变量x,区间范围为[0,1]，0表示没有LC滤波器接入，>0表示接入的容量；构建基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型及其约束条件；其目标函数为微网接入点的谐波电压畸变率，优化目标函数表示为：
minf(x)＝THDi
THDi为微网接入点的谐波电压畸变率。
其约束条件如下：
(1)等式约束条件
等式约束区间形式下可以表示为：
Figure GDA0003281659780000061
其中，[PGi]、[QGi]分别为节点i注入的有功功率和无功功率；[Gij]为支路电导；[Bij]为支路电纳；
在本实施例中，等式约束条件在模型求解中主要体现在区间谐波潮流计算方面。
(2)不等式约束条件
不等式约束条件在优化配置区间模型中限定了各区间数的上界值和下界值：
Figure GDA0003281659780000062
在本实施例中，不等式约束条件主要是对电压上下限值的约束，微网节点有功功率约束等；其中x为0的维度个数限制了LC滤波器的最大安装个数。
步骤2、采用优化目标函数与等式约束条件相结合的方式求解步骤1的基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型f(x)的值；并采用分支定界法求解当f(x)微网接入点的谐波电压畸变率最小时，LC的滤波器参数配置；
在本实施例中，由于f(x)为非线性，无法给出确切方程，本发明采用优化目标函数与等式约束条件相结合的方式，求解f(x)的值，其本质为通过给定x的值，进行区间谐波潮流计算，从而得出f(x)的值。区间优化模型的的求解采用分支定界的方法，基于基本的区间运算，对初始解区间进行逐步分裂和无效区间的删除。
所述步骤2的具体步骤包括：
(1)输入包括配电网原始网络参数、各节点负荷数据、用户参数和区间优化算法终止参数等，进行参数初始化；
(2)对LC滤波器安装位置和LC的额定参数进行区间初始化；
(3)对变量区间数[x]进行分割，形成两个待检测子区间；
(4)依据分割后的子区间数[x]，重新计算LC滤波器安装位置处的注入功率；
(5)对待测的两个子区间进行处理，删除不可行区间。
所述步骤2第(5)步的具体步骤包括：
①进行区间谐波潮流计算，计算出系统各节点电压幅值和相角，即变量区间数；
②计算目标函数f[x]微网接入点的谐波电压畸变率区间值；
③结合不等式约束条件进行可行性测试，若不满足则删除区间；
④进行单调性测试，若单调，则删除区间；
⑤若区间宽度小于设定宽度ε，则将区间推入可行区间列中；若不满足，转到步骤③。
⑥比较各可行区间列的最优解，求出最优解，输出结果。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、将区间优化模型引入到微网谐波抑制的LC滤波参数配置，将LC滤波器参数中的L和C作为区间变量，并引入m维位置区间变量x,区间范围为[0,1]，0表示没有LC滤波器接入，>0表示接入的容量；构建基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型及其约束条件；其目标函数为微网接入点的谐波电压畸变率THDi，优化目标函数表示为：
minf(x)＝THDi
THDi为微网接入点的谐波电压畸变率；
其约束条件如下：
(1)等式约束条件
等式约束区间形式下表示为：
Figure FDA0003281659770000011
其中，[PGi]、[QGi]分别为节点i注入的有功功率和无功功率；[Gij]为支路电导；[Bij]为支路电纳；
(2)不等式约束条件
不等式约束条件在优化配置区间模型中限定了各区间数的上界值和下界值：
Figure FDA0003281659770000021
其中，x为0的维度个数限制了LC滤波器的最大安装个数；
步骤2、采用优化目标函数与等式约束条件相结合的方式求解步骤1的基于区间优化算法的微网谐波抑制优化模型f(x)的值；并采用分支定界法求解当f(x)微网接入点的谐波电压畸变率最小时，LC的滤波器参数配置；
所述步骤2的具体步骤包括：
(1)输入包括配电网原始网络参数、各节点负荷数据、用户参数和区间优化算法终止参数，进行参数初始化；
(2)对LC滤波器安装位置和LC的额定参数进行区间初始化；
(3)对变量区间数[x]进行分割，形成两个待检测子区间；
(4)依据分割后的子区间数[x]，重新计算LC滤波器安装位置处的注入功率；
(5)对待测的两个子区间进行处理，删除不可行区间。
2.根据权利要求1所述的一种基于区间优化算法的微网谐波抑制方法，其特征在于：所述步骤2第(5)步的具体步骤包括：
①进行区间谐波潮流计算，计算出系统各节点电压幅值和相角，即变量区间数；
②计算目标函数f[x]微网接入点的谐波电压畸变率区间值；
③结合不等式约束条件进行可行性测试，若不满足则删除区间；
④进行单调性测试，若单调，则删除区间；
⑤若区间宽度小于设定宽度ε，则将区间推入可行区间列中；若不满足，转到步骤③；
⑥比较各可行区间列的最优解，求出最优解，输出结果。
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