CN110601196B - 一种配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法 - Google Patents

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CN110601196B CN201910877349.6A CN201910877349A CN110601196B CN 110601196 B CN110601196 B CN 110601196B CN 201910877349 A CN201910877349 A CN 201910877349A CN 110601196 B CN110601196 B CN 110601196B
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Abstract

本发明中的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，通过依据经验初选多条基础母线作为备选安装点；在多个备选安装点上安装具有对谐波有功无功分开补偿的APF，采用控制变量法，通过控制APF对每次谐波电流的补偿，使总母线的谐波电流畸变率达到相同值，得到各基础母线对应的补偿曲线，根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值；选择注入补偿电流值最小的备选安装点作为最优安装点。此方法选出的最优安装点，使总母线的谐波电流畸变率达到并网的要求，还能使提高有源滤波器对配电网的补偿效果。并且这种方法具有普遍适用性，适用于具有各种非线性负载的网络。

Description

一种配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法
技术领域
本发明属于配电网技术领域，尤其涉及一种配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法。
背景技术
随着电力电子器件在电气设备中的大量应用，加剧了电网的谐波污染程度。谐波不但对电气设备的正常运行造成影响，还对电网的安全和经济运行带来隐患。现阶段，谐波治理的主要方法分为有源滤波器、无源滤波器和混合滤波器。而其中的混合滤波器是由有源滤波器和无源滤波器相结合组成的。因为具备两者优点，性价比较高，所以是目前配电网中的主要形式。
目前的有源电力滤波器(APF,Active power filter)主要的研究重点在于有源电力滤波器对确定性谐波源的就近补偿问题，以及一些拓扑结构、补偿特性、谐波电流检测方法和滤波器的优化。实际上，在配电网中还存在大量的不确定谐波源，当数量达到一定时，此时的谐波幅值总和不可忽略，而这些谐波分量比较容易在感性配电线路与安装在电网中的补偿电容之间发生谐振并且放大，即所谓的“谐波扩散”现象。在配电网中并联混合型有源滤波器的作用是滤除由非线性负载引起的谐波电流，并提供一定的无功功率，避免对网侧电能造成污染。HAPF(hybrid active power filter，混合型有源电力滤波器)安装在合适的位置，不但可以减少谐波电流，使并网的谐波电流畸变率达到国标的要求，还能减小滤波器的容量，所以有源滤波器的安装位置以及滤波器的补偿方法的选择也极其重要。
传统的滤波器工作时往往都是把所有次谐波分量进行全补偿，在现有技术中，有人提出在配电网母线末端安装滤波器能获得较好的补偿性能以及一定的安全性，但是这种方法只适合于一些简单网络，而配电网却是一个比较复杂的网络，不但具有背景谐波，而且还有大量的不确定谐波源。在现有技术中，还有人在配电网的简化模型基础上对配电网的频率响应特性进行分析，通过注入等量的电流观察各母线的电压响应灵敏度，从而得出最优安装点。但是实际的配电网是一个复杂的网络，采用这种方法可能得出多个最优安装点，无法精确的确定哪条母线才是真正的最优安装点。在现有技术中，还有人采用的是一个混合整数数学规划方法，把问题分解为主问题和子问题，并进行迭代求解，并采用拉格朗日乘数法求得最优解，但是考虑的是电网中主要的几个变量约束，并没有考虑所有的变量和变量之间的交互影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有的安装点选取方法无法确定最优安装点的技术问题，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，包括以下步骤：
依据经验初选多条基础母线作为备选安装点；
在多个备选安装点上安装具有对谐波有功无功分开补偿的APF，采用控制变量法，通过控制APF对每次谐波电流的补偿，使总母线的谐波电流畸变率达到相同值，得到各基础母线对应的补偿曲线，根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值；
选择注入补偿电流值最小的备选安装点作为最优安装点。
优选的，所述补偿曲线为补偿控制模型，根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值，包括以下步骤：
设定总母线的谐波电流畸变率，并通过每个备选安装点的补偿控制模型，求解出每个备选安装点的各次谐波的补偿操作状态；
根据每个备选安装点的各次谐波的补偿操作状态，分别计算出每个备选安装点上注入的补偿电流值。
优选的，所述补偿控制模型通过以下步骤构建：
获取所述备选安装点上的谐波电流和谐波电压计算出所述备选安装点上各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量；
对各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量分别采取不同的补偿操作状态，得到不同的补偿操作状态及其对应的总母线的谐波电流畸变率；
构建有源滤波器对各个次谐波的补偿操作状态和总母线的谐波电流畸变率的多元回归模型：
根据所述一系列的补偿结果及其对应的总母线的谐波电流畸变率和所述多元回归模型拟合出以总母线的谐波电流畸变率为输出变量，以补偿操作状态为输入变量的补偿控制模型。
优选的，所述多元回归模型为：
Figure BDA0002204783500000021
其中，L表示母线编号；Y为总母线的谐波电流畸变率；β0为背景谐波，β1，β2，…βn为偏回归系数，表示母线L上的各次谐波的补偿操作状态对总母线的谐波电流畸变率的影响；ε为随机误差，N表示服从正态分布，σ表示方差；
Figure BDA0002204783500000022
表示对L母线上的n次谐波的补偿操作状态，
Figure BDA0002204783500000023
表示对n次谐波有功电流分量进行补偿的有功操作状态，
Figure BDA0002204783500000024
对n次谐波无功电流分量进行补偿的无功操作状态。
优选的，所述有功分量和无功电流分量为三项系统下的有功分量和无功电流分量，获取所述备选安装点上的谐波电流和谐波电压计算出所述备选安装点上各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量，包括以下步骤：
对于任意K次谐波电流：
获取K次谐波电流及其对应的谐波电压的初始相位和谐波电流的初始相位，计算出所述K次谐波电流在d-q坐标系下的有功电流分量和无功电流分量：
Figure BDA0002204783500000031
其中，
Figure BDA0002204783500000032
分别为d-q坐标系下的K次谐波电流的有功电流分量和无功电流分量；IK为K次谐波电流；
Figure BDA0002204783500000033
为K次谐波电压的初始相位；
Figure BDA0002204783500000034
为K次谐波电流的初始相位；
依据广义park变换矩阵TK对应的反变换矩阵，对式(17)进行d-q到abc坐标系的变换，即得到三相系统下的K次谐波的有功电流分量和无功电流分量：
Figure BDA0002204783500000035
其中，
Figure BDA0002204783500000036
为三相系统下的K次谐波的有功电流分量，
Figure BDA0002204783500000037
为三相系统下的K次谐波的无功电流分量；k表示K次谐波，ω为角频率，t为时间。
优选的，依据经验初选多条基础母线作为备选安装点，具体为：
分析配电网频率响应特性或由HAPF的就近安装原则，选取响应特性比较明显或非线性负载比较多的基础母线作为备选安装点。
优选的，所述设定总母线的谐波电流畸变率符合并网要求。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，通过依据经验初选多条基础母线作为备选安装点；在所述多个备选安装点上安装具有对谐波有功无功分开补偿的APF，采用控制变量法，通过控制APF对每次谐波电流的补偿，使总母线的谐波电流畸变率达到相同值，得到各基础母线对应的补偿曲线，根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值；选择注入补偿电流值最小的备选安装点作为最优安装点。此方法选出的最优安装点，考虑了能产生谐波所有因素，并考虑到了这些因素的交互作用，最终得出最优安装点，该最优安装点，不但使总母线的谐波电流畸变率达到并网的要求，还能使提高有源滤波器对配电网的补偿效果。并且这种方法具有普遍适用性，适用于具有各种非线性负载的网络。
在优选方案中，通过多元线性回归拟合，通过找出每次谐波中的有功操作状态和无功操作状态对偏回归系数，并得到相应的关系式，进而找出每次谐波中的有功无功的权重，得到相应的关系式，得出在达到相同补偿效果的同时，注入补偿电流最小的点，即为最优安装母线，在使总母线的谐波电流畸变率达到并网的要求，还可以降低APF的容量，使滤波器具有更好的经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明优选实施例二中的K次谐波的电压和电流分量矢量图；
图2是本发明优选实施例三中的配电网电路图；
图3是本发明优选实施例三中的HAPF安装在母线4前后的电流波形；
图4是本发明优选实施例三中HAPF安装前总母线的电流谐波畸变率；
图5是本发明优选实施例中的HAPF安装后总母线的电流谐波畸变率；
图6是本发明优选实施例中的方法流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。
除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。
除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。
实施例一：
如图6所示,本发明公开了一种配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，包括以下步骤：
依据经验初选多条基础母线作为备选安装点；
在多个备选安装点上安装具有对谐波有功无功分开补偿的APF，采用控制变量法，通过控制APF对每次谐波电流的补偿，使总母线的谐波电流畸变率达到相同值，得到各基础母线对应的补偿曲线，根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值；
选择注入补偿电流值最小的备选安装点作为最优安装点。
本发明中的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，通过依据经验初选多条基础母线作为备选安装点；在所述多个备选安装点上安装具有对谐波有功无功分开补偿的APF，采用控制变量法，通过控制APF对每次谐波电流的补偿，使总母线的谐波电流畸变率达到相同值，得到各基础母线对应的补偿曲线，根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值；选择注入补偿电流值最小的备选安装点作为最优安装点。此方法选出的最优安装点，考虑了能产生谐波所有因素，并考虑到了这些因素的交互作用，最终得出最优安装点，该最优安装点，不但使总母线的谐波电流畸变率达到并网的要求，还能使提高有源滤波器对配电网的补偿效果。并且这种方法具有普遍适用性，适用于具有各种非线性负载的网络。
实施例二：
实施例二是实施例一的优选实施例，其与实施例的不同之处在于，构建了配电网谐波治理目标函数，并对根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值；在本实施例中所述同一输入值为总母线的谐波电流畸变率，所述补偿曲线为补偿控制模型根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值，在本实施例中通过控制滤波器的补偿电流大小，使得总母线畸变率一致，进而使总母线的谐波电流一致，再比较安装在备选母线上滤波器的注入电流，较小注入电流的母线即为最优安装母线。
本发明中的总母线的谐波畸变率通过构建的配电网谐波治理目标函数求解出，构建配电网谐波治理目标函数，包括以下步骤：
配电网中非线性负载的产生了谐波电流,因此导致了电网中各母线电压发生了畸变,根据GB/T14549-1993中相关规定,用户端须将并网的谐波电流总畸变率降低到国标下，所以本文采用以配电网母线的电流总畸变率为谐波治理目标函数。设总母线具有n节点网络,则节点n的谐波电流畸变率为
Figure BDA0002204783500000051
式中：ITHDn表示电网母线n的谐波电流畸变率，h表示谐波的次数；n表示电网母线的编号，H表示谐波中最高次谐波的次数，
Figure BDA0002204783500000052
表示节点n的h次谐波电流。
Figure BDA0002204783500000053
表示节点n的基波电流，谐波治理的目的就是在注入最小的补偿电流情况下便可获得较好的谐波治理效果，不但使谐波畸变率降到国标以下，还有起到降低滤波器容量的作用。因此定义谐波治理目标函数为：
Figure BDA0002204783500000061
f(Ic)表示总母线的谐波电流畸变率，Ic为滤波器注入电网母线进行补偿的电流。
本文是由配电网频率响应特性选出的安装点或者由HAPF的就近安装原则，选择非线性负载比较多的几处母线作为备选安装点，再采用本文做介绍的方法选出精确的最优安装点。
本文主要采用的是具有对谐波电流的有功/无功划分的HAPF来补偿谐波电流，通过对每次谐波的有功/无功的划分，便可以把滤波器的补偿量细分化，便可以通过对APF的调节，控制母线电流总畸变率的大小，最终达到我们预定目标。因此关键在于如何去检测出谐波电流中的有功电流分量和无功电流分量，并分开进行补偿。本文中主要是针对负载侧的谐波，对负载侧的谐波进行精细化划分，然后分开补偿。
其中，
Figure BDA0002204783500000062
IH为电网母线谐波电流含量，Ih为母线L的h次谐波的电流,
Figure BDA0002204783500000063
为h次谐波的有功电流分量，
Figure BDA0002204783500000064
为h次谐波的无功电流分量。
APF的工作原理是产生一个与补偿分量大小相等方向相反的补偿分量，使得被补偿分量和滤波器产生的分量相抵消，
Figure BDA0002204783500000065
为对h次谐波的补偿电流，它的值可表示为[13]：
Figure BDA0002204783500000066
Icp为滤波器对谐波的有功电流分量的补偿量，Icq为滤波器对谐波的无功电流分量补偿量。
Figure BDA0002204783500000067
其中，分别计算出同一输入值对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值，具体为:
步骤1、设定总母线的谐波电流畸变率，并通过每个备选安装点的补偿控制模型，求解出每个备选安装点的各次谐波的补偿操作状态；该步骤具体为：
步骤1.1获取所述备选安装点上的谐波电流和谐波电压计算出所述备选安装点上各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量。
本文所提的方法是通过检测出每次谐波的有功/无功电流，便可把补偿电流细分化处理，并得到相应母线的梯度补偿曲线。由瞬时功率理论得出的任意次谐波有功/无功电流检测原理可知，谐波电流矢量只有对应在相同次数的谐波电压矢量上的投影，才是该次谐波电流的有功电流分量。
如图1所示，图1中的明显不是谐波电流对应的有功电流分量和无功电流分量，然而谐波补偿装置却把其作为有功电流分量来进行补偿，所以须旋转d-q坐标系使它与谐波电压矢量同轴，这样便可使得谐波电流在d轴的投影即为电流有功电流分量，而q轴的对应分量就是电流的无功电流分量。根据图1可得k次谐波电压的初始相位。所述有功分量和无功电流分量为三项系统下的有功分量和无功电流分量，获取所述备选安装点上的谐波电流和谐波电压计算出所述备选安装点上各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量，包括以下步骤：
对于任意K次谐波电流：
获取K次谐波电流及其对应的谐波电压的初始相位和谐波电流的初始相位，计算出所述K次谐波电流在d-q坐标系下的有功电流分量和无功电流分量：
Figure BDA0002204783500000071
其中，
Figure BDA0002204783500000072
分别为d-q坐标系下的K次谐波电流的有功电流分量和无功电流分量；IK为K次谐波电流；
Figure BDA0002204783500000073
为K次谐波电压的初始相位；
Figure BDA0002204783500000074
为K次谐波电流的初始相位；
依据广义park变换矩阵TK对应的反变换矩阵，对式(17)进行d-q到abc坐标系的变换，即得到三相系统下的K次谐波的有功电流分量和无功电流分量：
Figure BDA0002204783500000075
其中，
Figure BDA0002204783500000076
为三相系统下的K次谐波的有功电流分量，
Figure BDA0002204783500000077
为三相系统下的K次谐波的无功电流分量；k表示K次谐波，ω为角频率，t为时间。
由式(18)可得出单次谐波的有功无功电流分量，配电网络中，主要的谐波为5、7、9、11等6n±1次谐波，但不同次数的谐波所占比例也不同，即占有不同的权重，因此便可把APF的补偿细分化，通过对有功无功分开补偿来实现细分化，对每次谐波的有功无功采取不同的补偿状态，即可得到一系列的补偿结果和总母线的谐波电流畸变率，再根据前面所述方法，由这些数据得到一个拟合函数，最终根据国标允许的总母线畸变率，计算出滤波器对不同次谐波的有功无功补偿状态，从而得出APF的注入补偿电流，对比不同母线在达到相同畸变率时所注入的补偿电流，即可得出滤波器的最优安装点。
步骤1.2对各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量分别采取不同的补偿操作状态，得到一系列的补偿操作状态及其对应的总母线的谐波电流畸变率；
步骤1.3构建有源滤波器对各个次谐波的补偿操作状态和总母线的谐波电流畸变率的多元回归模型：
其中，构建多元回归模型包括：
本文提出的方法是在备选母线中安装APF，通过控制滤波器的补偿电流大小，使得总母线畸变率一致，比较安装在备选母线上滤波器的注入电流，较小注入电流的母线即为最优安装母线。
因此，如何控制APF的补偿电流是找出最优安装点的关键，已知电网中主要的谐波有5、7、9、11、13次等奇次谐波，所以母线上的APF对每次谐波的补偿操作状态，可表示为：
Figure BDA0002204783500000081
式中，
Figure BDA0002204783500000082
表示母线L上的滤波器对h次谐波的补偿操作状态，当
Figure BDA0002204783500000083
时，表示对h次谐波有功电流分量进行补偿，当
Figure BDA0002204783500000084
时，表示对h次谐波有功电流分量不进行补偿；当
Figure BDA0002204783500000085
时，表示对h次谐波无功电流分量进行补偿，当
Figure BDA0002204783500000086
时，表示对h次谐波的无功电流分量不进行补偿。
母线L上的滤波器对各次谐波的补偿操作状态为：
Figure BDA0002204783500000087
整个网络的滤波器的补偿操作状态可表示为：
Figure BDA0002204783500000088
用函数表示为：
Figure BDA0002204783500000089
根据函数建立多元线性回归模型：
Figure BDA0002204783500000091
式中，L表示母线编号；Y为总母线的谐波电流畸变率；β0为背景谐波，β1，β2，…βn为偏回归系数，表示母线L上的各次谐波的补偿操作状态对总母线的谐波电流畸变率的影响；ε为随机误差，N表示服从正态分布，σ表示方差；
Figure BDA0002204783500000092
表示对L母线上的n次谐波的补偿操作状态，
Figure BDA0002204783500000093
表示对n次谐波有功电流分量进行补偿的有功操作状态，
Figure BDA0002204783500000094
对n次谐波无功电流分量进行补偿的无功操作状态；
步骤1.4根据一系列的补偿结果及其对应的总母线的谐波电流畸变率和所述多元回归模型拟合出以总母线的谐波电流畸变率为输入变量，以补偿操作状态为输出变量的补偿控制模型。
进行n次独立观测，即为记录安装在母线上的滤波器对每次谐波的补偿操作状态，如在L母线上对5次谐波全补偿，5次谐波只补偿有功部分，则对应X表示为:
Figure BDA0002204783500000095
n次独立观测写成矩阵形式：
Y＝Xβ+ε (12)
其中，Y＝(y1,y2,…,yn)T，ε＝(ε1,ε2,…,εn)，
Figure BDA0002204783500000096
对应的补偿操作状态矩阵为：
Figure BDA0002204783500000097
本文求解回归系数的适宜数值
Figure BDA0002204783500000098
应使残差的平方和最小,即：
Figure BDA0002204783500000099
据最小二乘法理论，将式(15)中对
Figure BDA00022047835000000910
求偏导，令偏导为零，即得：
Figure BDA0002204783500000101
求解得出
Figure BDA0002204783500000102
得到补偿控制模型，因此当输入一个给定值，即网络总母线的畸变率，可以得到一组滤波器对谐波电流中得各次谐波的操作状态，然后调节APF对每次谐波的补偿，便可得到在母线L的注入的电流大小，比较各个备选母线上的注入电流，较小的注入补偿电流即为最优安装点。
本文通过此方法在这些备选安装点中选出最优安装点，因为实际中APF的工作状态是一个被动的过程，因为要先检测母线的谐波电流，然后再通过控制器产生一个大小相等，方向或极性相反的补偿分量，以使被补偿分量和APF产生的补偿分量相抵消，使电网电流重新成为正弦电流。配电网不同的母线的谐波电流不一样，因此普通的APF安装在不同的母线注入的补偿电流也不一致，所以无法得出哪个点才是最优安装点，当我们利用具有对不同次的谐波有功无功分开补偿的滤波器，把每次谐波的补偿细分化，即可得到一个梯度的补偿曲线，即不同的母线对应着不同的补偿曲线，因此取相同的输出值可得到每个曲线的输入值即每条母线的注入补偿电流，补偿电流最小的为APF安装最优的那条母线。
步骤2、根据每个备选安装点的各次谐波的补偿操作状态，分别计算出每个备选安装点上注入的补偿电流值。
2.1根据每个备选安装点的各次谐波的补偿操作状态，分别计算出每个备选安装点上注入的补偿电流值。
实施例三：
为检验本文所提方法的正确性，根据某厂的配电网接线图，对其简化后得10母线配电网，电网供电10KV，其余支路下接10KV/0.4KV变压器，后面接各种整流装置及设备。接电路如图2所示。
电源由理想电源构成，各母线上接有非线性负载，最主要的谐波为5、7、11、13、17及19次谐波。通过建立电压转移矩阵和电流转移矩阵，对它们的频率响应进行分析，得出易谐振的支路1、6、8，然后在这些支路以外的母线上接入本文中所提到的APF，通过调节对每次谐波的不同补偿操作状态，得到不同补偿操作状态对应的输出电流谐波畸变率，通过不同补偿操作状态对应的输出电流谐波畸变率拟合得到不同的安装点得拟合补偿曲线。
采用MATLAB中的神经网络工具箱进行拟合，三相系统中，谐波主要次数为5、7、11、13、17、19次谐波，以母线2为例，即可得当安装在母线2时，总母线的谐波电流畸变率：
Figure BDA0002204783500000111
同样的可以得出其它母线的畸变率函数表达式。求出当畸变率一致时，各个母线上的APF对每次谐波的补偿操作状态。便可求出对应的输出补偿电流。由此可得出HAPF接入各母线前后的总母线的谐波电流畸变率如表1所示。由表1分析可知，由于控制的曲线是离散的，所以总母线的畸变率并不能完全控制的一致，只能以一个近似值来代替，但是结果也具有一定真实性，从表中可知，当我们根据函数表达式求得总母线畸变率在5％时APF对每次谐波的补偿状态。计算出注入的补偿电流。可知当APF安装在母线4时的注入电流最小，也就表明母线4处为最优安装点，表明对谐波进行治理时，在该处注入较小的补偿电流便可达到较好的治理效果，既达到了国家对配电网并网的要求，又可降低滤波器的容量，使滤波器更具经济性。
表1 HAPF使母线达到相同畸变率时所注入的电流
Tab.1 The current injected by HAPF when
the bus reaches the same distortion rate
Figure BDA0002204783500000112
由节点导纳矩阵可知，改变注入电流的值或者位置都会引起配电网中节点谐波电流的变化，所以当APF安装在母线4时，滤波器接入前后各母线的谐波电流畸变率如表2所示。此时注入母线4的补偿电流对各条母线的电流谐波畸变率都有贡献。
APF安装在母线4时的仿真波形如图3所示，仿真中APF在0.2秒时接入，通过对比APF投入前后的总母线电流波形，可以发现在滤波器补偿前，电流波形畸变严重，在滤波器投入使用后，波形得到了较大的而改善，近似于正弦波形，说明APF具有较好的补偿效果，达到了预期的效果，同时也满足了最优安装点的特点，即注入补偿电流最小。
表2 HAPF安装前后各母线谐波含量
Tab.2 Harmonic content of bus before and after HAPF installation
Figure BDA0002204783500000113
Figure BDA0002204783500000121
母线4安装APF前，总母线畸变率如图4所示，通过FFT分析可得，系统中5、7、9、11次谐波较多，此时的总母线的谐波电流畸变率为12.79％，当母线4安装APF后，在达到国标5％的要求时，通过FFT分析，如图5所示，总母线的谐波电流畸变率为5.04％，并且5、7、9、11次谐波量大大减少，达到预期的效果。
综上所述，按本发明中的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法找出的最优安装点，既满足对谐波治理的效果，同时也达到了降低滤波器输出的补偿电流作用，使滤波器具有较好的经济性，而实验仿真与分析的结果相符，说明该方法找出最优点的可行性。

Claims (7)

1.一种配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，其特征在于，包括以下步骤：
依据经验初选多条基础母线作为备选安装点；
在多个备选安装点上安装具有对谐波有功无功分开补偿的APF，采用控制变量法，通过控制APF对每次谐波电流的补偿，使总母线的谐波电流畸变率达到相同值，得到各基础母线对应的补偿曲线，根据所述补偿曲线分别计算出在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值；
选择注入补偿电流值最小的备选安装点作为最优安装点。
2.根据权利要求1所述的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，其特征在于，所述补偿曲线为补偿控制模型，根据所述补偿曲线分别计算在总母线的谐波电流畸变率达到相同值时对应的每个备选安装点上的注入补偿电流值，包括以下步骤：
设定总母线的谐波电流畸变率，并通过每个备选安装点的补偿控制模型，求解出每个备选安装点的各次谐波的补偿操作状态；
根据每个备选安装点的各次谐波的补偿操作状态，分别计算出每个备选安装点上注入的补偿电流值。
3.根据权利要求2所述的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，其特征在于，所述补偿控制模型通过以下步骤构建：
获取所述备选安装点上的谐波电流和谐波电压计算所述备选安装点上各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量；
对各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量分别采取不同的补偿操作状态，得到不同的补偿操作状态及其对应的总母线的谐波电流畸变率；
构建有源滤波器对各个次谐波的补偿操作状态和总母线的谐波电流畸变率的多元回归模型：
根据不同的补偿操作状态及其对应的总母线的谐波电流畸变率和所述多元回归模型拟合出以总母线的谐波电流畸变率为输出变量，以补偿操作状态为输入变量的补偿控制模型。
4.根据权利要求3所述的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，其特征在于，所述多元回归模型为：
Figure FDA0002204783490000011
其中，L表示母线编号；Y为总母线的谐波电流畸变率；β0为背景谐波，β1，β2，…βn为偏回归系数，表示母线L上的各次谐波的补偿操作状态对总母线的谐波电流畸变率的影响；ε为随机误差，N表示服从正态分布，σ表示方差；
Figure FDA0002204783490000021
表示对L母线上的n次谐波的补偿操作状态，
Figure FDA0002204783490000022
Figure FDA0002204783490000023
表示对n次谐波有功电流分量进行补偿的有功操作状态，
Figure FDA0002204783490000024
对n次谐波无功电流分量进行补偿的无功操作状态。
5.根据权利要求3所述的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，其特征在于，所述有功分量和无功电流分量为三项系统下的有功分量和无功电流分量，获取所述备选安装点上的谐波电流和谐波电压计算出所述备选安装点上各个次谐波的有功电流分量和无功电流分量，包括以下步骤：
对于任意K次谐波电流：
获取K次谐波电流及其对应的谐波电压的初始相位和谐波电流的初始相位，计算出所述K次谐波电流在d-q坐标系下的有功电流分量和无功电流分量：
Figure FDA0002204783490000025
其中，
Figure FDA0002204783490000026
分别为d-q坐标系下的K次谐波电流的有功电流分量和无功电流分量；IK为K次谐波电流；
Figure FDA0002204783490000027
为K次谐波电压的初始相位；
Figure FDA0002204783490000028
为K次谐波电流的初始相位；
依据广义park变换矩阵TK对应的反变换矩阵，对式(17)进行d-q到abc坐标系的变换，即得到三相系统下的K次谐波的有功电流分量和无功电流分量：
Figure FDA0002204783490000029
其中，
Figure FDA00022047834900000210
为三相系统下的K次谐波的有功电流分量，
Figure FDA00022047834900000211
为三相系统下的K次谐波的无功电流分量；k表示K次谐波，ω为角频率，t为时间。
6.根据权利要求3所述的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，其特征在于，依据经验初选多条基础母线作为备选安装点，具体为：
分析配电网频率响应特性或由HAPF的就近安装原则，选取响应特性比较明显或非线性负载比较多的基础母线作为备选安装点。
7.根据权利要求2至6中任意一项中所述的配电网中有源滤波器的最优安装点选取方法，其特征在于，所述设定总母线的谐波电流畸变率符合并网要求。
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