CN117634392A - 一种改进的c型滤波器无谐振设计方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种改进的C型滤波器无谐振设计方法及系统，包括：对C型滤波器增加一个LC并联支路，确定改进的C型滤波器；根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数；确定改进的C型滤波器的设计要求参数，根据设计要求参数构建约束条件；构建改进的C型滤波器元件参数配置模型，基于约束条件对配置模型计算最优解，确定改进的C型滤波器元件。本发明通过在C型滤波器结构基础上，增加低频谐振抑制单元，消除了滤波器潜在低频谐振点，同时在配置滤波器元件时采用无谐振设计，总体上具有更好的谐振抑制性能；且设计的滤波器具有低有功损耗及低配置成本。

Description

一种改进的C型滤波器无谐振设计方法及系统

技术领域

本发明涉及C型滤波器无谐振领域，具体涉及一种改进的C型滤波器无谐振设计方法及系统。

背景技术

随着电力电子器件及非线性负荷的广泛使用，电网中的谐波问题尤为突出。而电网中大量无功补偿装置的使用，也增大了电力系统与无功补偿装置的谐振概率，同时也加剧了电网中的谐波严重程度，在避免或抑制谐振的前提下实现无功补偿成为一大研究热点。

采用无谐振设计的方法配置元件参数，将无功补偿电容配置为C型滤波器，可以降低谐振带来的谐波电压放大与滤波器有功损耗。但C型滤波器在选用无谐振设计时，在低频下元件参数选择范围会明显缩小，这将大大增加滤波器的配置成本，不利于滤波器的经济性设计。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种改进的C型滤波器无谐振设计方法及系统，在研究无谐振设计对C型滤波器结构元件参数选择范围影响的基础上，给C型滤波器增加一个LC并联支路实现对特定频次谐波的谐振抑制，通过设置LC并联谐振消除滤波器低频谐振点；然后将滤波器配置成本、有功损耗、谐振抑制性能等条件作为限制条件，提出滤波器元件参数配置模型，采用鲸鱼优化算法求解滤波器元件参数最优值，实现改进的C型滤波器无谐振设计参数配置。

本发明通过下述技术方案实现：

第一方面，本发明提供了一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，该方法包括：

对C型滤波器增加一个LC并联支路，确定改进的C型滤波器；

根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数；

确定改进的C型滤波器的设计要求参数，根据设计要求参数构建约束条件；

构建改进的C型滤波器元件参数配置模型，采用鲸鱼优化算法对配置模型计算最优解，确定改进的C型滤波器元件，实现改进的C型滤波器无谐振设计参数配置。

进一步地，改进的C型滤波器结构包括依次连接的第一电容C₁、第一电路结构和第二电路结构；

第一电路结构包括并联的第三电容C₃和第二电感L₂，第一电容C₁连接第三电容C₃和第二电感L₂的第一公共端，第三电容C₃和第二电感L₂的第二公共端连接第二电路结构；

第二电路结构包括第一电感L₁、第二电容C₂和电阻R，第一电感L₁和第二电容C₂串联后与电阻R并联；第一电路结构的输出端连接第一电感L₁，第二电路结构的输出端接地。

进一步地，改进的C型滤波器的工作模式，包括：

A1，当电网频次较低时，第二电容C₂和第三电容C₃所在支路阻抗较大，该支路等效为开路，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第二电感L₂组成的单调阻尼谐滤波器；

A2，在电网基波频次下，设置第一电感L₁和第二电容C₂元件串联谐振，此时电阻R被短路，整个改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)与第三电容C₃、第二电感L₂组成的并联支路串联，基频电流不流经电阻R，改进的C型滤波器有功损耗降低；

A3，在电网抑制谐振的目标频次下，设置第三电容C₃和第二电感L₂并联支路并联谐振，整个改进的C型滤波器对外等效为开路，避免了改进的C型滤波器和电网在该频次下发生谐振；A4，在电网调谐频率下，整个改进的C型滤波器阻抗最小，呈低阻抗；

A5，在电网高次谐波下，第一电感L₁、第二电感L₂所在支路阻抗较大，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第三电容C₃组成的阻尼滤波器；随着频率升高，第三电容C₃的容抗降低，整个滤波器阻抗趋于纯电阻。

进一步地，根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数，包括：

B1，构建谐波电压放大系数的极限H_limit的PCC点等效电路模型；

B2，根据PCC点等效电路模型建立方程：

式中，为未接入无功补偿电容器或滤波器时的电压，V_F(ω)为接入无功补偿电容器或滤波器时的电压；R_F(ω)、X_F(ω)分别为对应频次下的滤波器阻抗电阻值与电抗值，R_s(ω)、X_s(ω)分别为对应频次下的系统阻抗电阻值与电抗值；H(ω)表示接入滤波器前后接入点谐波电压的放大倍数，用来衡量谐振强度；

B3，根据方程，当R_S(ω)＝0，X_F(ω)＝-X_S(ω)时，得到电压放大倍数最大值；

B4，当最恶劣谐波电压放大系数小于某一预设的限值，使得即使在该频次下并联点发生谐振，放大后的谐波电压仍满足要求，从而实现无谐振设计；即：

H_worst(ω)≤H_limit,ω≥ω_H

式中：ω_H为关注的最小谐波频次，H_limit为谐波电压放大系数的限值，根据系统的背景谐波电压与标准限值作比后，取各频次下满足要求的最小值。

进一步地，设计要求参数包括滤波器无功补充Q_F、抑制谐振的目标频次ω₂、有功损耗限制P_limit及调谐频率ω_T。

进一步地，约束条件包括以下五个约束条件：

第一约束条件：无功补偿需求；第一约束条件是根据第一电容C₁由系统所需滤波器提供的无功功率决定；

式中：Q_F为系统所需的无功功率，ω₁为基频角频率，V_r为系统额定电压；

第二约束条件：最小化基频有功损耗；第一约束条件是根据第二电容C₂与第一电感L₁在基频下串联谐振，基频电流不流经电阻，降低滤波器有功损耗；

第三约束条件：无谐振设计；第三约束条件是采用无谐振设计，抑制宽频域下的由滤波器与系统谐振；

H_worst(ω)≤H_limit,ω＞ω_H

式中：一般ω_H不宜小于5倍基频角频率；

第四约束条件：谐振抑制单元设计；第四约束条件是为实现宽频谐振抑制，设置谐振抑制单元第三电容C₃、第二电感L₂在目标频次下并联谐振，克服了无谐振设计在低频下元件参数选择范围缩小导致滤波器配置成本上升的缺点；

第五约束条件5：成本与功率损耗优化；

P_loss≤P_limit

式中：P_loss为滤波器实际有功损耗；P_limit为滤波器最大有功损耗限值。

进一步地，配置模型的目标函数f为：

f＝min(cost_Filter)

式中，cost_Filter为滤波器成本。

第二方面，本发明又提供了一种改进的C型滤波器无谐振设计系统，该系统使用上述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法；该系统包括：

滤波器结构确定单元，用于对C型滤波器增加一个LC并联支路，确定改进的C型滤波器；

谐波电压放大系数计算单元，用于根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数；

设计要求参数及约束条件确定单元，用于确定改进的C型滤波器的设计要求参数，根据设计要求参数构建约束条件；

配置模型构建及求解单元，用于构建改进的C型滤波器元件参数配置模型，采用鲸鱼优化算法对配置模型计算最优解，确定改进的C型滤波器元件，实现改进的C型滤波器无谐振设计参数配置。

进一步地，改进的C型滤波器结构包括依次连接的第一电容C₁、第一电路结构和第二电路结构；

第一电路结构包括并联的第三电容C₃和第二电感L₂，第一电容C₁连接第三电容C₃和第二电感L₂的第一公共端，第三电容C₃和第二电感L₂的第二公共端连接第二电路结构；

第二电路结构包括第一电感L₁、第二电容C₂和电阻R，第一电感L₁和第二电容C₂串联后与电阻R并联；第一电路结构的输出端连接第一电感L₁，第二电路结构的输出端接地。

进一步地，改进的C型滤波器的工作模式，包括：

A1，当电网频次较低时，第二电容C₂和第三电容C₃所在支路阻抗较大，该支路等效为开路，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第二电感L₂组成的单调阻尼谐滤波器；

A2，在电网基波频次下，设置第一电感L₁和第二电容C₂元件串联谐振，此时电阻R被短路，整个改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)与第三电容C₃、第二电感L₂组成的并联支路串联，基频电流不流经电阻R，改进的C型滤波器有功损耗降低；

A3，在电网抑制谐振的目标频次下，设置第三电容C₃和第二电感L₂并联支路并联谐振，整个改进的C型滤波器对外等效为开路，避免了改进的C型滤波器和电网在该频次下发生谐振；A4，在电网调谐频率下，整个改进的C型滤波器阻抗最小，呈低阻抗；

A5，在电网高次谐波下，第一电感L₁、第二电感L₂所在支路阻抗较大，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第三电容C₃组成的阻尼滤波器；随着频率升高，第三电容C₃的容抗降低，整个滤波器阻抗趋于纯电阻。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本发明一种改进的C型滤波器无谐振设计方法及系统，在研究无谐振设计对C型滤波器结构元件参数选择范围影响的基础上，给C型滤波器增加一个LC并联支路实现对特定频次谐波的谐振抑制，通过设置LC并联谐振消除滤波器低频谐振点；然后将滤波器配置成本、有功损耗、谐振抑制性能等条件作为限制条件，提出滤波器元件参数配置模型，采用鲸鱼优化算法求解滤波器元件参数最优值，实现改进的C型滤波器无谐振设计参数配置。

(1)本发明通过在C型滤波器结构基础上，增加低频谐振抑制单元，消除了滤波器潜在低频谐振点，同时在配置滤波器元件时采用无谐振设计，总体上具有更好的谐振抑制性能。

(2)本发明设计的滤波器在谐振抑制性能、各元件容量过载量、谐振抑制的目标频次的偏移量均在可接受范围内，鲁棒性较好。

(3)本发明设计的滤波器具有低有功损耗及低配置成本。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明一种改进的C型滤波器无谐振设计方法流程图；

图2为本发明一种改进的C型滤波器无谐振设计方法详细流程图；

图3为本发明改进的C型滤波器结构示意图；

图4为本发明PCC点等效电路模型图；

图5为本发明实施例1中在Matlab中搭建的PCC点等效电路图；

图6为本发明实施例1中本发明方法与其他方法治理前后无功补偿点各频次谐波情况示意图；

图7为本发明一种改进的C型滤波器无谐振设计系统结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

现有技术中采用无谐振设计的方法配置元件参数，将无功补偿电容配置为C型滤波器，可以降低谐振带来的谐波电压放大与滤波器有功损耗。但C型滤波器在选用无谐振设计时，在低频下元件参数选择范围会明显缩小，这将大大增加滤波器的配置成本，不利于滤波器的经济性设计。

因此，本发明设计了一种改进的C型滤波器无谐振设计方法及系统，在研究无谐振设计对C型滤波器结构元件参数选择范围影响的基础上，给C型滤波器增加一个LC并联支路实现对特定频次谐波的谐振抑制，通过设置LC并联谐振消除滤波器低频谐振点；然后将滤波器配置成本、有功损耗、谐振抑制性能等条件作为限制条件，提出滤波器元件参数配置模型，采用鲸鱼优化算法求解滤波器元件参数最优值，实现改进的C型滤波器无谐振设计参数配置。

实施例1

如图1和图2所示，本发明一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，该方法包括：

对C型滤波器增加一个LC并联支路，确定改进的C型滤波器；

根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数；

确定改进的C型滤波器的设计要求参数，根据设计要求参数构建约束条件；

构建改进的C型滤波器元件参数配置模型，采用鲸鱼优化算法对配置模型计算最优解，确定改进的C型滤波器元件，实现改进的C型滤波器无谐振设计参数配置。

作为进一步地实施，如图3所示，改进的C型滤波器结构包括依次连接的第一电容C₁、第一电路结构和第二电路结构；

第一电路结构包括并联的第三电容C₃和第二电感L₂，第一电容C₁连接第三电容C₃和第二电感L₂的第一公共端，第三电容C₃和第二电感L₂的第二公共端连接第二电路结构；

第二电路结构包括第一电感L₁、第二电容C₂和电阻R，第一电感L₁和第二电容C₂串联后与电阻R并联；第一电路结构的输出端连接第一电感L₁，第二电路结构的输出端接地。

具体地，改进的C型滤波器的工作模式，包括：

A1，当电网频次较低时，第二电容C₂和第三电容C₃所在支路阻抗较大，该支路等效为开路，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第二电感L₂组成的单调阻尼谐滤波器；

A2，在电网基波频次下，设置第一电感L₁和第二电容C₂元件串联谐振，此时电阻R被短路，整个改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)与第三电容C₃、第二电感L₂组成的并联支路串联，基频电流不流经电阻R，改进的C型滤波器有功损耗降低；

A3，在电网抑制谐振的目标频次下，设置第三电容C₃和第二电感L₂并联支路并联谐振，整个改进的C型滤波器对外等效为开路，避免了改进的C型滤波器和电网在该频次下发生谐振；A4，在电网调谐频率下，整个改进的C型滤波器阻抗最小，呈低阻抗；

A5，在电网高次谐波下，第一电感L₁、第二电感L₂所在支路阻抗较大，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第三电容C₃组成的阻尼滤波器；随着频率升高，第三电容C₃的容抗降低，整个滤波器阻抗趋于纯电阻。

作为进一步地实施，根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数，包括：

B1，构建谐波电压放大系数的极限H_limit的PCC点等效电路模型；其中，PCC点等效电路模型图见图4；

B2，根据PCC点等效电路模型建立方程：

式中，为未接入无功补偿电容器或滤波器时的电压，V_F(ω)为接入无功补偿电容器或滤波器时的电压；R_F(ω)、X_F(ω)分别为对应频次下的滤波器阻抗电阻值与电抗值，R_s(ω)、X_s(ω)分别为对应频次下的系统阻抗电阻值与电抗值；H(ω)表示接入滤波器前后接入点谐波电压的放大倍数，用来衡量谐振强度；

B3，根据方程，当R_S(ω)＝0，X_F(ω)＝-X_S(ω)时，得到电压放大倍数最大值；

B4，当最恶劣谐波电压放大系数小于某一预设的限值，使得即使在该频次下并联点发生谐振，放大后的谐波电压仍满足要求，从而实现无谐振设计；即：

H_worst(ω)≤H_limit,ω≥ω_H

式中：ω_H为关注的最小谐波频次，H_limit为谐波电压放大系数的限值，根据系统的背景谐波电压与标准限值作比后，取各频次下满足要求的最小值。

作为进一步地实施，设计要求参数包括滤波器无功补充Q_F、抑制谐振的目标频次ω₂、有功损耗限制P_limit及调谐频率ω_T。

作为进一步地实施，配置模型的目标函数f为：

f＝min(cost_Filter)

式中，cost_Filter为滤波器成本。

作为进一步地实施，约束条件包括以下五个约束条件：

第一约束条件：无功补偿需求；第一约束条件是根据第一电容C₁由系统所需滤波器提供的无功功率决定；

式中：Q_F为系统所需的无功功率，ω₁为基频角频率，V_r为系统额定电压；

第二约束条件：最小化基频有功损耗；第一约束条件是根据第二电容C₂与第一电感L₁在基频下串联谐振，基频电流不流经电阻，降低滤波器有功损耗；

第三约束条件：无谐振设计；第三约束条件是采用无谐振设计，抑制宽频域下的由滤波器与系统谐振；

H_worst(ω)≤H_limit,ω＞ω_H

式中：一般ω_H不宜小于5倍基频角频率；

第四约束条件：谐振抑制单元设计；第四约束条件是为实现宽频谐振抑制，设置谐振抑制单元第三电容C₃、第二电感L₂在目标频次下并联谐振，克服了无谐振设计在低频下元件参数选择范围缩小导致滤波器配置成本上升的缺点；

第五约束条件5：成本与功率损耗优化；

P_loss≤P_limit

式中：P_loss为滤波器实际有功损耗；P_limit为滤波器最大有功损耗限值。

具体地，第五约束是通过计算最恶劣运行状态下的元件容量，得到滤波器元件成本及功率损耗，取滤波器接入点处谐波电压为V_s(ω)×H_worst(ω)，其中H_worst(ω)为计算的各频次下最大谐波电压放大系数；改进的C型滤波器投运后各元件上电压、电流：

V_C＝I_CX_C

V_L＝I_LX_L

V_R＝I_RR

滤波器元件容量：

滤波器元件成本估计：高压电容器每MVar成本约为5000美元，高压电感器和电阻成本：

Cost＝a·S+b

式中：Cost为成本(单位：千美元)，S为电感与电阻额定容量(电感容量单位：MVar、电阻额定容量单位：MW)。电感器和电阻对应公式系数a分别为8.5和61；电感器和电阻对应公式系数b分别为8.2和11。

滤波器有功损耗：

按照图2的下半部分流程，使用惩罚因子，将以上约束条件代入目标函数，将原带约束的优化问题转化为无约束问题；采用鲸鱼优化算法对配置模型计算最优解，完成最优鲸鱼个体位置，即元件配置参数最优值。

具体实施时，在Matlab中搭建如图5所示的PCC点等效电路，各元件参数如表1所示，使用本发明将电路中无功补偿电容配置为滤波器，实现对PCC点处谐振的抑制。抑制后PCC点处的谐波含量与之前进行比较如图6所示。

表1为电路模型图中各部分元件参数取值

本发明一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，第一，通过在C型滤波器结构基础上，增加低频谐振抑制单元，消除了滤波器潜在低频谐振点，同时在配置滤波器元件时采用无谐振设计，总体上具有更好的谐振抑制性能；第二，设计的滤波器在谐振抑制性能、各元件容量过载量、谐振抑制的目标频次的偏移量均在可接受范围内，鲁棒性较好；第三，设计的滤波器具有低有功损耗及低配置成本。

实施例2

如图7所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例又提供了一种改进的C型滤波器无谐振设计系统，该系统使用实施例1的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法；该系统包括：

滤波器结构确定单元，用于对C型滤波器增加一个LC并联支路，确定改进的C型滤波器；

谐波电压放大系数计算单元，用于根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数；

设计要求参数及约束条件确定单元，用于确定改进的C型滤波器的设计要求参数，根据设计要求参数构建约束条件；

配置模型构建及求解单元，用于构建改进的C型滤波器元件参数配置模型，采用鲸鱼优化算法对配置模型计算最优解，确定改进的C型滤波器元件，实现改进的C型滤波器无谐振设计参数配置。

本实施例中，改进的C型滤波器结构包括依次连接的第一电容C₁、第一电路结构和第二电路结构；

第一电路结构包括并联的第三电容C₃和第二电感L₂，第一电容C₁连接第三电容C₃和第二电感L₂的第一公共端，第三电容C₃和第二电感L₂的第二公共端连接第二电路结构；

第二电路结构包括第一电感L₁、第二电容C₂和电阻R，第一电感L₁和第二电容C₂串联后与电阻R并联；第一电路结构的输出端连接第一电感L₁，第二电路结构的输出端接地。

具体地，改进的C型滤波器的工作模式，包括：

A1，当电网频次较低时，第二电容C₂和第三电容C₃所在支路阻抗较大，该支路等效为开路，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第二电感L₂组成的单调阻尼谐滤波器；

A2，在电网基波频次下，设置第一电感L₁和第二电容C₂元件串联谐振，此时电阻R被短路，整个改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)与第三电容C₃、第二电感L₂组成的并联支路串联，基频电流不流经电阻R，改进的C型滤波器有功损耗降低；

A3，在电网抑制谐振的目标频次下，设置第三电容C₃和第二电感L₂并联支路并联谐振，整个改进的C型滤波器对外等效为开路，避免了改进的C型滤波器和电网在该频次下发生谐振；A4，在电网调谐频率下，整个改进的C型滤波器阻抗最小，呈低阻抗；

A5，在电网高次谐波下，第一电感L₁、第二电感L₂所在支路阻抗较大，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁(作为主电容)、电阻R、第三电容C₃组成的阻尼滤波器；随着频率升高，第三电容C₃的容抗降低，整个滤波器阻抗趋于纯电阻。

其中，各个单元的执行过程按照实施例1的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法流程步骤执行即可，此实施例中不再一一赘述。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，其特征在于，该方法包括：

对C型滤波器增加一个LC并联支路，确定改进的C型滤波器；

根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数；

确定改进的C型滤波器的设计要求参数，根据所述设计要求参数构建约束条件；

构建改进的C型滤波器元件参数配置模型，基于所述约束条件对所述配置模型计算最优解，确定改进的C型滤波器元件。

2.根据权利要求1所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，其特征在于，所述改进的C型滤波器结构包括依次连接的第一电容C₁、第一电路结构和第二电路结构；

所述第一电路结构包括并联的第三电容C₃和第二电感L₂，第一电容C₁连接所述第三电容C₃和第二电感L₂的第一公共端，所述第三电容C₃和第二电感L₂的第二公共端连接第二电路结构；

所述第二电路结构包括第一电感L₁、第二电容C₂和电阻R，所述第一电感L₁和第二电容C₂串联后与电阻R并联；所述第一电路结构的输出端连接第一电感L₁，所述第二电路结构的输出端接地。

3.根据权利要求2所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，其特征在于，所述改进的C型滤波器的工作模式，包括：

A1，当电网低频时，第二电容C₂和第三电容C₃所在支路阻抗大，该支路等效为开路，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁、电阻R、第二电感L₂组成的单调阻尼谐滤波器；

A2，在电网基波频次下，设置第一电感L₁和第二电容C₂元件串联谐振，此时电阻R被短路，整个改进的C型滤波器等效为第一电容C₁与第三电容C₃、第二电感L₂组成的并联支路串联，基频电流不流经电阻R，改进的C型滤波器有功损耗降低；

A3，在电网抑制谐振的目标频次下，设置第三电容C₃和第二电感L₂并联支路并联谐振，整个改进的C型滤波器对外等效为开路，避免改进的C型滤波器和电网在该频次下发生谐振；

A4，在电网调谐频率下，整个改进的C型滤波器阻抗最小，呈低阻抗；

A5，在电网高次谐波下，第一电感L₁、第二电感L₂所在支路阻抗大，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁、电阻R、第三电容C₃组成的阻尼滤波器；随着频率升高，第三电容C₃的容抗降低，整个滤波器阻抗趋于纯电阻。

4.根据权利要求1所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，其特征在于，根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数，包括：

B1，构建谐波电压放大系数的极限的PCC点等效电路模型；

B2，根据所述PCC点等效电路模型建立方程，所述方程为：

式中，为未接入无功补偿电容器或滤波器时的电压，V_F(ω)为接入无功补偿电容器或滤波器时的电压；R_F(ω)、X_F(ω)分别为对应频次下的滤波器阻抗电阻值与电抗值，R_s(ω)、X_s(ω)分别为对应频次下的系统阻抗电阻值与电抗值；H(ω)表示接入滤波器前后接入点谐波电压的放大倍数，用来衡量谐振强度；

B3，根据所述方程，当R_S(ω)＝0，X_F(ω)＝-X_S(ω)时，得到电压放大倍数最大值；

B4，当最恶劣谐波电压放大系数小于某一预设的限值，使得即使在该频次下并联点发生谐振，放大后的谐波电压仍满足要求，从而实现无谐振设计；即：

H_worst(ω)≤H_limit,ω≥ω_H

式中：ω_H为关注的最小谐波频次，H_limit为谐波电压放大系数的限值，根据系统的背景谐波电压与标准限值作比后，取各频次下满足要求的最小值。

5.根据权利要求1所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，其特征在于，所述设计要求参数包括滤波器无功补充、抑制谐振的目标频次、有功损耗限制及调谐频率。

6.根据权利要求5所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，其特征在于，根据所述设计要求参数构建约束条件，所述约束条件包括：

第一约束条件：无功补偿需求；所述第一约束条件是根据第一电容C₁由系统所需滤波器提供的无功功率决定；

式中：Q_F为系统所需的无功功率，ω₁为基频角频率，V_r为系统额定电压；

第二约束条件：最小化基频有功损耗；所述第一约束条件是根据第二电容C₂与第一电感L₁在基频下串联谐振，基频电流不流经电阻，降低滤波器有功损耗；

第三约束条件：无谐振设计；所述第三约束条件是采用无谐振设计，抑制宽频域下的由滤波器与系统谐振；

H_worst(ω)≤H_limit,ω＞ω_H

式中：ω_H不小于5倍基频角频率；

第四约束条件：谐振抑制单元设计；所述第四约束条件是为实现宽频谐振抑制，设置谐振抑制单元第三电容C₃、第二电感L₂在目标频次下并联谐振，克服无谐振设计在低频下元件参数选择范围缩小导致滤波器配置成本上升；

第五约束条件5：成本与功率损耗优化；

P_loss≤P_limit

式中：P_loss为滤波器实际有功损耗；P_limit为滤波器最大有功损耗限值。

7.根据权利要求1所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，其特征在于，所述配置模型的目标函数f为：

f＝min(cost_Filter)

式中，cost_Filter为滤波器成本。

8.一种改进的C型滤波器无谐振设计系统，其特征在于，该系统使用如权利要求1至7中任一所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计方法，该系统包括：

滤波器结构确定单元，用于对C型滤波器增加一个LC并联支路，确定改进的C型滤波器；

谐波电压放大系数计算单元，用于根据电网的背景各次谐波含量及谐波限值，计算改进的C型滤波器允许的谐波电压放大系数；

设计要求参数及约束条件确定单元，用于确定改进的C型滤波器的设计要求参数，根据所述设计要求参数构建约束条件；

配置模型构建及求解单元，用于构建改进的C型滤波器元件参数配置模型，基于所述约束条件对所述配置模型计算最优解，确定改进的C型滤波器元件。

9.根据权利要求8所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计系统，其特征在于，所述改进的C型滤波器结构包括依次连接的第一电容C₁、第一电路结构和第二电路结构；

所述第一电路结构包括并联的第三电容C₃和第二电感L₂，第一电容C₁连接所述第三电容C₃和第二电感L₂的第一公共端，所述第三电容C₃和第二电感L₂的第二公共端连接第二电路结构；

所述第二电路结构包括第一电感L₁、第二电容C₂和电阻R，所述第一电感L₁和第二电容C₂串联后与电阻R并联；所述第一电路结构的输出端连接第一电感L₁，所述第二电路结构的输出端接地。

10.根据权利要求9所述的一种改进的C型滤波器无谐振设计系统，其特征在于，所述改进的C型滤波器的工作模式，包括：

A1，当电网低频时，第二电容C₂和第三电容C₃所在支路阻抗大，该支路等效为开路，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁、电阻R、第二电感L₂组成的单调阻尼谐滤波器；

A2，在电网基波频次下，设置第一电感L₁和第二电容C₂元件串联谐振，此时电阻R被短路，整个改进的C型滤波器等效为第一电容C₁与第三电容C₃、第二电感L₂组成的并联支路串联，基频电流不流经电阻R，改进的C型滤波器有功损耗降低；

A3，在电网抑制谐振的目标频次下，设置第三电容C₃和第二电感L₂并联支路并联谐振，整个改进的C型滤波器对外等效为开路，避免改进的C型滤波器和电网在该频次下发生谐振；

A4，在电网调谐频率下，整个改进的C型滤波器阻抗最小，呈低阻抗；

A5，在电网高次谐波下，第一电感L₁、第二电感L₂所在支路阻抗大，此时改进的C型滤波器等效为第一电容C₁、电阻R、第三电容C₃组成的阻尼滤波器；随着频率升高，第三电容C₃的容抗降低，整个滤波器阻抗趋于纯电阻。