基于改进免疫算法的备用电容器自动优化配置方法_马金贝.pdf
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1、Jun.2023Fluid Measurement&ControlVol.4 No.3 基于改进免疫算法的备用电容器自动优化配置方法Automatic Optimization Configuration Method for Backup Capacitors Based on Improved Immune Algorithm马金贝(山东工程职业技术大学,山东 济南 250200)MA Jinbei(Shandong University of Engineering and Vocational Technology,Jinan 250200,Shandong,China)摘要:在备用电
2、容器优化配置中,存在比较严重的谐振现象问题。设计一种基于改进免疫算法的备用电容器自动优化配置方法。首先,以备用电容器费用最小和与最小电网有功损耗为目标,通过设定潮流、备用电容器容量、节点电压、移除备用电容器容量、备用电容器新增安装节点约束条件,以及总容量约束条件,构建备用电容器自动优化配置的目标函数;其次,为提升免疫算法性能,设计人工免疫算法,实施目标函数模型的求解,完成备用电容器自动优化配置;最后,在算法改进中以保持混沌免疫算法群体多样性为前提,通过敏感度思想对抗体进化更新实施指导,通过实际算例测试设计方法的优化配置性能。测试结果表明:该方法使各节点的总谐波失真均有一定降低,使实验算例系统在
3、各次谐波中的共振系数均较低,处于安全范围内,实现了设计目标。关键词:改进免疫算法;备用电容器;优化配置;谐波有功损失;群体多样性;人工免疫算法Abstract:In the optimal configuration of backup capacitors,the resonance phenomenon is still a serious problem.An automatic optimization configuration method based on the improved immune algorithm is designed.With backup capacito
4、r minimum cost and minimum grid active loss as the goal,through the development of power flow constraints,backup capacitor capacity constraints,node voltage constraints,remove backup capacitor capacity constraints,backup capacitor new installation node constraints and total capacity constraints,buil
5、d backup capacitor automatic optimization configuration target function.In order to improve the performance of the immunization algorithm,improve the immunization algorithm,the artificial immunization algorithm is designed,and the target function model is solved to complete the automatic optimizatio
6、n configuration of the spare capacitor.Maintain the population diversity of the chaotic immune algorithm.Through the optimal configuration performance of the test design method,the test results show that the total harmonic distortion of each node decreases somewhat,and the resonance coefficient of t
7、he experimental case system is low,and it is in the safe range.Key words:improved immunization algorithm;standby capacitor;optimized configuration;harmonic active power loss;group diversity;artificial immunization algorithm中图分类号:TM 761 文献标志码:A 文章编号:2096-9023(2023)03-0024-051前言随着科技的不断进步,生活与生产中出现了越来越多
8、的电力电子产品,这些产品为人类带来了更加安全的生产环境与更加舒适的生活,但由于这些产品的控制是基于微处理器来实现的,因此这些设备往往对电能的变化更加敏感,原本没影响的电压畸变或波动也可能对其正常使用造成影响,甚至可能造成比较重大的危害。在电能质量的研究中,可持续发展与能源清洁问题一直是关注焦点,而电力电子技术的发展则是一把双刃剑,增加了电能使用和人们控制电能的能力1。但与此同时,也使电网变得更加复杂,并使电网受到了更多污染。电力电子装置是配电网中一种主要的谐波源,例如不间断电源(Uninterruptible Power Supply,UPS)、变频器、整流器等。电力电子装置的负载大部分呈现感
9、性状态,导致功率因数降低、电流滞后电压,使网损增加,同时降低电网的传输能力。在该情况下,为对系统电压进行调整,提高功率因素,用户与供电部门会使用备用电容器。基金项目:山东工程职业技术大学科研基金资助项目(22SDGC012)242023年 6月流体测量与控制第 4卷第 3期(总第 16期)然而当存在谐波时,备用电容器与系统感性部分会互相作用,形成串联或并联谐波谐振,严重放大对应谐波,形成谐波谐振过电流或过电压现象,对附近电气设备以及备用电容器自身设备安全造成威胁2。因此,必须对备用电容器进行优化配置,使备用电容器能够在调整电压、提高功率因数的同时尽量少发生谐振现象。对于该问题的研究,在电压等级
10、不断提升、配电网规模不断扩大、终端负荷类型越来越多样化的情况下,传统优化配置方法已经不再适用,因此提出了很多自动优化配置方法,并且取得了丰硕的研究成果。但现有研究成果仍存在谐振现象比较严重的问题,基于此,本文设计了一种基于改进免疫算法的备用电容器自动优化配置方法。2备用电容器自动优化配置2.1构建目标函数以备用电容器费用最小和与最小电网有功损耗为目标,构建备用电容器自动优化配置的目标函数。完成备用电容器自动优化配置目标函数模型的构建后,制定模型的相关约束条件。该函数为一种非线性函数模型,具体为min R=LKQL+j=1M-1asYj(1)式中:QL为每段单位时间内配电系统损失的总电能数;LK
11、为市场上每度电需要花费的费用;as为单位备用电容器的对应造价系数;M为配电系统中总节点数量;Yj为第j个节点处安装的备用电容器容量。其中,每段单位时间内配电系统损失的总电能数QL的计算式为QL=Q1L+L=2LQ2L=L=1Lj=0M-1Ej,j+1()|V1-V2|yt(2)式中:Q1L为基波有功损失;L为最大谐波次数;Q2L为谐波有功损失;Ej,j+1为以节点j与节点j+1为两端端点的支路的电阻值;yt为L次谐波下支路的导纳值,利用频率扫描的方式能够获取该值;V1为L次谐波下节点j的对应电压相量;V2为L次谐波下节点j+1对应的电压相量3。2.2设定约束条件设定的约束条件包括潮流、备用电容
12、器容量、节点电压、移除备用电容器容量、备用电容器新增安装节点约束条件,以及总容量约束条件。其中,潮流约束条件如下:rj=r1-r2-r3=0j M(3)式中:rj为节点j工作中的有功潮流函数;r1为节点j工作中的有功出力;r3为节点j工作中的有功稳态分布系数;r2为节点j工作中的有功负荷。fj=f1-f2-f3=0j M(4)式中:fj为节点j工作中的无功潮流函数;f1为节点j工作中的无功出力;f3为节点j工作中的无功稳态分布系数;f2为节点j工作中的无功负荷。备用电容器在允许安装的最大设备容量方面存在限制,还要满足该节点负荷电抗与补偿电容的组合不能放大谐波电流的谐振4。完成约束条件制定后,对
13、备用电容器自动优化配置目标函数模型进行求解。备用电容器容量约束条件具体为|0 Kj Kj maxj M|Kj-Kp(5)式中:Kj为节点j上安装的备用电容器容量;Kj max为备用电容器最大允许容量;Kp为节点j主谐波源的实际谐振电容;为备用电容器离散指数。节点电压约束条件具体为Uj min Uj Uj maxj M(6)式中:Uj min为节点j对应上限电压值;Uj为节点j对应电压值;Uj max为节点j对应下限电压值。移除备用电容器容量约束条件具体为0 Gj G1(7)式中:Gj为从节点j中迁移出来的备用电容器容量;G1为节点j原有备用电容器容量。备用电容器新增安装节点约束条件具体为Bmi
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