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新型并联混合有源电力滤波器的电气参数优化设计

刘丽丽  
【摘要】: 由于非线性负载的大量应用,电网的谐波污染问题日益严重,并由此产生了一系列的电能质量问题,同时用户对电能质量又提出了更高的要求,因而谐波治理问题已迫在眉睫。混合有源电力滤波器因其较好地克服了无源电力滤波器和有源电力滤波器各自的缺点并实现了优势互补,以较低的成本获得了较好的滤波效果和稳定性,而日益受到人们的重视,成为高压、大功率电力系统的主要谐波抑制装置。本文在兰州供电公司110kV变电站10kV馈电网的谐波治理背景下,对新型并联混合有源电力滤波器的电气参数设计方法进行深入研究。 首先,详细分析有源电力滤波器的各种拓扑结构,并在此基础上选择适合高压、大功率系统的有源电力滤波器拓扑结构进行深入分析;研究新型并联混合有源电力滤波器在检测电网谐波电流控制方式、检测负载谐波电流控制方式及两者相结合的复合控制方式下的工作原理。 其次,采用一种改进的遗传算法来优化新型并联混合有源电力滤波器中无源电力滤波器的电容参数,以投资成本、无功补偿性能及滤波效果三方面作为目标进行综合考虑;利用阈值制约两个适应度函数,一方面使得种群进化逐步进入约束空间,另一方面又保证具有潜力的染色体不会被过早地淘汰;同时,以不同的概率对染色体进行选择操作,使种群朝着三个目标最佳协调点的方向进化;引入混沌算子来克服早熟收敛现象;编写MATLAB语言的多目标优化程序,求得无源电力滤波器的电容参数。 再者,根据无源部分电气参数的优化结果对系统有源部分的参数进行较为详细的设计,包括有源滤波器、耦合变压器、输出滤波器及直流侧电容;利用MATLAB/SIMULINK软件建立混合滤波系统的仿真模型并进行仿真,仿真结果表明采用多目标优化方法设计的滤波器参数具有较好的滤波效果;根据新型并联混合有源滤波系统的参数优化流程设计图形用户界面,使用户的学习和操作更为方便。 最后,推导最小电容安装容量法和无功补偿容量法的工程方法设计无源滤波器参数的过程,并得出滤波器参数的工程设计结果;从经济性、无功补偿性能和滤波效果三方面分别对工程设计方法和多目标优化方法得出的混合滤波器参数进行性能对比分析。结果表明,由工程设计方法得出的滤波器参数只能满足部分设计指标的要求,而通过多目标优化方法得出的滤波器参数具有良好的经济性和谐波抑制性能,并兼顾无功补偿的作用,验证多目标优化方法设计新型并联混合有源电力滤波器参数的正确性和优越性。


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