PDF《大容量混合有源滤波器多目标优化设计》

3 ] .但HAPF整体性能在很 大程度上取决于系统的优化程度, 综合考虑系统成 本、 滤波效果、 无功补偿等因素, 研究 PPF和APF的 参数匹配以及容量的合理分配问题, 对提高 HAPF 的经济性、 实用性有重要的意义. 对PPF进行单独优化设计的研究很多 [ 4-

8 ] , 而 综合对 HAPF进行整体优化设计的研究不多 [ 9-

10 ] , 文献 [ 9]将HAPF优化问题作为单目标优化问题, 考虑不全面, 寻优空间较小.文献 [ 10]利用遗传算 法(genetic algorithm, GA )对HAPF进行了多目标优 化设计, GA 是一种高效地解决非线性数值问题的 全局寻优算法, 但是 GA 较繁琐, 包括选择、 复制、 交叉、 变异等.粒子群优化算法 ( particle sw ar m opti m i zation , PSO)是一种新型的群智能进化计算技术, 与GA 相比, PSO算法简单易行, 无需交叉和变异等操 作, 更适合工程应用 [ 11- 12] . 本文以为某变电站设计的大容量 HAPF为例, 在以往研究的基础上建立 HAPF的多目标满意优化 模型, 综合考虑系统成本、 滤波效果及无功补偿 3个 优化目标及多个约束条件的影响.最后应用 PSO 算法解决此多目标优化问题, 大大减少了设计的工 作量及繁琐程度.最后通过仿真与模拟实验验证所 提设计方法的优越性及有效性.

1 混合有源滤波器 根据课题项目实际谐波含量情况, 设计了如图

1 所示的 HAPF, 其由无源部分 PPF与有源部分 APF 通过变压器串联后并联挂在

10 k V 母线上, 其PPF 部分由 5次、 7次单调谐滤波器与高通滤波器组成 并承担主要的谐波补偿任务, 而APF 部分主要用来 改善 PPF的滤波性能.由于 APF相对成本较高, 故图1并联混合有源滤波器 F ig.

1 The shunt hybrid active pow er filer 降低 APF容量可以大大降低整个系统的投资成本. 而APF容量取决于其承受电压 VAF 与流过其电流 IA F的乘积, 在此混合拓扑结构中, 电流 IAF基本一定, 故要想减小 APF容量, 就应尽量减小 APF承受的电 压VAF, 也即各次谐波电流流过 PPF 时所产生的谐 波电压 [ 13] .因此合理设计 PPF部分参数、 分配 APF 部分的容量是非常重要的.

2 混合有源滤波器优化设计问题描述 HAPF投入后不但要满足谐波抑制与无功补偿 的要求, 而且为了减小系统初期投资成本, APF容量 应该尽可能小.基于此, 本文综合考虑滤波效果、 无 功补偿及 APF 容量 3个优化目标对 HAPF 进行了 多目标优化设计;

为了进一步满足各种要求, 保证系 统的正常运行, 在优化设计中同时附加了多个约束 条件, 并区别于已有的设计方法, 在优化过程中考虑 了系统鲁棒性的要求.

2 1 三个优化子目标 1)APF容量越小越好.由上面分析可知, APF 的容量主要取决于谐波电流流过 PPF 时所产生的 谐波电压, 即minVA F, VAF = h = 5, 7, 11, 13, 17,

19 ,

23 ,

25 V

2 AFh. ( 1) 根据本课题项目的实际情况, 谐波次数最大截 止到 25次. 2)装设 HAPF后, 系统的功率因数在允许范围 内应尽量接近

1 0 , 即maxQ, Q = i= 5,

7 , H Qi, ( 2) 式中 Qi 为各无源滤波支路提供的基波无功功率. 3)装设 HAPF后, 总谐波畸变率 ( total harmonic d isortion , THD )越小越好.设总谐波畸变率为 d , 因 本系统中谐波电压没有超标, 故系统的滤波效果仅 用电流 THD 作为衡量标准, 即mind, d = N n =

2 Ih I1

2 , ( 3) 式中: d 为装设 HAPF后系统电网电流 THD;