本發(fā)明涉及一種新型三相四線不平衡負(fù)荷只利用容性元件的補(bǔ)償方法，屬于電力系統(tǒng)中電能質(zhì)量治理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，大功率、大容量、高不對(duì)稱度負(fù)載日益增多，電力系統(tǒng)負(fù)荷不平衡問題日益嚴(yán)重。三相負(fù)載不平衡對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，電氣設(shè)備的安全，以及電能質(zhì)量造成很大的負(fù)面影響。《中華人民共和國電力法》第三十二條規(guī)定“用戶用電不得危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序。對(duì)危害供電、用電安全和擾亂供電、用電秩序的供電企業(yè)有權(quán)制止”。因此，對(duì)三相四線不平衡負(fù)荷的容性元件補(bǔ)償方法尤為重要。
目前現(xiàn)有的文章、專利與實(shí)際工程應(yīng)用中，對(duì)不平衡負(fù)荷的補(bǔ)償均需接入感性無功。作為無功補(bǔ)償元件，電抗器的成本、功耗和體積均遠(yuǎn)大于電容器。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于針對(duì)只利用容性元件對(duì)三相三線制中的不平衡負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膯栴}，提出一種新型三相四線不平衡負(fù)荷只利用容性元件的補(bǔ)償方法，該方法利用對(duì)稱分量法推導(dǎo)出零序、正序和負(fù)序分量，并構(gòu)建了以負(fù)序電流和無功電流為指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法，構(gòu)建出三相四線負(fù)荷不平衡的容性元件補(bǔ)償方法，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。
實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：
一種新型三相四線不平衡負(fù)荷只利用容性元件的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
步驟一：網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)電壓為正弦且對(duì)稱的情況下，ua＝u，ub＝α2u，uc＝αu，α＝e120°j，其中：ua,ub,uc分別為a相、b相和c相電壓，u為相電壓幅值，j為復(fù)數(shù)的虛部單位，α為為三相電壓旋轉(zhuǎn)角，e為單位向量，根據(jù)對(duì)稱分量法求出僅用容性元件補(bǔ)償之后網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的零序、正序和負(fù)序電流；
步驟二：構(gòu)建遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)滿足
步驟三：利用遺傳算法，以實(shí)際工程應(yīng)用中最小電容單元的數(shù)值為基本單位，構(gòu)建與設(shè)定的種群個(gè)體數(shù)相同數(shù)量的、與δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca成正比例的、六個(gè)二進(jìn)制數(shù)順序連接而成的、新的二進(jìn)制數(shù)，作為初代種群中的個(gè)體；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值；
步驟四：得到初代種群中的個(gè)體之后，利用步驟二中的目標(biāo)函數(shù)公式計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度，并計(jì)算每個(gè)個(gè)體的遺傳幾率；對(duì)于初代種群中的個(gè)體，在下一代中的遺傳幾率與目標(biāo)函數(shù)的大小成反比；
步驟五：根據(jù)種群中各個(gè)個(gè)體的遺傳幾率進(jìn)行模擬基因交叉，重組以及變異過程，得到子代個(gè)體中使步驟二中目標(biāo)函數(shù)值最小的一組個(gè)體，記錄并作為當(dāng)代的最優(yōu)個(gè)體；
步驟六：重復(fù)步驟四、步驟五到至少500次，比較每一代最優(yōu)個(gè)體，得到整個(gè)遺傳過程中的最優(yōu)個(gè)體，將其根據(jù)步驟三逆轉(zhuǎn)換為δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca，即得到容性元件補(bǔ)償支路的最優(yōu)值；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值。
本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的有益效果是：
1、本發(fā)明針對(duì)三相四線系統(tǒng)中不平衡負(fù)荷現(xiàn)象，以及實(shí)際工程應(yīng)用中感性元件成本高及維護(hù)困難的問題，提供了一種基于遺傳算法的可廣泛適用于三相四線系統(tǒng)的容性元件補(bǔ)償方法。本發(fā)明通過計(jì)算三相系統(tǒng)中的正序電流、負(fù)序電流以及零序電流的實(shí)部和虛部，從而構(gòu)造關(guān)于負(fù)序電流和無功電流的目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法進(jìn)而提出了可以根據(jù)工程應(yīng)用中容性元件最小單元進(jìn)行最優(yōu)調(diào)整的三相四線不平衡負(fù)荷的補(bǔ)償方法。
2、本發(fā)明提出的一種新型三相四線不平衡負(fù)荷只利用容性元件的補(bǔ)償方法，利用對(duì)稱分量法推導(dǎo)出零序、正序和負(fù)序分量，并構(gòu)建了以負(fù)序電流和無功電流為指標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)，利用遺傳算法，構(gòu)建出三相四線負(fù)荷不平衡的容性元件補(bǔ)償方法，為實(shí)際工程應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，填補(bǔ)了三相四線不平衡負(fù)荷的容性元件補(bǔ)償方法的空缺。
附圖說明
圖1為三相四線不平衡負(fù)荷的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)原理圖。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
具體實(shí)施方式
具體實(shí)施方式一：如圖1所示，本實(shí)施方式披露了一種新型三相四線不平衡負(fù)荷只利用容性元件的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
步驟一：網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)電壓為正弦且對(duì)稱的情況下，ua＝u，ub＝α2u，uc＝αu，α＝e120°j，其中：ua,ub,uc分別為a相、b相和c相電壓，u為相電壓幅值，j為復(fù)數(shù)的虛部單位，α為為三相電壓旋轉(zhuǎn)角，e為單位向量，根據(jù)對(duì)稱分量法求出僅用容性元件補(bǔ)償之后網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)的零序、正序和負(fù)序電流；
步驟二：構(gòu)建遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)，目標(biāo)函數(shù)滿足
步驟三：利用遺傳算法，以實(shí)際工程應(yīng)用中最小電容單元的數(shù)值為基本單位，構(gòu)建與設(shè)定的種群個(gè)體數(shù)相同數(shù)量的、與δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca成正比例的、六個(gè)二進(jìn)制數(shù)順序連接而成的、新的二進(jìn)制數(shù)，作為初代種群中的個(gè)體；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值；
步驟四：得到初代種群中的個(gè)體之后，利用步驟二中的目標(biāo)函數(shù)公式計(jì)算目標(biāo)函數(shù)值，計(jì)算個(gè)體適應(yīng)度，并計(jì)算每個(gè)個(gè)體的遺傳幾率；對(duì)于初代種群中的個(gè)體，在下一代中的遺傳幾率與目標(biāo)函數(shù)的大小成反比；
步驟五：根據(jù)種群中各個(gè)個(gè)體的遺傳幾率進(jìn)行模擬基因交叉，重組以及變異過程，得到子代個(gè)體中使步驟二中目標(biāo)函數(shù)值最小的一組個(gè)體，記錄并作為當(dāng)代的最優(yōu)個(gè)體；
步驟六：重復(fù)步驟四、步驟五到至少500次，比較每一代最優(yōu)個(gè)體，得到整個(gè)遺傳過程中的最優(yōu)個(gè)體，將其根據(jù)步驟三逆轉(zhuǎn)換為δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca，即得到容性元件補(bǔ)償支路的最優(yōu)值；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值。
具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，步驟一中所述的零序、正序和負(fù)序電流參數(shù)為：
步驟一中所述的零序、正序和負(fù)序電流參數(shù)為：
其中：u為相電壓幅值，
具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一或二作出的進(jìn)一步說明，利用遺傳算法對(duì)步驟二中的目標(biāo)函數(shù)obj進(jìn)行優(yōu)化。
具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，步驟三中所述的初代種群個(gè)體需滿足以下條件：
1)種群中每個(gè)個(gè)體為連續(xù)的6個(gè)二進(jìn)制數(shù)，分別代表δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca連接組成的一組新的二進(jìn)制，其中；δba,δbb,δbc為三相星型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值；
2)三個(gè)二進(jìn)制數(shù)的每一個(gè)的值的范圍與三相四線系統(tǒng)所具備的電容器組的值的范圍，即0＜δb＜bmax所對(duì)應(yīng)，其中：δb為補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)電納值，bmax為實(shí)際工程應(yīng)用中補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的任意一相所能補(bǔ)償?shù)淖畲蟮碾娂{值；
3)二進(jìn)制數(shù)的最小單位，即1要與三相四線系統(tǒng)電容器組的最小單元值相對(duì)應(yīng)。
具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式是對(duì)具體實(shí)施方式一作出的進(jìn)一步說明，步驟四中所述的初代種群個(gè)體的適應(yīng)度定義為：
實(shí)施例1：
如圖1所示，本實(shí)施例披露了一種新型三相四線不平衡負(fù)荷只利用容性元件的補(bǔ)償方法，包括以下步驟：
步驟一：網(wǎng)側(cè)系統(tǒng)電壓為正弦且對(duì)稱的情況下ua＝u，ub＝α2u，uc＝αu，α＝e120°j，計(jì)算僅用容性元件補(bǔ)償之后系統(tǒng)的零序、正序和負(fù)序電流：
其中：ua,ub,uc分別為a相、b相和c相電壓，u為相電壓幅值，j為復(fù)數(shù)的虛部單位,α為三相電壓旋轉(zhuǎn)角,e為單位向量，
步驟二：構(gòu)建遺傳算法的目標(biāo)函數(shù)，對(duì)于三相四線系統(tǒng)而言，目標(biāo)函數(shù)滿足
步驟三：構(gòu)建初代種群，種群中個(gè)體需要滿足以下條件：
1)種群中每個(gè)個(gè)體為連續(xù)的6個(gè)二進(jìn)制數(shù)(分別代表δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca)連接組成的一組新的二進(jìn)制數(shù)，其中：δba,δbb,δbc為三相星型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值；
2)6個(gè)二進(jìn)制數(shù)，每一個(gè)的值的范圍與三相四線系統(tǒng)所具備的電容器組的值的范圍(即0＜δb＜bmax)所對(duì)應(yīng)；其中：δb補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中任意一個(gè)電納值，bmax為實(shí)際工程應(yīng)用中補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的任意一相所能補(bǔ)償?shù)淖畲蟮碾娂{值；
3)二進(jìn)制數(shù)的最小單位(即1)要與三相四線系統(tǒng)電容器組的最小單元值相對(duì)應(yīng)；
步驟四：根據(jù)步驟一以及步驟二中的公式求出當(dāng)代種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度，適應(yīng)度定義為
步驟五：根據(jù)當(dāng)代種群每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值分配遺傳幾率，遺傳幾率需滿足：
1)遺傳幾率與適應(yīng)度函數(shù)成正比；
2)當(dāng)代種群中所有個(gè)體的遺傳幾率之和相加為1；
步驟六：根據(jù)每個(gè)個(gè)體的遺傳幾率隨機(jī)取出兩個(gè)個(gè)體，在兩個(gè)個(gè)體的二進(jìn)制數(shù)序列中隨機(jī)找一個(gè)相同位置切斷，各取左右半段，組成新的二進(jìn)制數(shù)序列；以千分之一的幾率在新的二進(jìn)制序列的一個(gè)隨機(jī)位置將其值取反(0變1,1變0)；以此兩個(gè)過程模仿生物的基因重組、變異過程，組成一個(gè)新的個(gè)體，以同樣的方式組成與設(shè)定好的種群個(gè)體數(shù)相同的個(gè)體，作為新一代種群；
步驟七：對(duì)新一代的種群個(gè)體重復(fù)步驟四-步驟六步驟，循環(huán)至少500次后得到每一代的適應(yīng)度最高的個(gè)體的數(shù)據(jù)；將歷代適應(yīng)度最高的個(gè)體的適應(yīng)度相比較，找出適應(yīng)度最高的個(gè)體的二進(jìn)制序列，將其根據(jù)步驟三中構(gòu)建個(gè)體的方式將二進(jìn)制序列數(shù)翻譯成為δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca，所得到的δba,δbb,δbc,δbab,δbbc,δbca即為三相四線系統(tǒng)需要接入各補(bǔ)償支路的電容器的電納值；其中：δba,δbb,δbc為三相星型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值，δbab,δbbc,δbca為三相角型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的電納值。