[发明专利]多电能质量治理装置协调优化控制方法及系统

权利要求书

1.一种多电能质量治理装置协调优化控制方法，其特征在于，对具有不同电压等级的多电能质量治理装置的配电网系统建立线性化模型并转化为传递函数，通过相对增益矩阵分析方法分析系统的交互影响因素，进而得到相对增益矩阵，根据相对增益矩阵结果，调整系统参数以降低系统中各装置之间的交互影响；将电能质量治理装置之间的协调问题转化为多目标优化问题，通过优化算法协调电能质量治理装置的控制器参数以降低电能质量治理装置之间的交互影响，实现供电的可靠性；

所述的配电网系统为具有DSVC、DSTATCOM和无功补偿电容器的配电网系统，其动态负载d轴电流和其中：λ＝1-X₁B_DSVC-X₁B_LOAD、X₁₁＝X′+X₃、X_A＝X₁₁+X₂、X_B＝λX₂+X₁，母线电压V_e，以及DSVC、DSTATCOM、无功补偿电容器各自所在的母线电压V_m、V_n、V₁和DSTATCOM的直流侧电压V₀的依次为：V_e＝V_m+jX₁I₁、V_m＝V_n+jX₂I₂＝V_n+jX₂(I+I_C+I_DST+I_L)、V_n＝V₁+jX₃(I+I_C)、V₁＝E'_d-X'I_q+j(E'_q+X'I_d)和V₀＝cV_DC(cosψ+jsinψ)，式中：I_D为DSVC支路的电流，I_DST为DSTATCOM支路的电流，j为虚数单位，X₁为电源与DSVC连接母线之间的连接阻抗，I₁为电源电流，X₂为DSVC和DSTATCOM之间的连接阻抗，X₃为DSTATCOM与动态负载侧母线之间的连接阻抗，I为动态负载电流，I_C为无功补偿电容器电流，I_L为静态负载电流，E'_d为动态负载d轴电势，X'为动态负载等效阻抗，I_q为动态负载q轴电流，E'_q为动态负载q轴电势，V_DC为DSTATCOM直流侧电压，c为DSTATCOM控制器参数，ψ为相角；

所述的配电网系统采用感应电动机模型作为配电系统动态负荷模型，具体采用三阶机电暂态的模型：其中：s表示转子滑差，E'表示转子暂态电势，T'表示暂态开路时间常数，X表示同步电抗，X'表示暂态电抗，ω₀表示同步转速，T_j表示转子惯性时间常数，T_e表示感应电动机电磁力矩，T_m表示机械负荷转矩；

所述的配电网系统的状态空间模型：其中：Δx＝[ΔE′_d ΔE′_q ΔsΔV_DC]^T，Δy＝[ΔV_m ΔV_n ΔV_DC]^T，Δu＝[Δα Δc Δψ]^T，A、B、C、D均为系数矩阵；

所述的多电能质量治理装置协调优化控制系统包括：在具有三种电压等级的配电网中依次设置静止无功补偿器、静止同步补偿器和无功补偿电容器；

所述的静止同步补偿器的主电路包括：相互连接的作为储能元件的电容和基于IGBT的电压源逆变器，其动态模型为：其中：V₀、V_DC分别为交直流测电压，C_DC为DATATCOM直流侧电容，c＝mk为调制解调器的相关参数，m为脉冲宽度调制器的调制比，k是逆变器交直流电压之比，k和逆变器的结构有关，ψ为相角以控制直流电压；

所述的系统带有动态和静态负载，其中：静态负载位于静止无功补偿器与母线的连接处，动态负载位于静止同步补偿器与母线的连接处；

所述的相对增益矩阵分析方法是指：对于一个n输入和m输出的系统，输入u_j与输出y_i之间的相对增益λ_ij为：λ_ij表示的是当其他控制回路加入时，对u_j-y_i回路的影响程度；若λ_ij＝0，表示u_j无法控制y_i；若λ_ij＝1时，表示u_j-y_i的回路与其他控制回路没有交互影响，λ_ij越接近1时，表示交互影响越小，反之交互影响越大；因此，对于一个n输入和m输出的系统，通过计算所有的相对增益λ_ij构成一个n×m的相对增益矩阵R_RGA，通过该矩阵研究各输入—输出回路之间的交互影响关系；当m＝n，则相对增益矩阵为：其中：表示矩阵的Hadamard乘积，G(0)表示稳态传递函数矩阵；

所述的通过优化算法协调电能质量治理装置的控制器参数是指：采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法以及主从架构模式，通过主控制器采集全网电能质量信息，并以全局网损最低、电能质量最优、用户满意度最高、设备利用率最高为治理目标，通过全局最优化多电能质量治理装置协调控制计算，将控制指令下发给电网中安装的DSVC、DSTATCOM的控制器进行调节；

所述的优化算法具体为：

1)收集电网中电能质量治理装置的信息作为输入参数，以全局网损最低、电能质量最优、用户满意度最高、设备利用率最高为治理目标，建立目标函数；

2)设定初始化种群P₀；

3)求取当前种群各目标函数值，并根据目标函数值对种群进行快速非支配排序；

4)计算种群中每个个体的拥护距离；

5)选择、交叉和变异得到子代Q_t；

6)通过精英策略后，判断进化代数t是否大于最大代数，大于则结束算法；小于等于则t+1并跳至步骤3)继续运算，直至得到协调控制下各个电能质量装置控制器的优化参数；

所述的优化参数具体包括：系统参数、控制器参数和遗传算法参数；

所述的遗传算法参数具体为：种群规模、迭代次数、交叉率和变异率；

所述的精英策略具体是指：将t代初始化种群和t代子代设定为种群R_t，求取该种群的各目标函数值，根据目标函数值对种群R_t进行快速非支配排序，结合拥挤距离选取前N个个体作为父代P_t+1。