[发明专利]基于TOPSIS综合评估模型的单调谐无源滤波器多目标设计方法

权利要求书

1.一种基于TOPSIS综合评估模型的单调谐无源滤波器多目标设计方法，具体包括如下步骤：

S1、根据单调谐无源滤波器的工作原理，建立滤波器的参数配置计算模型，滤波器各项参数计算方法，如下所示：

单调谐滤波器的谐振频率如式(1)所示：

其中，f_i为单调谐滤波器第i次谐振频率；L_i与C_i分别为第i次单调谐滤波器的感抗与容抗；

由式(1)推导出滤波器发生谐振的条件，如式(2)所示：

其中，ω_i为第i次谐波谐振角频率，第i次单调谐滤波器的阻抗如式(3)所示：

其中，Z_i为单调谐滤波器阻抗；R_i为单调谐滤波器电阻大小；

结合式(1)-式(3)计算出滤波器品质因子，用于描述与谐振器调谐相关的带宽频率，如式(4)所示：

其中，q_i为无源滤波器品质因子；

通过基波电压、基波电流与无源滤波器容量，可计算得到电容C_i的大小，如式(5)所示：

式中，Q_i为无源滤波器无功功率大小，ω₁、V₁分别为系统的基波角频率和基波电压；

S2、以系统功率因数、滤波器品质因子、治理后各次电压谐波含有率和治理后谐波电压总畸变率等指标为约束条件，建立最小化滤波器建设投资成本和最小化谐波电压总畸变率的多目标优化模型；

S3、通过求取该多目标问题的帕累托前沿，可得到在不同情况下的两个目标的最优解；

S4、在完成步骤S3的帕累托前沿求取后，得到了满足约束条件的多个解，引入TOPSIS模型对帕累托解集中各个解进行综合评价，从而确定各解的得分，并通过排序得到滤波器参数最优配置方案。

2.根据权利要求1所述的一种基于TOPSIS综合评估模型的单调谐无源滤波器多目标设计方法，其特征在于，步骤S2具体包括如下分步骤：

S21、最小化滤波器建设投资成本计算方法如下：

投资成本目标函数如式(6)-(7)所示：

minTS (6)

式(6)表示最小化无源滤波器投资总费用，其中，TS为单调谐滤波器总建设费用；

式(7)为单调谐滤波器与高通滤波器建设费用计算方法，其中，kr、kc、kl分别为电阻、电容与电感的单位投资成本，I为系统含有的总谐波次数；

S22、最小化治理后电压总谐波畸变率计算方法如下：

其中，THD_V为系统总谐波畸变率，V_i为各次谐波电压有效值；

S23、配置滤波器后，系统各项指标必须满足电能质量相关约束条件，各约束条件计算方法如下所示：

式(9)表示谐波治理后，系统谐波电压总畸变率必须低于某一限值，

THD_V≤THD_V,max (9)

其中，THD_V,max为谐波畸变率最大容忍值；

式(10)表示单次谐波必须低于某一限值，

其中，TDD_V,i为第i次谐波的含量；TDD_V,max为单次谐波的含量限值；

功率因数维持在一定范围内，如式(12)所示：

PF_min≤PF≤PF_max (12)

其中，PF为治理后系统功率因数；PF_min和PF_max分别为功率因数下限和上限；

系统功率因数的计算如式(13)所示：

其中，PL为负荷侧有功功率；QL为负荷侧的总无功功率；

同时，无源滤波器的投切数量，如式(14)所示：

N_s≤N_total (14)

其中，N_s为无源滤波器投切数量；N_total为无源滤波器装设数量的上限；

品质因子满的足约束条件，如式(15)所示：

q_min≤q_i≤q_max (15)

其中，q_min、q_max分别为品质因子下限与上限。