低压电网无功补偿多目标优化控制的研究

论文摘要

随着我国电力系统的快速发展,无功功率已成为影响电网中电能质量的一个越来越重要的因素。目前随着用户侧感性负载容量的不断增加,迫切的需要进行无功补偿以提高系统功率因数、改善电压质量和降低线损,但是采用并联电容器进行无功补偿会由于补偿容量选择不合适而对电网中的谐波产生很大影响。本文针对谐波含量少的低压电网无功补偿和谐波放大问题进行了研究,提出了采用多目标优化的方法选择补偿容量,该方法能有效的减少无功补偿对谐波的放大作用。首先,介绍了无功补偿和谐波抑制技术的发展历史和相关原理,讨论了功率因数以及端电压与补偿容量的关系。通过建立含有谐波源的无功补偿模型并对谐波放大的原因和补偿后电网谐波的变化进行分析研究发现：采用串联电抗器抑制谐波虽然会产生很好的效果,但是需要增加购买电抗器的设备投资、装置的维护费用以及电抗器运行带来的电能损失：不串联电抗器则会因补偿容量不合适而对某次谐波产生放大作用,使电网谐波畸变率变大毁坏电容器和其他用电设备。为解决这个问题,论文采用多目标优化控制的方法选择补偿容量,以建立多目标优化数学模型为基础,并将谐波畸变率作为约束条件,经权重系数加权后得到以功率因数最高和谐波畸变率最小为目标函数的评价函数,通过评价函数得到的最佳补偿容量作为投切控制量。由MATLAB仿真可知,在谐波含量较少的低压电网中采用这种方法选择补偿容量,使补偿后的功率因数和谐波畸变率均得到了优化。最后,以抚顺特钢实测的数据为基础,针对无功补偿对谐波的影响进行MATLAB仿真,通过对补偿后谐波变化情况和设备费用的对比分析,表明采用多目标优化控制不仅能提高系统的功率因数,减小无功补偿对谐波的放大作用,而且还能减少因串联电抗器而增加的设备成本投资和电抗器运行带来的电能损失。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.1.1 课题的提出
• 1.1.2 各种解决方案
• 1.1.3 无功补偿和谐波抑制的发展历史
• 1.1.4 现有无功补偿和谐波抑制存在的问题
• 1.2 本文的主要研究工作
• 1.3 本文的主要创新点
• 第2章 低压电网无功补偿系统原理研究
• 2.1 并联电容器无功补偿
• 2.1.1 基本原理
• 2.1.2 无功补偿方式
• 2.1.3 补偿容量分组方式
• 2.2 无功补偿与谐波问题分析
• 2.2.1 无功补偿与谐波问题
• 2.2.2 谐波的产生和危害
• 2.2.3 谐波问题的对策
• 2.3 系统参数之间关系
• 2.3.1 功率因数与补偿容量关系
• 2.3.2 端电压与补偿容量关系
• 2.4 本章小结
• 第3章 无功补偿系统谐波分析
• 3.1 无电抗器系统分析
• 3.1.1 系统建模及谐波分析
• 3.1.2 系统仿真分析
• 3.2 有电抗器系统分析
• 3.2.1 系统建模及谐波分析
• 3.2.2 系统仿真分析
• 3.3 无功补偿系统参数测量
• 3.3.1 控制量选择
• 3.3.2 参数测量电路
• 3.3.3 谐波检测
• 3.4 本章小结
• 第4章 无功补偿优化控制研究
• 4.1 建立优化控制数学模型
• 4.1.1 无功补偿系统数学模型
• 4.1.2 单目标优化控制的目标函数
• 4.1.3 多目标优化控制的目标函数
• 4.1.4 优化控制的约束条件
• 4.2 优化控制MATLAB仿真流程图
• 4.2.1 MATLAB仿真技术概述
• 4.2.2 MATLAB仿真流程图
• 4.3 单目标优化控制系统仿真
• 4.3.1 单目标优化控制方法
• 4.3.2 单目标优化控制MATLAB仿真
• 4.4 多目标优化控制系统仿真
• 4.4.1 多目标优化方法
• 4.4.2 多目标权重系数的确定
• 4.4.3 多目标优化控制MATLAB仿真
• 4.5 实测数据仿真对比分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文