摘要：在配电网高压、大容量的谐波治理的背景下，提出了采用混合电力滤波器的谐波治理方案。本文介绍了由小容量有源滤波器和无源滤波器串联构成的混合电力滤波系统，并在此基础上建立了混合系统的容量计算模型;采用改进遗传算法对系统的投资成本、无功补偿和滤波效果三个方面进行了优化设计研究。通过适应度函数的阈值制约以及不同概率对染色体进行选择操作。工程算例的仿真计算验证了该方法的正确性和可行性，且综合性能较好，工程应用价值较高。

　　关键词：混合有源电力滤波器，多目标优化，遗传算法

　　中图分类号：TM711

　　Abstract: Against the background of power distribution network, the scheme of a hybrid filter system is presented, based on its principle, the paper perform the capacity model for the system. It macroscopically optimizes for the cost, reactive compensation and the effect of filtering. By means of threshold limitation and different probabilities the chromosome selections are adopted. The results of test and simulation in a real project reveal its correctness and feasibility also the comprehensive performance and engineering application.

　　Keywords: hybrid active power filter, multi-objective optimization, genetic algorithm 0 引言随着电力电子器件在工业中的广泛应用，电网的谐波污染问题日益严重。谐波不仅影响电气设备的正常工作，还给电网的安全经济运行带来了隐患。无源滤波器(PPF)具有结构简单、维护方便等特点，是目前普遍采用的一种滤波手段，但其滤波效果受电网参数变动的影响较大，只能消除特定次数的谐波，且可能与系统阻抗发生串、并联谐振而导致谐波放大。有源电力滤波器(APF)具有较好的滤波效果，但初期投资较高，且大容量的APF难以实现。由PPF和APF构成的混合滤波系统[1]较好地克服了PPF和APF各自的缺点并实现了优势互补，以较低的成本获得了较好的滤波效果和稳定性，日益受到人们的重视，而其参数的选择对系统的整体滤波性能起着重要的作用，因此对系统参数进行优化设计就显得尤为重要。在已有的并联混合型有源电力滤波器(为了叙述方便，本文称之为HAPF，Hybrid Active Power Filter)的优化设计方法中，或者目标比较单一、约束条件较多、寻优空间较小、寻优能力不强;或者将有源部分和无源部分分开，通过对PPF的优化设计，以达到降低有源滤波器的容量，从而降低整体成本的目的，并没有考虑PPF参数对APF的影响[2-4]。本文基于改进的遗传算法[5-7]，将有源部分和无源部分作为一个整体进行优化设计[8]，较为全面地考虑了系统投资成本、无功补偿、滤波效果三方面因素，并通过MATLAB编程实现了该算法的优化设计。 1 HAPF的容量计算模型HAPF的拓扑结构如图1所示，图中的PPF由3次、5次、7次单调谐滤波器并联构成，APF由电压型逆变器构成，经变压器耦合与PPF串联后并联在电网上。该系统的谐波电流主要由PPF滤除，而APF则用来改善滤波效果，并抑制串、并联谐振。PPF利用电感和电容的谐振特性，给谐波提供一条低阻抗通道，从而使大部分负载谐波电流分流至滤波器支路，电网中仅残余少量的谐波电流;同时，PPF阻隔电网电压，使得很大比例的电网电压降落在无源滤波器上，从而使有源部分只承受较少的电网电压。

　　图1 HAPF的拓扑结构图

对系统的基波等效电路进行分析，如图2所示。其中，是电源电压的基波分量，是负载电流的基波分量，是电源电流的基波分量。

　　图2 系统基波等效电路图

由图2可知，APF两端电压的基波成分等于电感与LC滤波器在基波频率下串联分压后两端分得的基波电压。又因为一般很小，所以其两端的电压相对于电网电压来讲可以忽略不计。如式1所示。

(1)

与PPF基波阻抗相比，的基波阻抗很小，因此APF承受的基波电压很小，而PPF承受大部分的电网基波电压。 1.1 PPF容量计算模型单调谐无源支路由电感L、电容C和电阻R组成，它对次谐波的阻抗为：

(2)

其中为基波角频率。

　　从式(2)可以看出，单调谐无源支路对基波呈容性阻抗，则电网基波电压主要降落在电容上。单调谐无源支路中的电感L和电容C主要承受两种频率的激励作用，一个是电网基波频率电压，另一个是调谐频率电流。则L和C的容量可表示为：

(3)

(4)

式中，为电网基波相电压，为n次谐波电流。 1.2 APF容量计算模型分析APF的容量要分别得到APF所承受的基波电压值和流入的谐波电流值。根据式(1)可知，即是APF两端电压基波分量的有效值。

APF被控制为一个谐波电流源，因此，基波无功电流被强迫流过附加电感，APF中只流过谐波电流，其最大值等于电网中需要由有源滤波器补偿的谐波电流，如下式所示。

(5)

式中，为APF所产生的各次谐波补偿电流。

　　通过上述分析，则APF的容量可由下式表示：

 1/4    1 2 3 4 下一页 尾页