英语原文共 13 页
基于单调谐无源滤波器混合分布式蚁群算法优化设计中的应用
HB Abdul Kahar，Ahmed F. Zobaa
伦敦布鲁内尔大学工程，设计与物理科学学院，Uxbridge，UB8 3PH，英国
摘要
本研究的目的是通过使用一种称为混合分布式蚁群优化的新方法，在非正弦系统中找到无阻尼单调谐滤波器的最佳尺寸参数。滤波器的电感和电容值是针对每个标准获得的，其中功率因数最大化，戴维宁电阻器中的损耗功率最小化或传输效率最大化，符合基于IEEE标准的技术和实际约束。IEEE Std. 519-2014和IEEE Std. 18-2012.在进行了非线性负载，引入谐振的滤波器值，电压总谐波失真，戴维南阻抗对负载电压的影响以及实际应用后，已经进行了详细研究并讨论了全局最小值和最大值的实现情况。利用获得的单调谐滤波器的最优值，通过对其它函数的评价，解释了系统的性能。通过与原算法的比较，验证了该方法的有效性，包括遗传算法和粒子群优化等进化计算技术。
关键词：
混合分布式蚁群优化，电力系统谐波无源滤波器，电能质量，米达科
介绍
电力系统谐波是电力系统中存在的稳态电能质量问题，自交流系统早期发展以来，观测到失真波形。最近，整流器，电源和其他使用固态开关的设备等非线性负载增加了，这也增加了对电能质量问题的关注 .这些非线性负载产生频率大于基频的电流和电压，高达基频的倍数，这被称为电力系统谐波。电力系统问题中的所有寻址问题对于关注电能质量问题和对谐波失真问题的关注非常重要。
有几种谐波抑制技术可以减少或消除K因子变压器等谐波的影响，调谐谐波滤波器，有源滤波器和换变压器通常，单个调谐滤波器是最常用的无源滤波器，因为它们简单且成本低。它被推荐用于非线性负载，因为它具有减少谐波和提高功率因数的双重目的。然而，滤波器的缺点是它可能会在系统中引入串联或并联谐振，需要安全地远离任何显着的谐波
使用自适应载波频率优化开发了用于谐波抑制的不同方法最佳滤波器设计，非支配排序遗传算法（NSGA-II），人工蜂群，自适应细菌觅食优化，差异进化，布谷鸟搜索算法，乌鸦搜索算法和蝙蝠算法.
本文提出了混合整数分布式蚁群优化（MIDACO）的第一个应用，以找到单调谐无源滤波器的最优值，并考虑到不同的标准，包括使用IEEE标准的不同技术和实际约束IEEE Std. 519-2014和 IEEE Std. 18-2012.所提出的方法一般认为负载是非线性的，电压总谐波失真，引入谐振的无源滤波器的值，戴维南阻抗的影响以及电容器的标准值。该方法的主要贡献在于保证了理想解决方案的快速收敛能力，其中通过将结果与遗传算法（GA）和粒子群优化（PSO）等其他有效公布技术进行比较来证明结果。最后，在IEEE Std.519-1992.中采用的例子中证明了这种提出的技术的有效性。
单调谐无源滤波器
单个调谐滤波器由串联无源元件，电阻器（R），电感器（L）和电容器（C）组成。图。1 图1说明了单调谐滤波器的滤波器配置R-X和Z-omega;图。
理想的单调谐滤波器是指滤波器的电感和电容在调谐谐波时具有等效电抗和纯电阻，总滤波器阻抗图（a）在方程式中给出等式(1) 其中和在方程式中等式(2) 分别是滤波器的电感和电容。
（1）
（2）
对于单调谐滤波器，调谐的锐度由下式确定
（3）
如果电容器的调谐频率是
（4）
角频率由 给定，代等式（4）入等式（5），得出QF的值
（5）
在工业滤清器设计中，其典型值在20-100之间。具有小功率的滤波器被急剧调到较低的频率，而较高的频率会导致昂贵的反应堆成本。因此，对于反应堆来说，有限制的标准限制。
另一方面，在电力系统中加入单一调谐滤波器时，谐振是最重要的影响因素。串联谐振和平行共振发生在频率低于等高线的频率上。谐振频率表示为
（6）
理论上，如果滤波器与需要消除的滤波器完全等价，则可以获得最大的效率。然而，滤波器的调谐频率通常为谐波的3%-10%。在.(6)考虑影响。此外，它将提供一个安全的余地，在温度的任何变化或失效或电容或。
R
jX
R
omega;
|R|
PB
图1 滤波器（左一）配置；（左二）R-X块 和 （右一）Z-omega;图于单调谐滤波器。
优化问题
目标函数
单相等效电路由无阻尼单调谐滤波器组成图2.通过最小阻尼振荡来理解滤波器是理想的。因此，通过从RLC滤波器移除电阻器R来考虑由于电阻而没有耗散能量来获得LC滤波器。
该实用电源是用电压源表示的(7)用谐波电流源表示非线性负载(8)。
（7）
（8）
其中K指的是现在的调和序。
在补偿系统中，无源谐波的阻抗是
（9）
而谐波的负载阻抗是
（10）
单调谐滤波器阻抗是通过以下方法得到的
（11）
图2 单调谐滤波器的单次谐波单相等效电路。
为了找到负载母线阻抗，当于等式（10）平行于于等式（11）
（12）
在此基础上，给出了系统的总输入阻抗，代入等式(9)和等式（12）进入等式(13)。
（13）
补偿源电流和负载电压在每个谐波级K下的方程可以表示为：
（14）
（15）
代等式(14)和等式(15)入等式(16)-(18)；研究将包括三个不同的目标函数标准：
最大功率因数，PF
（16）
为了最大限度地减少成本损失，
（17）
为了最大限度地提高传输效率，
（18）
约束问题
电容约束的实用价值
电容器是从无功率的值选择到负荷的，本文在文的基础上考虑了标准电压和无功率额定值的制造值。电容器应能在不超过下列限制的情况下工作。
- 电容器电流当量值的135%
（19）
其中电容器的电流，在谐波中表示为
（20）
- 电容器电压额定值的110%
（21）
电容器在谐波下的电压
（22）
- 额定峰值电压的120%
（23）
- 占电容器无功率的135%
（24）
因此，所有的限制都是在。(19)-(24)在本研究中考虑了系统的可靠性和正常运行。
谐波共振约束
在电力系统中，谐振发生在串联和并联电路中，其中滤波器的电感等效于其它电路。
在串联谐振中，电路具有极小的阻抗和较小的激励电压，从而产生大电流。在这种情况下，功率因数在其大电流和非常小的情况下是最小的。过高的元件电压值和电容会对电路造成损坏。如图2，当负载母线阻抗时发生串联共振，等式（12）是与阻抗串联，等式（9）共振串联阻抗，串联电抗由等式（25）给定，等于总输入阻抗等式（13）
（25）
相比之下，并联电路中出现的并联谐振具有较低的电流和较小的激励电流，但会产生较大的电压。与串联共振不同的是，谐振处的并行电路成为最大的，其中电路类似于纯电路，导致单位PF.
然而，并联谐振会增加系统的谐波电流和电压畸变。从图2中，单调谐滤波器的电阻抗电感供电和单调谐滤波器并联时会引起并联谐振，在阻抗并联的情况下，可引起并联谐振，平行电抗是由等式（9）和等式（12）代入到等式（26）
（26）
为了避免串联和平行，约束考虑值从等式（6）是总大于谐波级激活共振，在等式（27）中
（27）
此外，过滤器也被调到稍微低一点从等式（6），已被认为是一个约束，当一个调谐频率低于3%-10%的谐波要过滤被选择
附加约束
在一些公用事业机构，如果电力因素低于90%或95%(有些甚至低到80%)，则鼓励更有效地使用电力。与r能源成本和功率的有效输送，达到可接受的pf限值。另外，给出了总谐波畸变等式(28)和(29)是描述谐波含量波形的最常用的测量方法。总谐波电压畸变和总谐波电流畸变可以表示为：
（28）
（29）
在这篇论文中，等式(28)在指定限制是基于的情况下用作约束。单个谐波电压的最大限为3%，最大总电压谐波畸变为5%。当非线性负载谐波电流的目标是控制两种限制，不超过电压限制的情况下。
研究中的系统
在本研究中，对四种不同情况下的工业装置进行了仿真，分别给出了感应三相负载功率
和无功率分别为千瓦和无功率。
60周供电母线电压为4.16kV(线路对线路)，位移功率因数为%。在所有情况下都随机选择源和负载。所有的数据都是来自IEEE Std. 519-1992出版，其中所有的系统参数和使用的来源被描述在表1。
不同的判据，如功率因数、损耗、传输效率、ƞ等，均表示为相关指标的函数和使用指标等式(16)-(18)。制定后所涉及的目标函数和约束的不同准则，数学问题成为
最大PF，最小消耗，最大效率；
但须符合：
|
follows IEEE Std.18-2012 |
|
hle;0.9 |
|
hgt; |
|
VTHDle;5% |
|
PFge;90% |
最优化技术
本研究将蚁群优化技术与Oracle惩罚方法相结合，提出了一种新的优化技术amp;蚁群优化算法。ACO是解决同类优化问题的最优方法之一，这是马可在早期提出的，它是由蚂蚁和t的行为所激发的。他按其职能行事。这些蚂蚁使用间接通讯，并将其留在地面上，以标示出寻找食物来源的最佳途径，因为这取决于食物的质量和数量。食物来源应由其他蚂蚁追踪化学痕迹。类似的解决优化问题的机制。
混合整数搜索的新扩展领域已经发展到可以从其对关键功能特性的鲁棒性中看出好处的领域。该方法采用了受控概率函数的概念(P)对于离散域而不是表，这种方法允许对整数变量进行控制。原则上，任何大于零的函数都可以作为PDF，其中高斯函数是最常见的。高斯函数的优点是易于实现。不过，它也有一个缺点，它只能专注于一种手段。为了克服这一问题，给出了高斯函数，等式(31)由加权数维高斯系统组成考虑，其中方程描述如下：
（31）
图表1 研究的系
统参数和来源
表1 参数与源谐波研究
|
Parameter amp; Harmonics |
Case 1 |
Case 2 |
Case 3 |
Case4 |
|
Short Circuit, MVA |
150 |
150 |
80 |
80 |
|
|
0.01154 |
0.01154 |
0.02163 |
002163 |
|
|
0.1154 |
0.1154 |
0.2163 |
0.2163 |
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资料编号：[4456]
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