本发明属于电力系统中的电能质量治理，特别是涉及到一种基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法。
背景技术：
1、伴随着新型电力系统的构建，大量分布式电源接入电网会导致网侧电流的谐波含量增加，同时谐波电流作用在线路阻抗上会导致并网点处电压发生畸变。此外，单相分布式电源接入电网还会造成三相电压不平衡问题的恶化。因此，研究新型电力系统下如何对电能质量进行综合治理具有重大现实意义。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法用于解决目前大量分布式电源接入电网导致网侧电流的谐波含量增加，从而导致并网点处电压发生畸变；单相分布式电源接入电网还会造成三相电压不平衡问题恶化等技术问题。
2、基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：
3、步骤一、依据无功灵敏度指标，采用louvain社团发现算法对目标电网进行自动分区；
4、步骤二、按照无功灵敏度最大原则确定各区域主导治理节点，将各区域主导治理节点确定为最大平均灵敏度节点；
5、步骤三、建立基于序关系分析法-改进拉开档次法的电能质量综合评估模型，对治理前的电能质量进行评估；
6、1)采用基于同步坐标变换的dq变换法对各电流分量进行提取，获得负载电流的谐波分量、无功分量、基波负序分量和基波正序分量；
7、2)由步骤1)获得的谐波分量、无功分量、基波负序分量和基波正序分量，针对单一节点给出电能质量各指标系数的计算公式，并相应获得补偿前的谐波系数、无功系数以及不平衡系数；
8、3)用谐波系数、无功系数以及不平衡系数作为电能质量评估指标，根据获得的补偿前的谐波系数、无功系数以及不平衡系数，采用序关系分析法计算出电能质量各评估指标间的相对重要程度，并计算电能质量评估指标的主观权重；
9、4)根据获得的补偿前的谐波系数、无功系数以及不平衡系数，采用改进拉开档次法计算电能质量各评估指标的客观权重；
10、5)利用“最小二乘法”，根据电能质量各评估指标的主观权重值及客观权重值计算并获得电能质量评估指标的组合权重；
11、6)计算并获得电能质量综合评估结果
12、定义电能质量各评估指标的补偿系数，并通过获得的补偿前的谐波系数、无功系数、不平衡系数以及对应的补偿系数，获得补偿后的谐波系数、无功系数以及不平衡系数并用其作为补偿后的电能质量指标，再通过步骤5)获得的各项电能质量指标的组合权重以及补偿后的电能质量水平计算公式，获得补偿后的电能质量水平，并作为治理前的电能质量综合评估结果；
13、步骤四、构建考虑多功能并网逆变器不同剩余容量的电能质量综合治理双层优化模型，其包括上层优化模型和下层优化模型；
14、①上层优化模型
15、上层优化模型的决策变量是多功能并网逆变器有功并网后的剩余容量，设定多功能并网逆变器的总容量为si，并网有功功率为pi，谐波治理容量为sh，无功补偿容量为sq，不平衡补偿容量为sl，则各参数满足的关系如下式所示：
16、
17、上层优化模型的目标函数为最大化并网有功功率，使得光伏的有功功率尽可能多地并入电网即最小化光伏有功功率的削减量，如下式所示：
18、minf1＝ppv,max-ppv (18)；
19、式中：f1代表上层优化得目标函数；ppv,max代表当前时刻光伏的实际发电量；ppv代表经过优化后光伏的并网有功功率；
20、由于逆变器的剩余容量有限，多功能并网逆变器的输出功率不应超过光伏发出的最大功率，即满足逆变器容量上限约束，如下式所示：
21、0≤ppv≤ppv,max (19)；
22、②下层优化模型
23、下层优化模型根据上层优化模型确定的多功能并网逆变器的剩余容量，对多功能并网逆变器用于谐波、无功及不平衡的补偿容量进行分配，故下层优化模型的决策变量是用于电能质量综合治理功能的补偿容量，由于多功能并网逆变器在不同情况下其能够用于电能质量治理的剩余容量不同，故将下层优化模型分以下两种情况：
24、情况一：剩余容量sy满足式(20)，则多功能并网逆变器剩余容量足够大，此时下层模型以治理后电能质量最优为目标，其目标函数如式(21)所示：
25、
26、minf2＝minm＝ω1c′1+ω2c′2+ω3c′3 (21)；
27、式中：u代表电压有效值，is1代表电流基波分量的有效值，c1表示补偿前的谐波系数，c3表示补偿前的不平衡系数，c′1表示补偿后的谐波系数、c′2表示补偿后的无功系数，c′3表示补偿后的不平衡系数，ω1、ω2、ω3分别表示分别表示谐波、无功、三相不平衡指标的权重；
28、由于多功能并网逆变器的首要任务是实现光伏的有功并网，故对多功能并网逆变器投入的补偿容量加以约束，如式(22)所示：
29、
30、式中，η代表多功能并网逆变器的容量裕度安全系数，取值为0.95；sc代表多功能并网逆变器投入的补偿容量；si代表多功能并网逆变器的总容量；sp代表多功能并网逆变器有功并网所用容量；
31、情况二：剩余容量sy满足式(23)，则多功能并网逆变器剩余容量不充足，此时下层模型以治理后电能质量各项指标达标同时多功能并网逆变器投入补偿容量最小为目标，以避免多功能并网逆变器满状态运行，给电网带来安全隐患，同时达到对电能质量进行治理的目的；
32、
33、为了对并网点的电能质量进行有选择性的补偿，选择使得多功能并网逆变器投入补偿容量最小的补偿系数作为最优方案，投入的补偿容量由式(24)表示：
34、
35、式中：β1为谐波系数的补偿系数；β2为无功系数的补偿系数；β3为不平衡系数的补偿系数；ish代表电流谐波分量的有效值，in代表第n次谐波电流的有效值，其中，n≠±1,0，且n是整数；isq为电流无功分量的有效值；isfu代表电流负序基波分量的有效值；
36、相应的，目标函数如式(25)所示：
37、
38、在保证多功能并网逆变器投入补偿容量最小的同时，对单项电能质量指标进行约束，对补偿后的谐波系数c′1和不平衡系数c′3设置约束条件如式(26)所示，并同时需要满足式(22)的约束条件：
39、
40、式中，cl1和cl3分别表示多功能并网逆变器投入补偿后网侧电流谐波总畸变率、三相不平衡度所允许的最大限值；
41、步骤五、利用遗传算法和混合整数线性规划方法对该双层优化模型进行求解，其中，上层优化模型的决策变量较少，采用遗传算法对上层优化模型进行优化求解；下层优化模型属于多约束线性模型，其决策变量较多，采用适用于处理多约束问题的求解器利用混合整数线性规划方法求解下层优化模型。
42、所述步骤一中louvain社团发现算法依据模块度函数rmod的最大值对目标电网进行自动分区，所述模块度函数rmod的计算公式如下：
43、
44、式中，z代表电网包含的节点个数；e＝1,2,…,z，u＝1,2,…,z，e≠u；aeu代表节点e与节点u的连边权重；h代表系统连边权重之和；ke代表与节点e相连的所有连边权重之和；ku代表与节点u相连的所有连边权重之和；θe代表节点e所处社团的编号，θe＝θu时，δ(θe,θu)＝1，否则δ(θe,θu)＝0；deu代表节点e和节点u之间的电气距离；dop代表节点o和节点p之间的电气距离；o＝1,2,…,z，p＝1,2,…,z，o≠p。
45、所述步骤三的2)中谐波系数c1的计算公式如下：
46、c1＝ish/is1 (5)；
47、式中：is1代表电流基波分量的有效值；
48、无功系数c2的计算公式如下：
49、c2＝isq/is1 (6)；
50、式中：isq代表电流无功分量的有效值；
51、不平衡系数c3的计算公式如下：
52、c3＝isfu/is1 (7)；
53、式中：isfu代表电流负序基波分量的有效值。
54、所述步骤三的3)中采用序关系分析法计算出电能质量各评估指标间的相对重要程度，并计算电能质量评估指标的主观权重的具体步骤如下：
55、电能质量指标的个数记作m，待评估对象的个数记作n，依据序关系分析法，选出m个指标中最重要或最不重要的一个指标，记为x1；在剩余的m-1个指标中选出最重要或最不重要的一个指标，标记为x2；依此类推，得到电能质量各评估指标间的唯一序关系；
56、根据电能质量各评估指标间的序关系，计算并获得相邻电能质量各指标间的相对重要程度，计算公式如下式所示，
57、ri＝wi-1/ wi (8)；
58、式中：ri代表相邻指标xi-1与xi之间重要程度的比值，i＝2,3,…m-1,m；wi-1代表第i-1个指标的权重；
59、相对重要程度还能够由专家依据经验或实际情况进行判定，然后取判定值的平均值；
60、电能质量各评估指标的主观权重计算如式(9)-(11)所示，
61、ri-1≥1/ri (9)；
62、
63、wi-1＝riwi (11)；
64、式中：ri-1代表相邻指标xi-2与xi-1之间重要程度的比值，wm代表第m个指标的权重，wi代表第i个指标的权重用w＝(w1,w2,…,wm)代表电能质量各评估指标的主观权重向量，w表示电能质量各评估指标的主观权重向量。
65、所述步骤三的4)中采用改进拉开档次法计算电能质量各评估指标的客观权重的具体步骤如下：
66、首先，将m个电能质量指标及n个待评估对象的各指标值历史数据进行标准化处理，构成标准化矩阵bn×m；
67、其次，将标准化矩阵bn×m的每一列乘以由式(9)-(11)计算得到的主观权重值，获得矩阵bn×m*；
68、然后，令h＝(bn×m*)tbn×m*，计算矩阵h的特征向量d及相应的最大特征值λmax；
69、最后，按照式(12)对特征向量d进行标准化处理，获得电能质量各项评估指标的客观权重；
70、
71、式中，di代表各评估指标的客观权重，dmax,i代表特征矩阵每一行的最大值。
72、所述步骤三的5)中利用“最小二乘法”，根据电能质量各评估指标的主观权重值及客观权重值计算并获得电能质量评估指标的组合权重的具体步骤为：
73、建立如式(13)所示的权重矩阵：
74、
75、式中：git代表利用第t种指标赋权方法计算得到的第i个指标权重值；l代表采用的赋权方法数；m代表电能质量指标的个数；
76、对主观权重值及客观权重值进行组合，建立模型如式(14)所示：
77、
78、式中：f代表目标函数；ωj代表第j个指标的组合权重值；aij代表第i个评估对象的第j个指标的历史数据；
79、利用遗传算法对公式(14)所建立的模型进行优化求解，得到电能质量各项评估指标的组合权重值。
80、所述步骤三的6)中补偿后的电能质量水平计算公式为：
81、m＝ω1c′1+ω2c′2+ω3c′3 (16)；
82、其中，
83、
84、式中，c2为补偿前的无功系数。
85、通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
86、本发明提出的是一种基于louvain社团发现算法、无功灵敏度最大原则、序关系分析法、改进拉开档次法、遗传算法和混合整数线性规划法的电能质量综合治理方法，其特点是，在进行电能质量综合治理之前，引入分区治理的思想，采用louvain社团发现算法对目标电网进行区域划分，并基于无功灵敏度最大原则选取各区域的主导治理节点，同时利用序关系分析法确定主观权重，利用改进拉开档次法确定客观权重，然后，为避免仅使用序关系分析法导致主观影响因素过多以及仅使用改进拉开档次法导致客观片面，采用“最小二乘法”对主客观权重结果进行组合赋权，实现权重的主客观统一；在进行电能质量综合治理的过程中，建立挖掘多功能并网逆变器潜力的电能质量综合治理双层优化模型，利用遗传算法和混合整数线性规划相结合的方法求解该双层优化模型；在进行电能质量综合治理之后，分析并获得双层优化模型输出的各指标系数、电能质量综合评估结果以及电能质量治理所用的补偿容量，
87、本发明能够充分利用mfgci的剩余容量实现对谐波、无功及三相不平衡的优化和治理，提高系统的电能质量水平及mfgci的容量利用率，进而有效减少系统电能质量治理投资，使电网实现更加经济合理的运行。
1.基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，其特征是：包括以下步骤，并且以下步骤顺次进行：
2.根据权利要求1所述的基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，其特征是：所述步骤一中louvain社团发现算法依据模块度函数rmod的最大值对目标电网进行自动分区，所述模块度函数rmod的计算公式如下：
3.根据权利要求1所述的基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，其特征是：所述步骤三的2)中谐波系数c1的计算公式如下：
4.根据权利要求1所述的基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，其特征是：所述步骤三的3)中采用序关系分析法计算出电能质量各评估指标间的相对重要程度，并计算电能质量评估指标的主观权重的具体步骤如下：
5.根据权利要求1所述的基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，其特征是：所述步骤三的4)中采用改进拉开档次法计算电能质量各评估指标的客观权重的具体步骤如下：
6.根据权利要求1所述的基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，其特征是：所述步骤三的5)中利用“最小二乘法”，根据电能质量各评估指标的主观权重值及客观权重值计算并获得电能质量评估指标的组合权重的具体步骤为：
7.根据权利要求1所述的基于多功能并网逆变器的电能质量综合治理方法，其特征是：所述步骤三的6)中补偿后的电能质量水平计算公式为：
