風電并網諧波電流分析目錄TOC\o"1-3"\h\u13100風電并網諧波電流分析 ⑤電機不產生齒諧波。在此假設下，可以將轉子的輸出電壓等效為獨立的電回路進行分析。由于這些參數都是在定子端進行計算的，因此，雙回路的正負序可以用正負序來表達，如圖4-2、4-3所示：圖4-2雙饋電機正序諧波等值電路圖圖4-3雙饋電機負序諧波等值電路圖圖4-2和4-3中，、分別為電機轉子側正、負序諧波電壓的有效值；、分別為由、產生的定子側正、負序諧波電壓有效值；、分別為轉子側次諧波電壓正、負序分量在定子側產生的諧波頻率與基波頻率比；為電網側等值電抗。通過等效電路可以等效純感性電路，只考慮電機漏抗和電網的電抗。因此，雙饋發電機的定子側諧波對電網的電能質量沒有任何影響。1.3雙饋風電機組諧波特性的仿真研究在上一節中，對雙饋風力發電機的諧波來源進行了分析，并根據其等效電路對雙饋風電機組的諧波特性進行了理論分析。本節通過在PSCAD仿真軟件中建立相應的仿真模型對雙饋風電機組的諧波特性進行研究。在PSCAD仿真軟件搭建的仿真計算模型如圖4-4所示：圖4-4雙饋風電機組諧波特性仿真圖在仿真中，對風機出口的電流進行FFT分析，得出了在不同的風速（也就是不同的功率）下的諧波電流頻譜圖，如下圖所示：圖4-5風速為10m/s時的電流頻譜圖4-6風速為11m/s時的電流頻譜圖4-7風速為12m/s時的電流頻譜從上述不同風速條件下的風電場頻率譜圖可知，在不同的風速條件下，電流的諧波譜分布趨勢是相同的，而且總體上具有更寬的諧波波段。除了少數幾次的諧波，其他的并無太大變化。表4-3不同風速先諧波電流數值10m/s11m/s12m/s總諧波電流有效值36.676A35.376A35.332A電流諧波總畸變率1.767%3.794%3.188%由表4-3的數據可知，在不同的風速條件下，各諧波電流的有效值差異很小；當風速增大時，總諧波電流的畸變率會降低，而當風速增大時，基波電流也會隨之增大。模擬結果表明，風力發電系統的基波電流與輸出功率成正比關系，但在諧波電流上卻沒有這種變化，這與以往的理論分析相吻合。以上分析是根據風力發電系統在風速平穩條件下，不同風速下風力發電裝置的輸出電流的諧波，下面針對風速在波動情況風電機組輸出電流諧波進行分析。將風力發電裝置的基本風速設為11m/s，而受1m/s、周期為0.2s的陣風干擾，該情形下的頻譜圖見圖4-8：圖4-8陣風擾動下風電機組輸出電流頻譜圖從頻譜4-8的觀測可知，在受陣風干擾的條件下，各次諧波的成分都得到了提高，而低次諧波占全諧波的比重則顯著增加。其中，2次諧波和3次諧波的含有率分別為5.86%和3.02%。經計算，該系統的總諧波畸變率為8.74%，遠遠超出了常溫下的條件。結果表明：當風速變化時，系統的低次諧波含量和總諧波畸變率都有較大的變化。1.4風電場諧波電流計算對電網中的諧波進行評價是風電機組必須做的第一項工作，其目標是通過對并網點中諧波電流電壓的限值進行檢測和校核。在對風電機組進行諧波分析時，其關鍵問題是諧波的集合效應。整個風電場是一個諧波源，它可以計算出諧波的大小。在計算諧波電流時，必須綜合考慮各種因素，例如諧波電流的相位。在風電機組的諧波電流中，由于各機組諧波電流的相位存在一定的差別，故不能用全部機組的諧波電流進行線性迭加。為了精確地計算電網中的電網總諧波，必須探索一種適合于風電機組的諧波電流計算方法。上節通過對單臺風力發電機的諧波特性的模擬與分析，對比了在不同風速條件下的諧波頻譜和總諧波畸變率，本節在此基礎上對風電場的諧波進行了分析。1.1.1風電場結構及其并網方式一座風力發電站由幾十到數百臺風力發電機組成，一般都是通過某種形式相連的，下面是當前大部分風力發電站所使用的線路。每個風力發電機在現場安裝一臺升壓變壓器，將電壓從690V提升到35KV，然后將n臺發電機作為一組集中在35KV母線上，將整個風電場分成N組，最后在35KV母線上，最后將其提升到220KV并接至電網。圖4-9風電場中風電機組分布及并網示意圖就此觀之，風電場的并網類似于一個諧波源的建立，不斷發出諧波電流為大電網所用，圖4-10是并網之后諧波的等效電路：圖4-10風電場并網諧波等效電路1.1.2風電場中諧波電流的計算方法從前一節的模擬結果可以看出，風力發電系統的諧波電流大小和相位具有隨機性，因而可以將其視為一個隨機變量，從而可以考慮利用概率法對風電場的總諧波進行估計。在概率論中，中心極限定理表明，許多隨機變量的總和都是遵循或接近于正態分布的，利用此原理，可以將風力發電裝置的h次諧波電流視為隨機相量，將風電場的全部h次諧波電流視為N（N為風電場機組數）個隨機相量之和。通過這種方式，當風力發電站的數量達到一定數量時，其計算精度將會大大提高。在變速風力發電裝置中，尤其是滯環電流控制器的風力發電機，其輸出的諧波電流可以看作是一個獨立的隨機變量，其相位可以被看作是在[0，2π]內，從均勻分布。通過以上的研究，可以采用式4-12對諧波電流進行計算。假設諧波電流的相位在[0,2π]內服從均勻分布；假設為風電機組輸出的第次諧波電流的幅值，該次諧波電流矢量可以表示為：(4-12)由此我們可以得到變量x、y的概率密度函數：u=x、y(4-13)通過計算可得式4-12所示概率密度函數的均值為，標準差。然后計算多臺風電機組同時運行的情況下，疊加不同次諧波的電流：(4-14)即：，風電場中每臺風力發電機的諧波電流均可視為彼此無關的隨機變量，因此由中心極限定理可得X、Y均服從正態分布。此外，風電場輸出的h次總諧波電流幅值,因X、Y均服從正態分布，所以服從瑞利分布，其概率密度為： (4-15)對應的累積分布函數：(4-16)其中，。利用上述的概率密度和分布函數，可以將IEC61000規范中確定的95%的概率值作為某個諧波電流值，或按要求求取其平均值。在正常情況下，風力發電機制造商可以提供風力和相應的數據，并根據所得到的資料，確定每一次的諧振電流。同時，根據上述計算方法，可以估算風力發電系統中的諧波，并對其進行預測和全面的分析。及早發現問題，采取相應的對策，減少錯誤發生的概率，避免更大的損失。1.1.3算例分析1.1.2中專門探討了風力發電系統中的電網諧波電流評價的幾種方法。本節通過結合一個特定的風電場實例進行分析。這個風場有50臺雙饋風力發電裝置，功率為2MW，風電場中風電機組分布和并網示意圖如4-13所示。為進一步的諧波電流進行分析，求出模擬風電場的各個次諧波均值，求出95%的概率大值所對應的諧波電流，其結果見表4-5。表4-5風電場諧波電流均值和95%概率大值諧波次數平均值95%概率大值諧波次數平均值95%概率大值20.2380.50830.2070.50840.0590.10850.5341.02360.3520.71170.5831.12180.3590.71290.0580.109100.1140.179110.0490.101120.1260.185130.1690.310140.1030.179150.1680.319160.0580.113170.1780.308180.4060.829190.2170.418通過查閱相關資料，得到的風電場對諧波電流的規定限值如表4-6所示。這些數值都是根據短路電流的大小來計算的，所有數值都是百分比，所以諧波電流的大小取決于電網的情況。表4-6風電場諧波電流限值諧波次數諧波電流值諧波次數諧波電流值26.52935.45443.28955.43762.17973.79881.63892.368102.029110.949120.818131.548141.318150.670160.760170.592181.142191.030對比分析4-5和4-6的資料，發現此風電場的各個次諧波均達到了風電場的要求，達到了相應的電能質量標準，符合并網要求。表4-7風電場諧波電流線性疊加值諧波次數諧波電流值諧波次數諧波電流值23.2433.2440.6556.4861.