针对风能发电并网技术及谐波问题研究

科技创新与应用

技术创新针对风能发电并网技术及谐波问题研究

周熊定银，罗纪平，

猛

科技有限公司杭州分公司，浙江杭州310000）（天地电研（北京）能源行业越成为显著的重要地位，目前不可再生能源越为枯竭，可再生的能源必然越为重摘要：随着中国经济发展的飞速发展，并且随着并网技术的逐渐视，其中国内大量发展太阳能，以光伏、风电发电将在未来成为安全可靠的可再生能源发电的主要形式之一，成熟，甚至将成为电力主要供应形式，拥有广阔的市场前景。但光伏发电的逆变技术主要应用于交流电动机的传动、变频电源、不间断电源（UPS）、市电电源的无功补偿器、有源滤波器等所有需要将直流电能变换成交流电能的地方。同时光伏发电的引入带来的电网谐波问题仍是一大技术难题。谐波；逆变；并网关键词：光伏发电；中图分类号院TM614Abstract:Withthe

themorenon-renewablevelopedatalargescalegenerationinthefuture.

文献标志码院A

文章编号院2095-2945渊2018冤08-0043-02

supplyandhaveabroadmarketprospects.However,theinvertingtechnologyofphotovoltaicpowergenerationismainlyusedinal原

（UPS）,reactivepowercompensatorofmu原ternatingcurrentmotordrive,variable-frequencypowersupply,uninterruptiblepowersupply

nicipalpowersupply,activepowerfilters（APF）,etc.,wheredirectcurrentenergyneedstobeconvertedintoalternatingcurrent.

Meanwhile,thegridharmonicproblemcausedbytheintroductionofphotovoltaicpowergenerationremainsamajortechnicalproblem.

Keywords:photovoltaicpowergeneration;harmonics;inverting;grid-connected

rapiddevelopmentofChina'seconomy,theenergyindustryhasoccupiesanimportantposition.Atpresent,energyisexhausted,themoreimportantrenewableenergywillbe,amongwhichsolarenergyhasbeende原athome,andwithphotovoltaicandwindpowergeneration,willbecomethemainformsofrenewableenergyWiththegradualmatureofgrid-connectedtechnology,thiswillevenbecomethemainformofelectricity

引言

由于风能对环境友好且储备量大，它的开发和利用得到社会各界越来越多的关注。风力发电不可避免的是国民生活

众的主要可再生能源得到重视，伴随着风力发电的不断发展，

多学者一直在大力研究风力发电并网问题，使得风电接入电网容量的日益提高、风机发电负荷越为提高，但是众所周知，风电场并网运行对电力系统安全稳定性一直是有着非常明显

如何去解决并网问题，如何去调的影响，如何去消除与降低，

不可忽视的另外整潮流分布，一直是大数人迫切解决的问题。

一方面的问题就是电压稳定性，某一层次上来说它是一个本

如何实现电压稳定平滑调节，通过阅读大质上属于动态问题，

并综合目前的调压手段，主要有连续潮流法、量的相关文献，

奇异值分解法、奇异值分解法和灵敏度分析法等。

1风力发电机静态模型风力发电机目前主要两种，一种是恒速恒频异步发电机、另外一种是变速恒频双馈感应发电机等。但是前者在发出有

以完成能量的转换。若风电功的同时还要从电网中吸收无功，

场无法从电网中得到足够的无功支持，则风电场机端电压会下降，严重时甚至会导致电压崩溃。而后者是目前应用比较广泛的发电机组，它比较于其它发电机可以有效的对有功功率、

并且其成本比较低，成为许多用户的无功功率进行控制调节、

转差率S<0首选，当异步机的转速高于旋转磁场的同步转速，

时异步机作为发电机运行，向电网输出电功率。其简化等值电

路如图1所示。

x1x2 r2/sIUxm图1异步发电机简化等效电路

其中，xm为励磁电抗；x1为定子漏抗，x2为转子漏抗，r2为转子电阻，s为转差，忽略定子电阻。通过图1可得以下关系式：

Q=-U+Pxs

xmr2Z=jxm//

U=姨-P（sx+r2）/rs蓸2222

1.1双馈风力发电机静态模型

双馈感应发电机区别于普通绕线式异步感应电机的地方在于它外加了连接在转子滑环和定子之间的四象限变频器和控制系统。通过对网侧变流器电压和定子侧无功功率的控

蓸rs+jx蔀2蔀2（1）（2）（3）

（1986-）主要从事配电网规划及设计、智能电网及新能源研究等。作者简介：熊定银，男，学士，工程师，

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技术创新TechnologyInnovationandApplication

科技创新与应用

2018年8期制，双馈感应发电机可以在恒功率因数或者恒电压控制方式下运行，现在风电场中所安装的双馈风电机组一般按照恒功率因数方式运行。在恒功率因数运行方式下，双馈感应发电机可以工作在单位功率因数工作状态，即不与系统进行无功功

故可将双馈感应发电机处理为PQ节点接入电网，率的交换。

该风机的特点是，它在运行变速变桨距风机有很多优点，

时和停机时，叶片总能保持最佳角度。维斯塔斯型风机就是一种变速变桨距风机，它的发电机是一种特殊异步电机，维斯塔斯变频系统（VCS）以及带绕组转子、滑环可使该风机以各种

变速、变桨距风机的主要优点概括起来不同的速度进行运转。

即已知有功功率并设定功率因数进而估算出风电场的无功功率，具体嗓P=f如式所示：

本文1.2Q=Ptan（v）永采磁（用的是发电机兹）

低速模型

多极永磁发电机，

即低速时，发电机也能工作，因此永磁直驱同步发电系统中把风轮机与永磁发电机赘转子直接耦合，省去了齿轮箱。说明风轮机的旋转角速度w与转子机械转速赘g相等，即赘压的w=极赘性与相g。

规定：定子三相绕组端电电流正方向按发

电机惯例来定义，

即正电流ib相和c相类同；a从端电压uda的正极性端流出发电机，在d-q坐标系下，轴方向与主磁场方

向一致。

永磁同步发电机在d-q坐标系下建模如下：

uRddsdssidsgqsdtd磁qs

uqsRsiqsgds链方程：dtdsLdidsf式中：qsLqiqs

uds、uRqs、ids、iqs为发电机定子输出电压和电流的d轴和q轴分量；速度，单位为rad/ss、Ld、L；鬃q为定子的电阻和电感；棕g为发电机电角f为永磁磁链，单位为Wb。

令Ldu=Lq=Li，联立式上式di可得电压

dsRsdsgLiqsLdsdtuqsRdiqssiqsgLidsgfL永

dt磁同步发电机定子输出电功率的瞬时值为：

Psudsidsuqsiqs

　　(idds

dsdtidqs22

qsdt

)Rs(idsiqs)　　　g(iqsdsidsqs)上中等号右边第一项是暂态过程的功率；第二项是定子绕组损耗2研究各风机发出功率的分布

；第三项是电磁功率。

台风机与其风速之间的相关系数的大小，

如果其相关系数大于0.8，假设风电场中每台风机都为上文中介绍的相同的风机，则可以把风电场中所有风机等效为一台风机，该等效风机的数据处理参照上文介绍的一台风机的数据处理方

式。另外，该等效风机的相关参数中，

切入风速、切出风速以及额定风速等都保持不变，但是其额定功率在上式的基础上应该作如下修改：P'式中n表示R风电=nPR

场中与对应风速相关系数很高的风电机组的台数。

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有以下几点：（1）该风机可在各种风况下优化出力。（2）该风机出力限定为1.75/1.8/2.0MW，本文选用额定功率为2.0MW的风机。（3）相比其它风机，维斯塔斯风机拥有平稳且高质量的功率输出及低闪络率。（4）无需电动机协助起动，且无需使用机械刹车来停机。（5）机械传动系统中，使载荷波动最小。（6）可提供3不同等级的噪声排放水平。

随着风电谐波的危害

场中含电力电子等非线性设备的风力发电机装机容量的增大，其在电力系统中引起的谐波电流也增大，对电网的安全稳定运行的影响不断增强。如果不对谐波加以抑制，风电场注入电网的谐波电流会影响其接入电网的电力电子等设备的正常运行，影响系统的电力输送效率。谐波对电力系统的危害主要表现在以下几个方面：（1）增加电网中设备的损耗，减少其使用寿命。（2）谐波电流会使变压器的铜耗增加，

尤其是对三角形连接的变压器。（3）高次谐波会是线路电阻增

加，增大电网网损，降低输电线路的传输效率。（4）谐波电压会

加速电容器的老化，增加电容器的附加损耗，缩短电容器的寿命。（5）使继电保护和自动装置的可靠性变差。（6）影响测量和

计量等4仪器的指示和计量准确性。（7）使家用电器工况要风电场的电网谐波分析计算方法

变坏。

全面分析风电场产生的谐波对电网的影响，

除了要对风电场公共入网点进行估算外，还要评估分析风电场谐波对风电场并入的电网主要节点的谐波影响。而对主要节点的谐波影响的分析，主要包括对谐波源产生的谐波电流在主要节点构成支路的各节点产生的谐波电压及谐波电流分布分析，可通过谐波潮流计算来进行。谐波分析和评估是通过谐波潮流计算来完成的，常用的谐波潮流计算的方法有：线性法、非线性法和解稱 算法等。

风电并网及接入系统问题主要有以下几个方面：（1）并网风电场的能量可信度和容量可信度分析。能量可信度是衡量

并网风电场在节约发电燃料方面的一个指标。（2）稳态分析，

在确定风电场的并网方案时，需要对含有风电场的电力系统进行潮流计算，避免出现线路功率或节点电压越限。（3）电能质量的影响，如电压偏差、电压波动、闪变及谐波。（4）稳定性

分析，包括静态稳定性和动态稳定性等。（5）发电计划与调度。参考文献[1][2]王承煦22.

王素霞，.国内张院

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