- 頭條評估永磁直驅風電場諧波發射水平的改進方法2021-05-25 作者：熊敏 楊洪耕 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語風機濾波器在某些諧波頻率呈現低阻抗，估計諧波發射水平誤差大。因此，四川大學電氣信息學院的研究人員熊敏、楊洪耕，在2020年第3期《電工技術學報》上撰文，提出基于改進協方差特性估計永磁直驅風電場諧波發射水平的方法。該方法克服了公共連接點處諧波電流與背景諧波相關性帶來的誤差。
多風電場公共連接點（Point of Common Coupling，PCC）電壓畸變是各個風電場共同作用的結果。評估某一個風電場諧波發射水平時，系統側包含其余風電場，加劇了背景諧波的不確定性。由于風機濾波器在某些諧波頻率呈現低阻抗,增加了評估風電場諧波發射水平的復雜性。
評估諧波發射水平的典型方法有波動量法和線性回歸法。波動量法是根據PCC諧波電壓、電流波動量比值實部符號判別諧波發射水平；線性回歸法是通過求解方程回歸系數估計諧波發射水平。這兩種方法受背景諧波波動影響較大，在背景諧波平穩時計算結果誤差小。對于某一風電場而言，系統側包含其余風電場，背景諧波可能有較大波動，評估風電場諧波發射水平誤差大。
有學者根據PCC處諧波電流與背景諧波近似獨立協方差為零的性質估計諧波發射水平。該方法在諧波源側諧波阻抗遠大于系統諧波阻抗時，有效地抑制了背景諧波變動對估計結果的影響。由于風機濾波器在某些諧波頻率呈現低阻抗，PCC處諧波電流與背景諧波相關性增強。有學者的方法在評估風電場諧波發射水平時，計算結果誤差較大。有學者使用參考阻抗估計諧波發射水平，要求參考阻抗與實際阻抗接近。
負荷投切、系統運行方式和電網參數是不斷變化的，系統參考阻抗偏離實際值，影響估計結果。評估典型非線性用戶諧波發射水平時，不考慮呈高阻抗特性的諧波源側諧波阻抗。但風機濾波器在某些諧波頻率呈低阻抗，評估風電場諧波發射水平時，風機濾波、箱式變壓器和集電線等元件構成的等值阻抗不可忽略，將此阻抗定義為風電場側附加諧波阻抗。
當元件參數和網絡拓撲確定，該阻抗基本保持不變。并網逆變器LCL濾波器的網側阻抗由箱式變壓器和集電線構成，箱式變壓器主導。集電線等值后，得到的風電場側附加諧波阻抗近似值與實際值接近，可作為參考阻抗。
四川大學電氣信息學院的研究人員主要研究了由直驅式永磁同步風力發電機（Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator, D-PMSG）構成的D-PMSG風電場的諧波發射水平。提出了一種基于改進協方差特性評估D-PMSG風電場諧波發射水平的方法。
圖1 系統和D-PMSG風電場戴維南等效電路
圖2 直驅風機諧波模型
首先計算D-PMSG風電場側附加諧波阻抗，作為風電場側參考阻抗。然后利用改進協方差特性建立了PCC處諧波電壓和電流偏差量與PCC兩側諧波阻抗的表達式，得到系統諧波阻抗，進而求出諧波發射水平。所提方法克服了相關學者的PCC處諧波電流和背景諧波相關性帶來的誤差。
仿真和實測數據計算結果表明所提方法評估D-PMSG風電場諧波發射水平能有效地抑制背景諧波干擾，計算結果更為合理，并得出以下結論。
- 1）計算系統諧波阻抗，考慮了D-PMSG風電場側附加諧波阻抗，克服了原協方差方法中PCC處諧波電流和背景諧波相關性對結果的影響。
- 2）在風機濾波器呈現低阻抗，D-PMSG風電場側附加諧波阻抗不可忽略的情況下，本方法相較于快速獨立分量法和原協方差法，更好地抑制了背景諧波的干擾。由仿真結果可以看出本方法計算結果誤差較小。通過評估某D-PMSG風電場諧波發射水平，表明了方法的有效性。
- 3）本方法需要根據D-PMSG風電場元件參數計算其附加諧波阻抗，使得諧波發射水平評估過程繁瑣。根據D-PMSG風電場特征，尋求更簡便的附加諧波阻抗計算方法值得進一步研究。
以上研究成果發表在2020年第3期《電工技術學報》，論文標題為“基于改進協方差特性的永磁直驅風電場諧波發射水平評估”，作者為熊敏、楊洪耕。
