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多風(fēng)電場(chǎng)公共連接點(diǎn)（Point of Common Coupling，PCC）電壓畸變是各個(gè)風(fēng)電場(chǎng)共同作用的結(jié)果。評(píng)估某一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平時(shí)，系統(tǒng)側(cè)包含其余風(fēng)電場(chǎng)，加劇了背景諧波的不確定性。由于風(fēng)機(jī)濾波器在某些諧波頻率呈現(xiàn)低阻抗,增加了評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平的復(fù)雜性。

評(píng)估諧波發(fā)射水平的典型方法有波動(dòng)量法和線性回歸法。波動(dòng)量法是根據(jù)PCC諧波電壓、電流波動(dòng)量比值實(shí)部符號(hào)判別諧波發(fā)射水平；線性回歸法是通過(guò)求解方程回歸系數(shù)估計(jì)諧波發(fā)射水平。這兩種方法受背景諧波波動(dòng)影響較大，在背景諧波平穩(wěn)時(shí)計(jì)算結(jié)果誤差小。對(duì)于某一風(fēng)電場(chǎng)而言，系統(tǒng)側(cè)包含其余風(fēng)電場(chǎng)，背景諧波可能有較大波動(dòng)，評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平誤差大。

有學(xué)者根據(jù)PCC處諧波電流與背景諧波近似獨(dú)立協(xié)方差為零的性質(zhì)估計(jì)諧波發(fā)射水平。該方法在諧波源側(cè)諧波阻抗遠(yuǎn)大于系統(tǒng)諧波阻抗時(shí)，有效地抑制了背景諧波變動(dòng)對(duì)估計(jì)結(jié)果的影響。由于風(fēng)機(jī)濾波器在某些諧波頻率呈現(xiàn)低阻抗，PCC處諧波電流與背景諧波相關(guān)性增強(qiáng)。有學(xué)者的方法在評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平時(shí)，計(jì)算結(jié)果誤差較大。有學(xué)者使用參考阻抗估計(jì)諧波發(fā)射水平，要求參考阻抗與實(shí)際阻抗接近。

負(fù)荷投切、系統(tǒng)運(yùn)行方式和電網(wǎng)參數(shù)是不斷變化的，系統(tǒng)參考阻抗偏離實(shí)際值，影響估計(jì)結(jié)果。評(píng)估典型非線性用戶諧波發(fā)射水平時(shí)，不考慮呈高阻抗特性的諧波源側(cè)諧波阻抗。但風(fēng)機(jī)濾波器在某些諧波頻率呈低阻抗，評(píng)估風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平時(shí)，風(fēng)機(jī)濾波、箱式變壓器和集電線等元件構(gòu)成的等值阻抗不可忽略，將此阻抗定義為風(fēng)電場(chǎng)側(cè)附加諧波阻抗。

當(dāng)元件參數(shù)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浯_定，該阻抗基本保持不變。并網(wǎng)逆變器LCL濾波器的網(wǎng)側(cè)阻抗由箱式變壓器和集電線構(gòu)成，箱式變壓器主導(dǎo)。集電線等值后，得到的風(fēng)電場(chǎng)側(cè)附加諧波阻抗近似值與實(shí)際值接近，可作為參考阻抗。

四川大學(xué)電氣信息學(xué)院的研究人員主要研究了由直驅(qū)式永磁同步風(fēng)力發(fā)電機(jī)（Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator, D-PMSG）構(gòu)成的D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)的諧波發(fā)射水平。提出了一種基于改進(jìn)協(xié)方差特性評(píng)估D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平的方法。

圖1 系統(tǒng)和D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)戴維南等效電路

圖2 直驅(qū)風(fēng)機(jī)諧波模型

首先計(jì)算D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)側(cè)附加諧波阻抗，作為風(fēng)電場(chǎng)側(cè)參考阻抗。然后利用改進(jìn)協(xié)方差特性建立了PCC處諧波電壓和電流偏差量與PCC兩側(cè)諧波阻抗的表達(dá)式，得到系統(tǒng)諧波阻抗，進(jìn)而求出諧波發(fā)射水平。所提方法克服了相關(guān)學(xué)者的PCC處諧波電流和背景諧波相關(guān)性帶來(lái)的誤差。

仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表明所提方法評(píng)估D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平能有效地抑制背景諧波干擾，計(jì)算結(jié)果更為合理，并得出以下結(jié)論。

• 1）計(jì)算系統(tǒng)諧波阻抗，考慮了D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)側(cè)附加諧波阻抗，克服了原協(xié)方差方法中PCC處諧波電流和背景諧波相關(guān)性對(duì)結(jié)果的影響。
• 2）在風(fēng)機(jī)濾波器呈現(xiàn)低阻抗，D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)側(cè)附加諧波阻抗不可忽略的情況下，本方法相較于快速獨(dú)立分量法和原協(xié)方差法，更好地抑制了背景諧波的干擾。由仿真結(jié)果可以看出本方法計(jì)算結(jié)果誤差較小。通過(guò)評(píng)估某D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平，表明了方法的有效性。
• 3）本方法需要根據(jù)D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)元件參數(shù)計(jì)算其附加諧波阻抗，使得諧波發(fā)射水平評(píng)估過(guò)程繁瑣。根據(jù)D-PMSG風(fēng)電場(chǎng)特征，尋求更簡(jiǎn)便的附加諧波阻抗計(jì)算方法值得進(jìn)一步研究。

以上研究成果發(fā)表在2020年第3期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“基于改進(jìn)協(xié)方差特性的永磁直驅(qū)風(fēng)電場(chǎng)諧波發(fā)射水平評(píng)估”，作者為熊敏、楊洪耕。