一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法技术

本发明专利技术公开了一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法，基于双馈式风电机组数学模型，构建双馈式风力发电机组电磁暂态模型；利用ADPSS仿真系统对风电场进行电磁暂态仿真计算，得到风电场注入电网的谐波电流和谐波电压；分别将得到的风电场输入电网的谐波电流和谐波电压与限值相比，判断风电场输入电网的谐波电流或谐波电压是否超标；若风电场输入电网的谐波电流超标，则设计有源滤波器，建立含有有源滤波器的风电场电磁暂态模型，并对电网中谐波电流进行补偿。本发明专利技术基于ADPSS的风电场仿真计算和谐波分析，以及针对谐波超标情况设计的滤波器电磁暂态模型，对评估蒙东地区大规模风电场接入电网产生的谐波影响具有重要的指导意义。

A Harmonic Analysis and Harmonic Control Method for Doubly-fed Wind Turbines Connected to the Grid

The invention discloses a harmonic analysis and control method for grid-connected doubly-fed wind turbines. Based on the mathematical model of doubly-fed wind turbines, the electromagnetic transient model of doubly-fed wind turbines is constructed; the electromagnetic transient simulation calculation of wind farms is carried out by using ADPSS simulation system, and the harmonic current of wind farms injected into the grid is obtained. Wave voltage; Comparing the harmonic current and harmonic voltage of the wind farm input grid with the limit value, judge whether the harmonic current or harmonic voltage of the wind farm input grid exceeds the standard; If the harmonic current of the wind farm input grid exceeds the standard, an active filter is designed to establish the electromagnetic transient of the wind farm with an active filter. The model is used to compensate the harmonic current in the power grid. The proposed method is based on ADSS wind farm simulation calculation and harmonic analysis, and the electromagnetic transient model of filter designed for harmonic over-standard situation, which has important guiding significance for evaluating the harmonic impact of large-scale wind farm connected to power grid in eastern Mongolia.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法
本专利技术涉及电网电能质量评估研究
，具体涉及一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法。
技术介绍
内蒙古自治区地域辽阔，资源丰富，是国家重要的能源、重化工以及冶金、建材等原材料生产和输出基地。由于能源资源禀赋和经济社会发展的独特特点，自治区正处于资源大规模开发和加工转化的快速发展期，短期内内蒙古以风电、光伏等新能源为主体的重型化产业结构难以根本改变，加之风电、光伏等新能源的快速发展，使得风电、光伏等新能源成为蒙东电网典型的非线性谐波源。风力发电系统是一种将风能转换为电能的能量转换系统。作为一种可再生能源，风能的开发利用近年来得到了极大的关注，大量的风力发电系统已经投入运行，各种风力发电技术日臻成熟。蒙东地区作为国家规划的八个千万千瓦级风电基地之一，地区风能资源的技术可开发量约1.1亿千瓦。2015年蒙东电力供电区域内风电发电量累计已达30.16亿千瓦时，同比增长2.1％。截至2015年，蒙东地区风电装机容量达到815万千瓦，同比增长了8.6％，风电装机占地区总装机容量的33％。蒙东电力高度重视清洁能源发展，在加速推进电网建设、加强电力需求侧管理、加强供热机组运行管理、充分挖掘系统调峰潜力等常规措施上持续深挖潜力，并且推动了一系列创新举措促进风电本地消纳。在蒙东电网供电范围内，电网结构相对薄弱。随着特高压交直流混联电网快速建设，大量新能源(风电、光伏等)并网，使得蒙东电网的电能质量问题日益突出，因此蒙东电网以将服务新能源发展作为重要的政治责任和社会责任，积极支持风电产业发展。近几年，蒙东地区风电新能源发电发展迅速，大量的风电场接入电网运行，目前蒙东电网已成为全国风电消纳水平最高、发展最快的省级电网。同时，由于风电场风速动态波动变化，新能源并网发电的输出功率存在较大随机波动，间歇性的功率波动将对电网的电能质量造成不利影响。通常新能源发电系统大部分采用电力电子装置并网，电力电子装置产生的电压电流谐波也是不可避免的，甚至电网不对称故障产生的负序电压以及电网自身的电压谐波，与新能源发电站变流器相互作用，将导致变流器产生附加谐波电流，新能源接入对于电网电能质量将产生较大影响。因此，如何分析风电场并网对电网电能质量影响，确定系统中谐波电压和谐波电流的分布状况，仍是待解决的技术问题。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法，基于变速变桨距双馈风电机组数学模型建立了双馈风力发电机组的电磁暂态模型，基于ADPSS的风电场仿真计算和谐波分析，以及针对谐波超标情况设计的滤波器电磁暂态模型，对评估蒙东地区大规模风电场接入电网产生的谐波影响具有重要的指导意义。本专利技术所采用的技术方案是：一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法，该方法包括以下步骤：步骤一：基于双馈式风电机组数学模型，构建双馈式风力发电机组电磁暂态模型；步骤二：利用ADPSS仿真系统对风电场进行电磁暂态仿真计算，得到风电场注入电网的谐波电流和谐波电压；步骤三：分别将得到的风电场输入电网的谐波电流和谐波电压与限值相比，判断风电场输入电网的谐波电流或谐波电压是否超标；步骤四：若风电场输入电网的谐波电流超标，则设计有源滤波器，建立含有有源滤波器的风电场电磁暂态模型，并对谐波电流的治理效果进行验证。进一步的，所述双馈式风电机组数学模型为：其中，定子、转子磁链表示为：发电机电磁转矩及转子运动方程为:TJps＝Tm-Te式中，p表示微分算子；下标s和r分别表示电机的定子和转子，Ls、Lr、Lm分别为定、转子自感和定转子间的互感；下标d、q分别表示dq0坐标下的d轴和q轴上的量；u、i、R分别表示电压、电流、磁链和电阻；ω为转子角速度；s为转差率；Te为电磁转矩；Tm为发电机机械转矩；TJ为转子惯性时间常数。进一步的，所述双馈式风力发电机组电磁暂态模型包括发电机变流器模型、风力传动轴控制模型、浆距角控制模型和电气控制模型；所述发电机及变流器模型包括有功控制通道和无功控制通道，有功控制通道以电气控制模型计算得到的励磁电压控制信号为输入信号，输出有功电流信号；无功控制通道以电气控制模型计算得到的有功电流控制信号为输入信号，输出无功电流信号；所述风力传动轴控制模型包括叶轮转动惯量和发电机转动惯量两部分，叶轮和发电机之间用一个弹簧连接，通过来自叶轮的气动功率和来自发电机的电磁功率作为两个输入，并在来自浆距角的调节下，得出叶轮和发电机转子的速度偏差；所述浆距角控制模型包括前半部分和后半部分，前半部分以发电机转速ωg作为输入信号，经过PI控制环节，给出浆距控制信号，还以发电机的功率Pord为输入信号，经过补偿环节，给出浆距补偿信号；后半部分将浆距控制信号和浆距补偿信号的和作为输入，经过PI控制积分环节，最后输出浆距角β；所述浆距角控制模型中，当传送给发电机的功率Pord大于PMX或发电机转速ωg大于转速参考值时，风力发电机组采用快速变桨的方式增大桨距角，以减少发电机转速；所述电气控制模型包括WPMS模型、励磁控制器和功率因数控制器，其中，WPMS模型模拟风电场电压无功控制，励磁控制器模拟变流器/励磁系统，功率因数控制器监视风机并网点的功率因数。进一步的，所述风电场输入电网的谐波电流的计算方法为：计算风电场接入后允许注入电网的谐波电流限值；根据建立的双馈式风力发电机组电磁暂态模型，采用ADPSS仿真平台进行仿真计算，得到线路上风电场流向并网点的电流波形；对仿真得到的电流波形进行离散傅里叶变换变换，得到风电场注入电网的谐波电流值；将风电场注入电网的谐波电流值与谐波电流限值相比较，若前者小于后者，则表示合格，否则视为超标。进一步的，所述风电场输入电网的谐波电压的计算方法为：根据电能质量-公用电网谐波规定标准，计算风电场注入电网的谐波电流在并网点产生的电网各次谐波电压含有率和电压总谐波畸变率；其中：电网各次谐波电压含有率为：式中，UN为电网的标称电压；Sk为公共连接点的三相短路容量；Ih为第h次谐波电流；电压总谐波畸变率为：式中，HRUh为第h次谐波电压含有率。将风电场注入电网的谐波电流在公共点引起的电网各次谐波电压含有率与电网各次谐波电压含有率限值相比较，若前者小于后者，则表示合格，否则视为超标；将风电场输入电网的谐波电压在公共点引起的电压总谐波畸变率与电压总谐波畸变率限值相比较，若前者小于后者，则表示合格，否则视为超标。进一步的，所述设计有源滤波器，建立含有有源滤波器的风电场电磁暂态模型的方法为：滤除风电机组产生的超标次数谐波电流，基于风电机组产生的谐波电流设计有源滤波器，并将该滤波器加装在风电场升压站侧，建立加装了有源滤波器的风电场电磁暂态模型。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术基于变速变桨距双馈风电机组数学模型建立了双馈风力发电机组的电磁暂态模型，基于ADPSS的风电场仿真计算和谐波分析，以及针对谐波超标情况设计的滤波器电磁暂态模型，对评估蒙东地区大规模风电场接入电网产生的谐波影响具有重要的指导意义；(2)本专利技术通过建立有源滤波器电磁暂态模型，对风电场产生的谐波电流进行抑制，以消除或减小谐波源在公共连接点的引起的谐波电压畸变，从而改善电能质量。附图说明本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法，其特征是，该方法包括以下步骤：步骤一：基于双馈式风电机组数学模型，构建双馈式风力发电机组电磁暂态模型；步骤二：利用ADPSS仿真系统对风电场进行电磁暂态仿真计算，得到风电场注入电网的谐波电流和谐波电压；步骤三：分别将得到的风电场输入电网的谐波电流和谐波电压与限值相比，判断风电场输入电网的谐波电流或谐波电压是否超标；步骤四：若风电场输入电网的谐波电流超标，则设计有源滤波器，建立含有有源滤波器的风电场电磁暂态模型，并对谐波电流的治理效果进行验证。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法，其特征是，该方法包括以下步骤：步骤一：基于双馈式风电机组数学模型，构建双馈式风力发电机组电磁暂态模型；步骤二：利用ADPSS仿真系统对风电场进行电磁暂态仿真计算，得到风电场注入电网的谐波电流和谐波电压；步骤三：分别将得到的风电场输入电网的谐波电流和谐波电压与限值相比，判断风电场输入电网的谐波电流或谐波电压是否超标；步骤四：若风电场输入电网的谐波电流超标，则设计有源滤波器，建立含有有源滤波器的风电场电磁暂态模型，并对谐波电流的治理效果进行验证。2.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法，其特征是，所述双馈式风电机组数学模型为：其中，定子、转子磁链表示为：发电机电磁转矩及转子运动方程为:TJps＝Tm-Te式中，p表示微分算子；下标s和r分别表示电机的定子和转子，Ls、Lr、Lm分别为定、转子自感和定转子间的互感；下标d、q分别表示dq0坐标下的d轴和q轴上的量；u、i、R分别表示电压、电流、磁链和电阻；ω为转子角速度；s为转差率；Te为电磁转矩；Tm为发电机机械转矩；TJ为转子惯性时间常数。3.根据权利要求1所述的双馈风力发电机组并网的谐波分析与治理方法，其特征是，所述双馈式风力发电机组电磁暂态模型包括发电机变流器模型、风力传动轴控制模型、浆距角控制模型和电气控制模型；所述发电机及变流器模型包括有功控制通道和无功控制通道，有功控制通道以电气控制模型计算得到的励磁电压控制信号为输入信号，输出有功电流信号；无功控制通道以电气控制模型计算得到的有功电流控制信号为输入信号，输出无功电流信号；所述风力传动轴控制模型包括叶轮转动惯量和发电机转动惯量两部分，叶轮和发电机之间用一个弹簧连接，通过来自叶轮的气动功率和来自发电机的电磁功率作为两个输入，并在来自浆距角的调节下，得出叶轮和发电机转子的速度偏差；所述浆距角控制模型包括前半部分和后半部分，前半部分以发电机转速ωg作为输入信号，经过PI控制环节，给出浆距控制信号，还以发电机的功率Pord为输入信号，经过补偿环节，给出浆距补偿信号；后半部分将浆距控制信号和浆距补偿信号的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑婷婷，刘卫明，任正，王建波，杨朋威，刘会斌，刘春晖，杜智超，
申请(专利权)人：国网内蒙古东部电力有限公司电力科学研究院，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15