風(fēng)電系統(tǒng)的接入對電網(wǎng)諧波的影響

風(fēng)電場引起的諧波問題一般而言，理想電力系統(tǒng)應(yīng)該具有單一頻率，單一波形，若干電壓等級(jí)的電能屬性。當(dāng)電壓、電流為同樣波形、同頻同相時(shí)為電能傳輸?shù)淖罡咝誓Ｊ?。這同樣也是電力產(chǎn)品生產(chǎn)、傳輸、轉(zhuǎn)換力求保證的最佳電能形式。隨著現(xiàn)在工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電力系統(tǒng)中正弦波形畸變的問題越來越受到重視。在電力系統(tǒng)中在電力系統(tǒng)中，波形畸變一般情況下并不是任意的，多數(shù)畸變是周期性的，屬于諧波范疇。因此可用專業(yè)術(shù)語諧波來描述電力系統(tǒng)中的波形畸變。由于新型的變速風(fēng)力發(fā)電機(jī)組采用了大容量的電力電子器件，在向電網(wǎng)注入有功的同時(shí)也會(huì)注入諧波，因此風(fēng)電場引起的諧波問題是必要重視的。一諧波的定義諧波的概念起源于聲學(xué)，表示一根弦或者一個(gè)空氣柱以本循環(huán)的頻率倍數(shù)頻率振動(dòng)。把這個(gè)概念引入電學(xué)中，國際上公認(rèn)的諧波定義為：諧波是一個(gè)周期電氣量的正弦波分量，其頻率是基波頻率的整數(shù)倍，我們也常稱它為高次諧波。用傅里葉級(jí)數(shù)表示諧波的含義，可將一個(gè)周期波形展開成傅里葉級(jí)數(shù)(hot)]0藝[acos(hot)(hot)]0h 0 hh=1sin(hcot+屮)]h 0 hh-1注意：（1）所謂諧波，其次數(shù)h必須為基波頻率的整數(shù)倍。（2）間諧波和次諧波。在一定的供電系統(tǒng)條件下，會(huì)出現(xiàn)非工頻頻率整數(shù)倍的周期性電流的波動(dòng)，分解出的傅里葉級(jí)數(shù)得出的不是基波整數(shù)倍頻率的分量，稱為間諧波。頻率低于工頻的間諧波又稱為次諧波。二諧波電流的限值我國的國家標(biāo)準(zhǔn)GB—T14549——1993《電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波》規(guī)定了諧波電流的允許值。標(biāo)準(zhǔn)電壓kV基準(zhǔn)短路容 蠱MVA諧波次數(shù)及諧波電流允許值呂2345678910111213R15161718192021貯2324250,381078623962264419211628132411129-7188.6167.88.97.1146.512610043342134142411118.5167,1136.16.85.3104.79.04e34.93.97.43.66.810100262013208.5156.46-85.19.34.37.93.74.13.26,02.85.42.6N92.34.52.14+1:拆25015127.7125<18?83.84.13,15.62.64-72+22.5i.93.6L73.21.51.81-42.7L32.566”5001S13乩！135.49.34,14.33.35.92*75.02.32.62.03.81-8亂41.61.91.52.81：42.e110750129,6<09.64.06*83?03?22?44*32*03.1L71.91,52,8L32.51.21.41.12.11.01.9注：22C.：- 基世無路徉量取E00i!MVA?標(biāo)準(zhǔn)電壓KV基準(zhǔn)短路容量MVA諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A23456789101112130.3810786239622644192116281324610043342134142411118.5167.11310100262013208.5156.46.85.19.34.37.93525015127.7125.18.83.84.13.15.62.64.76650016138.1135.49.34.14.33.35.92.75.0110750129.66.09.64.06.83.03.22.44.32.03.7標(biāo)準(zhǔn)電壓KV基準(zhǔn)短路容量MVA諧波次數(shù)及諧波電流允許值，A1415161718192021222324250.381011129.718&6167.88.97.1146.51261006.16.85.3104.79.04.34.93.97.43.66.8101003.74.13.26.02.85.42.62.92.34.52.14.1352502.22.51.93.61.73.21.51.81.42.71.32.5665002.32.62.03.81.83.41.61.91.52.81.42.61107501.71.91.52.81.32.51.21.41.12.11.01.9S當(dāng)公共連接點(diǎn)處的最小短路容量不同于基準(zhǔn)短路容量時(shí)，可按公式IeK1I換算hShPK2式中：S為公共連接點(diǎn)的最小短路容量，MVA;S為基準(zhǔn)短路容量,MVA;I為表中第hK1 K2 hP次諧波電流允許值，A;I為短路容量為S時(shí)的第h次諧波電流允許值，A。h K1三諧波產(chǎn)生的原因電力系統(tǒng)中，諧波是由于非線性備的存在而造成的。對于風(fēng)電機(jī)組來說，發(fā)電機(jī)本身產(chǎn)生的諧波是可以忽略的，諧波電流的真正來源是風(fēng)電機(jī)組中采用的電力電子元件。對于定速風(fēng)電機(jī)組來說，在連續(xù)運(yùn)行過程中，沒有電力電子元件參與，因而也基本沒有諧波產(chǎn)生;當(dāng)機(jī)組進(jìn)行投入操作時(shí)，軟并網(wǎng)裝置處于工作狀態(tài)，將產(chǎn)生諧波電流，但由于這個(gè)過程較短,產(chǎn)生的諧波可以忽略。變速風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)用大容量的電力電子元件,并網(wǎng)后始終處于工作狀態(tài),因此變速風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生的諧波需要考慮。四諧波的危害諧波對電力系統(tǒng)或并聯(lián)的負(fù)載產(chǎn)生種種危害，危害的程度取決于諧波量的大小、現(xiàn)場條件等因素。諧波的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1對電網(wǎng)的影響當(dāng)系統(tǒng)中含有高次諧波時(shí)，并聯(lián)電容器投入后，會(huì)產(chǎn)生使系統(tǒng)原有諧波放大的現(xiàn)象。當(dāng)系統(tǒng)的諧波感抗與電容器的諧波容抗相等時(shí)，就會(huì)發(fā)生諧振，對電力系統(tǒng)本身和電容器造成不利。另外諧波的存在還會(huì)影響到潮流計(jì)算的有效性，增加網(wǎng)絡(luò)損耗。2對電氣設(shè)備的影響諧波使各種設(shè)備出現(xiàn)故障，如使發(fā)電機(jī)負(fù)載加重，產(chǎn)生振蕩轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速同期性變化等等;使變壓器鐵心產(chǎn)生磁滯伸縮現(xiàn)象，噪聲增加;使電纜容量減小，損失增加，老化加劇等;對電阻、保險(xiǎn)絲、電壓表等低壓設(shè)備也有影響。3對繼電保護(hù)的影響諧波存在可能導(dǎo)致繼電器發(fā)生誤動(dòng)作，對電磁型、感應(yīng)型、整流型以及靜態(tài)繼電器都有影響。4對通信線路的干擾對通信系統(tǒng)產(chǎn)生電磁干擾，使電信質(zhì)量下降；使得重要的和敏感的自動(dòng)控制、保護(hù)裝置不正確動(dòng)作；危害到功率處理器自身的正常運(yùn)行。五實(shí)例分析本文還是對15臺(tái)30MW風(fēng)電機(jī)組成的風(fēng)電場進(jìn)行分析。諧波潮流分析結(jié)果如下表所示諧波次數(shù)輸出功率諧波電流諧波次數(shù)輸岀功率諧波電流21978.70.231993.30.1101988.80.151981.50.71420.70.171991.50.41621.40.111181.60.71321.40.61520.70.21799.50.4191950.70.1231978.70.1最大總諧波畸變率0.95在最大總諧波畸變率處的輸出功率1993.3諧波次數(shù)輸出功率諧波電流諧波次數(shù)輸出功率諧波電流21978.70.231993.30.1101988.80.151981.50.71420.70.171991.50.41621.40.111181.60.71321.40.61520.70.21799.50.4191950.70.1231978.70.1最大總諧波畸變率0.95在最大總諧波畸變率處的輸出功率1993.3注：諧波電流畸變率小于0.1的情況忽略諧波潮流結(jié)果5 111O°8765432°00000013175 111O°8765432°00000013171514■!￡1923諧波次數(shù)□2357101113141516171923諧波次數(shù)2諧波次數(shù)2357101113諧波電流畸變率02010704010706基波電流值2890A諧波電流5782892023115628920231734合成諧波電流01576007880254501454003640142501221接入點(diǎn)短路容量432.5MVA基準(zhǔn)容量2000MVA電流限值基值12969668244337電流限值2595207620761470505190929808諧波次數(shù)141516171923諧波電流畸變率010201040101基波電流值2890A諧波電流2895782891156289289合成諧波電流002040040700204008140020400204接入點(diǎn)短路容量432.5MVA基準(zhǔn)容量2000MVA電流限值基值171915282521電流限值036804103240605505410454諧波次數(shù)2357101113141516171923諧波電流畸變率0.20.10.70.40.10.70.60.10.20.10.40.10.1基波電流值2890A諧彼電流5.782.8920.2311.562.8920.2317.342.895.782.8911.562.892.8915臺(tái)風(fēng)電機(jī)組的諧波合成0.15760.07880.25450.14540.03640.14250.12210.02040.04070.02040.08140.02040.0204接入點(diǎn)短路容量432.5MVA基推容量2000MVA電流限值基值129.69.66.82.44.33.71.71.91.52.82.52.1電流限值2.5952.0762.0761.47050.5190.92980.80.3680.410.3240.60