基于HHT的風電場閃變參數估計

汪曉琦

摘要：風力具有隨機性和不可控性，風力發電機組幾乎時刻受到較大程度的擾動，這種擾動對無論是機組本身還是電力系統都會產生一定程度的影響。因此，風力發電系統動態仿真的研究需要建立與之相適應的動態仿真模型。

關鍵詞：風電場；電壓波動；閃變

1概述

為了對仿真得到的波形進行分析，建立了風電機組和風速的動態數學模型，采用Matlab/Simulink進行了仿真分析。本文著重介紹了所選用的Hilbert-Huang變換法：先通過經驗模態分解法（EMD法）獲得有限個固有模態函數（IMF分量），隨后，再利用Hilbert變換以及瞬時頻率法，從而獲得信號的時頻譜一Hilbert譜，得到瞬時頻率和能量。最后基于MATLAB環境，通過對信號的時域和頻域的同時進行分析，得到仿真信號的時間、頻率和幅值信息，其結果表明了HHT法分析風電場閃變的有效性。

2風電場引起電壓波動與閃變的理論研究

風力機的作用是將風能轉化為機械能，并用轉化而成的機械能帶動風力發電機進行發電。

基于普通發電機的定速風電機組包括：以異步電機作為發電機的定速風電機組，其組成部分主要有：三葉片風力機、齒輪箱、普通的異步發電機、機端并聯補償電容器和控制系統等。

電壓閃變的相關術語及度量方法有：閃變覺察率、瞬時閃變視感度、視感度系數、短時間閃變值、長時間閃變值；

3風力發電機系統動態仿真模型

風速模型仿真分四種，包括基本風、陣風、隨機風和漸變風，其中基本風為分量重緩慢變化的，如下圖：其余三種風表示風速模型中快速變化的分量。組合風速模型仿真結果如下：

其中，V1，V2，V3是風輪機三個葉片各自的風速，Vh是輪轂高度的對應風速，g是從輪轂中心位置到葉片頂端三分之四的距離與輪轂高度之比。

風電場經升壓變通過25km長的輸電線路并入電網，風電場由6臺1.5MW異步風電機組成。風電場輸入端接入包含風剪切和塔影效應的風速模型，在B25節點處接示波器，觀察電壓波動以及輸出功率變化波形。

4基于HHT的風電場閃變參數分析

為了使瞬時頻率有意義，數據函數必須相對中心對稱的，EMD方法假設：所有復雜的信號都由簡單的函數模態分量組成的。其模態，在整個信號長度內對稱于局部均值，直觀來看，其波形為擬正弦波。

想要成功的得到一個分解，至少需要兩極值—極大值、極小值。電壓的包絡信號包含——電壓閃變的幅值和電壓頻率的信息，因此先求信號的極大值包絡，對其進行希爾伯特一黃變化分析，得到閃變信號的頻率和幅值。

HHT能準確的檢測多頻率調制閃變信號的頻率和幅值信息。這種方法簡單易行，可以為電壓閃變的治理提供相關理論依據。EMD分解的最后一項代表趨勢項，且具有明確的物理意義。