風電場諧波貢獻值檢測方法討論

孟慶赫

【摘 要】 將新建設的風電場接入電網必須滿足一些限制條件。設置限制條件的目的是為了保證電網的電能質量和供電可靠性。在本篇文章中，首先回顧了目前使用最多的諧波評估的一些方法，其次討論了這些方法對風電場諧波注入的結論。

【關鍵詞】 電能質量；風電場；電力系統諧波

為了防止風電場的接入導致公共電網電能質量的降低，在接入前，電網調度員要對風電場提出一些指標要求。其中的一項指標就是諧波畸變值，諧波畸變值是評價風電場諧波值的重要指標。對諧波畸變值進行要求的原因是為了避免接入設備對公共電網的影響。對諧波源注入值的評估是保持整體及局部諧波電壓畸變在允許值之內的重要措施，也是正確分配諧波抑制責任的重要措施。然而找到準確評估諧波貢獻值的方法仍然是一個挑戰。目前，已經提出了一些解決這個挑戰的方法，但是他們中的絕大多數方法都需要精確的數據及整個系統結構，而精確的數據是很難得到的。風電場運營者知道具體的阻抗值，基于阻抗值，一些方法可以用來確定風電場對公共電網諧波的貢獻值。

風電場諧波貢獻值公式存在的問題見第2節；目前使用頻率最高的方法見第3節；對這些方法的討論及是否一個新的風電場在公共連接點處提高或降低的電網的電能質量見第4節；結論見第5節；

1 風電場諧波貢獻值公式存在的問題

隨著風電場中變頻器使用量的增加，在公共連接點諧波畸變率也在增加，因此評估風電場諧波注入值就非常重要。然而在風電場接入公共電網前就存在諧波（背景諧波）。風電場接入公共電網后，在當地測到的諧波畸變將會是兩部分諧波的疊加：一部分是風電場自身風力發電機產生的諧波，另一部是風電場外部系統產生的諧波。因此，由風電場承擔外部系統產生的諧波是不合適的。

圖1（風電場諧波注入評價圖）展示了風電場連接到公共電網時，考慮到初級及次級諧波注入時的單相電流流動情況。假設電流是線性的，根據諾頓定理和戴維南定理可以列出代表風電場和公共電網的等式。假設在公共連接點（PCC）處當地的電壓（Upcc）、電流（Ipcc）已知，則得到（1）、（2）式，U1、I1代表初級注入的電壓和電流，U2、I2代表次級注入的電壓和電流。

諾頓等式中的J1、Z1表示新安裝的風機電勢與阻抗，戴維南等式中的E2、Z2表示公共電網的電勢與阻抗。式（1）、（2）有兩個方程四個未知量。為了解出這個方程，有許多種方法，但是這些方法都需要假設已知阻抗。

2 諧波檢測方法

在本節，將介紹諧波檢測中使用頻率最高的方法及其優點與缺點。

2.1 畸變與非畸變電流法

畸變電流與非畸變電流將裝置分成兩個部分：一部分影響了電壓波形（畸變部分），另一部分則不會引起波形的變化（非畸變部分）。在此方法中，任何裝置都被分成兩個平行的負載部分，如圖2。非畸變電流（Ind）流向負載中非畸變負載，畸變電流（Id）流向負載中畸變負載。非畸變負載在任何頻率下阻抗保持不變，因此這部分的貢獻值可以精確的計算出來。Ih 、 Vh表示諧波電流和諧波電壓，I（1） 、 V（1）表示基波電流和電壓。

2.2 諧波狀態估計法

諧波狀態估計法被用來估計裝置產生的諧波量。使用此方法需要知道網絡的參數值及其拓撲結構。知道了網絡參數及其拓撲結構，就可以得到所研究的諧波的導納矩陣。被評價的狀態變量是諧波的相電壓值。諧波源注入的電壓值與電流值提供給估計者，由此可以將諧波源分為注入源還是吸收源。n表示諧波次數；Vi（n）、Ii（n）表示節點i的諧波電壓和諧波電流；I^i（n），Yi（n）表示未知的諾頓諧波注入電流和導納。

3 討論

畸變與非畸變電流法在時域上提供了一個很好的檢測影響電壓波形的諧波電流的方法，但是對于電網來說它并沒有判定波形是有益的還是有害的。這個方法不適合風電場的諧波貢獻值檢測，因為它僅僅區分了電流中的線性與非線性部分。

諧波狀態評價法廣泛的應用于電力系統的研究并提供可靠的結果。此方法同樣可以用于諧波分析。諧波狀態評價可以用于諧波貢獻值的評價。為了得到結果，需要知道風電場和電網的阻抗及拓撲結構，但是阻抗和拓撲結構并不容易得到。

4 結論

本文介紹了評價諧波貢獻值常用的方法，并討論了它們對于風電場的適用性。本文的結論是檢測風電場諧波電流貢獻值的方法很難直接獲取，一些方法有潛力，但是需要進一步的研究。