风电机组高次谐波分析技术优化

目标波形的跟踪控制即IGBT的开关控制是产生高次谐波的主要原因。控制方法的主要控制目标是使变流器的输出波形与目标正序波波形完全一致，其控制方式和控制要求决定了高次谐波的频率特性。

滞环控制具有最好的实时性，对目标波形的跟踪效果也最好，只要输出与目标两者之间误差大于给定的环宽，控制就马上起作用翻转IGBT的上、下桥臂开关，把输出与目标的差距控制在环宽度的附近。缺点是开关频率不固定，高次谐波频谱很宽，难以滤除。SPWM算法中IGBT按照固定的时间周期开关，把当前实测电流值与目标的电流值在比较器中进行比较，按照差值算出本周期IGBT的开通、关断时间。SPWM方法的优点是开关频率固定，便于滤波，死区影响可做一定补偿。缺点是受电压谐波影响较大。在电网电压谐波含量低的场合，有很好的输出效果，也是目前应用最多的一种控制方式。SVPWM采用空间矢量定出3个逆变桥臂的6只IGBT的开关表，把空间分成每60°一个的6个扇区，按照8种可能的开关组合，作为8个空间矢量进行排列。优点是开关频率低，功率损耗小，直流母线电压利用率高。缺点是与上述两种控制方法一样，会产生一定的高次开关谐波。

大量的高次谐波对风电机组控制系统和自身的电气设备会产生很大影响，造成控制的干扰误动、设备的发热、绝缘老化等。通常电缆线路和变压器等都有很强的低通特性，对高次谐波都有一定的滤波作用。各风机所产生的开关高次谐波幅值虽然与系统电压和风机输出功率有一定关系，但其相位却完全随机，差别很大，基本上不会叠加，当风电场风机数量很多时，大多数高次谐波在风电场风机的汇流母线上会相互抵消。所以，风机的高次谐波对这个风电场和电网造成的影响不大。较强的高次谐波可能会造成本机的低压侧电缆和变压器发热，对于风机的计算机控制系统、通信等方面的电磁干扰很大。对于微网中独立运行的风电机组，高次谐波就会对系统产生较大影响，可以在并网变压器高、低压侧加装无源滤波器滤除。标准测量要求为从2.1 kHz到8.9 kHz每0.2 kHz一个观测点。(www.xing528.com)

以实测的3.6 MW双馈风机41次即2.05 kHZ谐波为例，大部分时间其有效值基本上为3.2～4 A，变流器高次谐波含量与输出功率或输出电流基本无关。风电场电压偏高时，补偿电容切除，造成风电场电网高频阻抗特性变化，电网阻抗增大，风机开关谐波更多的被变流器内的高频滤波回路吸收，释放到电网中的含量相应减小。由于2 kHz频率的周期仅0.5 ms，且PWM控制与电网电压相位无关，高次谐波的相位通常较离散。