谐波模型参数辨识技巧

综合前面几节的分析，可以得出包含多个参数的变速恒频风电机组的谐波模型。该模型的简化模型稍加变化同样适用于其他各种风机机组，如定速风机没有这些变频谐波组和高次谐波，增加了与电网电压谐波成正比的补偿电容谐波。

1.定子谐波及变流器固定频率谐波

产生原因主要是铁磁性材料的非线性，IGBT死区等。特点频率、幅值基本固定，输出接近功率时，开始有明显增大。正常工作时，风机功率因数接近于1，这部分谐波相位也比较固定，可用定值表示。

icn表示变流器输出电流中固定频率谐波，isn（p）表示发电机定子输出电流中固定频率谐波。An表示谐波电流中幅值不随功率变化部分，An（p）谐波电流幅值与输出功率有一定关系，功率接近额定时，谐波幅值增大。实测数据显示13次以上固定频率谐波幅值远小于变频谐波组。

需要辨识的参数有幅值的固定部分An，幅值的变化部分An（p），一般在风机功率很小时和接近额定功率时幅值会有所增大，其他范围变化很小。谐波相位角φn，相位角通常有一定的离散性，会在一定范围内变化。

2.变流器变频谐波及其影响

对于大多数类型的风机机组主要变频谐波由以上的4项最多12条谱线组成，有些谱线幅值非常低，实际计算时可以忽略，对风机主要有影响的谱线固定有5～6条。(www.xing528.com)

需要辨识的参数有幅值A（p），幅值变化有很强的规律性，电流幅值与转子的有功功率成正比，转子侧电压开关谐波很大，而且频率变化范围较大，用功功率不容易直接测得。可以通过对变流器网侧有功功率的测量获得。由于相位角φv变化范围较大而且有一定的随机性，所以不用确定其相位参数。

在所有的变频谐波中，转子频率fr（p）形成的低于50 Hz的低频谐波影响较大。按照IEC电能质量标准，采用200 ms的数据片段来采样，最小频率分别率为5 Hz，往往无法检测到该谐波。使大多数低于50 Hz的谐波都被忽略，各风机的低频谐波频率和相位都呈现出随机分布的状态，通常情况不会叠加形成较大的低频谐波。但是当风速较低时，风机输出功率很小，各风机转速相差不大。各风机的转速变化也很缓慢，频率和相位都比较稳定容易形成同频、同相叠加，可以按照蒙特卡洛分析方法来计算最大叠加出现的概率和幅值。

图8.23是对3.6 MW双馈风电机组启动时，转子和定子回路电流波形情况，从中可以看出，受转子电流频率影响，定子电流也有同频率的小幅抖动。

图8.23　3.6 MW风机定子、转子瞬时电流波形

对这一信号进行高分辨率谐波分析时，可以采用可变时间窗方法，为了保证低频分量的计算精度，按照闪变计算的数据要求，截取稳定运行段数据，时间窗取10 s，同时为了降低数据量，对原有的采样信号进行抽取，抽取后采样频率为1 200 Hz，计算相应的FFT，得到图8.24。定子电流频谱中可以看到与转子频率相同的5.25 Hz，随电机转速而变化。定子基波电流幅值定为0 dB，则5.25 Hz为－36 dB，约为基波电流的0.4%，定子电流的3、5、7次谐波及其他间谐波分量相对较低。

图8.24　3.6 MW风机定子、转子电流频谱

低次谐波在电网中的传输损耗很小，叠加后可能对电网造成一定影响。已经出现的情况是在一个由33台1.5 MW风机组成的风电场，每一个月就可能出现一次这种严重的叠加情况，从整个风场的外特性表现为次同步振荡，发生在电网110 kV到风电场的线路上，从录波装置采集到的信号波形可以看出系统电流出现的8 Hz左右的次同步振荡。主要是输电网中存在可控串联补偿，这种次同步振荡会被放大。由于这种现象出现的概率极低，且具有随机性，目前还无法由分析数据证明双馈风机组成的风电场次同步振荡问题的原因之一来自机组低频间谐波，有待于更进一步的深入研究。