风电场谐波闪变分析及优化方法

风电场电网主要包括，对各台风电机组经过箱式变压器升压后，得到的中压电源的电能进行汇集，经过风场内部的电力网络送到风电场变电站，升压后送入高压输电网络共同送往负荷中心。通常模型除了风机、变压器、电力线路还包括风电场的无功补偿调节装置等。

1.风电场电力系统谐波传输模型

通常风电场内部输电线路距离较短，包括从风机到单机的箱变的690 V电缆线路，以及从箱变到风场变电所的35 kV电缆或架空线路，整个风场的高次谐波可以忽略不计，间谐波由于频率和相位分布离散、差别较大，大部分互相抵消。所以对整个风场的谐波问题可以仅分析低频整数次谐波。相应的可以简化线路的分布电容，把电容简单的并入风电场网侧的无功补偿中，不单独列出。如图8.41所示，用简单的R-X串联电路简化线路模型。

图8.41　风电场谐波和闪变的传输模型

按照相应的工程化计算方法，考虑到谐波电流的趋肤效应，实际的输电线路谐波阻抗计算公式如下：

同理变压器的谐波阻抗为

本书提出的风力发电建模方法，可以应用在风电场设计过程中，用相应的电网模型和风机模型共同组成风电场模型，通过仿真测试提前发现风电场投运后可能出现的问题。风电场风机选型确定后，结合风资源数据和风电机组微观选址、风电网络参数等，可以计算出风电并网后风电场和电网的电能质量状况。对于风电场的运行评估，也可以由一台风机运行数据的谐波、闪变数据推算出整个风电场的情况。

2.风电场谐波和闪变的叠加计算

对于两台机组的同次谐波叠加，计算情况较为简单，可以按照三角函数求和的计算方法进行计算。对于相位角确定的两个谐波源，其同次谐波电流叠加，相应的计算公式。假设两个谐波源的h次谐波幅值分别为Ih1和Ih2，两者相角差为θh，其在同一个接入点合并后的计算为(www.xing528.com)

从以上结果可以看出，两台机组的同次谐波叠加后的幅值与两者相角差θh密切相关，当θh接近180°时，可以相互抵消。

其中，Kh＝2cos θh。当相角不确定时Kh系数按表4.13选取：

表8.14　国标给出的系数Kh值

计算多台风机谐波叠加时，可重复使用上述公式，两两相加。但计算会比较麻烦，IEC61400-21给出了一个风电场多台风机谐波电流合成的统一计算公式：

其中，Ih∑为汇总后的谐波电流幅值，NWT为风电场接入的风机数目，Ihi为第i台风机h次谐波幅值；β为该次谐波的合并系数，如表8.15所示；ni为第i台风机变压器的变比。

表8.15　国标给出的系数β值

对于风电场的闪变分析，结合各台风机的闪变情况，计算整个风电场的闪变阶跃系数和电压波动系数能够很好的评估风电场的风电机组闪变对电网的影响。