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电气技术评估永磁直驱风电场谐波发射水平的改进方法


风机滤波器在某些谐波频率呈现低阻抗 ， 估计谐波发射水平误差大 。 因此 ， 四川大学电气信息学院的研究人员熊敏、杨洪耕 ， 在2020年第3期《电工技术学报》上撰文 ， 提出基于改进协方差特性估计永磁直驱风电场谐波发射水平的方法 。 该方法克服了公共连接点处谐波电流与背景谐波相关性带来的误差 。
多风电场公共连接点（Point of Common Coupling ， PCC）电压畸变是各个风电场共同作用的结果 。 评估某一个风电场谐波发射水平时 ， 系统侧包含其余风电场 ， 加剧了背景谐波的不确定性 。 由于风机滤波器在某些谐波频率呈现低阻抗,增加了评估风电场谐波发射水平的复杂性 。
评估谐波发射水平的典型方法有波动量法和线性回归法 。 波动量法是根据PCC谐波电压、电流波动量比值实部符号判别谐波发射水平；线性回归法是通过求解方程回归系数估计谐波发射水平 。 这两种方法受背景谐波波动影响较大 ， 在背景谐波平稳时计算结果误差小 。 对于某一风电场而言 ， 系统侧包含其余风电场 ， 背景谐波可能有较大波动 ， 评估风电场谐波发射水平误差大 。

电气技术评估永磁直驱风电场谐波发射水平的改进方法
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有学者根据PCC处谐波电流与背景谐波近似独立协方差为零的性质估计谐波发射水平 。 该方法在谐波源侧谐波阻抗远大于系统谐波阻抗时 ， 有效地抑制了背景谐波变动对估计结果的影响 。 由于风机滤波器在某些谐波频率呈现低阻抗 ， PCC处谐波电流与背景谐波相关性增强 。 有学者的方法在评估风电场谐波发射水平时 ， 计算结果误差较大 。 有学者使用参考阻抗估计谐波发射水平 ， 要求参考阻抗与实际阻抗接近 。
负荷投切、系统运行方式和电网参数是不断变化的 ， 系统参考阻抗偏离实际值 ， 影响估计结果 。 评估典型非线性用户谐波发射水平时 ， 不考虑呈高阻抗特性的谐波源侧谐波阻抗 。 但风机滤波器在某些谐波频率呈低阻抗 ， 评估风电场谐波发射水平时 ， 风机滤波、箱式变压器和集电线等元件构成的等值阻抗不可忽略 ， 将此阻抗定义为风电场侧附加谐波阻抗 。
当元件参数和网络拓扑确定 ， 该阻抗基本保持不变 。 并网逆变器LCL滤波器的网侧阻抗由箱式变压器和集电线构成 ， 箱式变压器主导 。 集电线等值后 ， 得到的风电场侧附加谐波阻抗近似值与实际值接近 ， 可作为参考阻抗 。
四川大学电气信息学院的研究人员主要研究了由直驱式永磁同步风力发电机（Direct-drive Permanent Magnet Synchronous Generator, D-PMSG）构成的D-PMSG风电场的谐波发射水平 。 提出了一种基于改进协方差特性评估D-PMSG风电场谐波发射水平的方法 。

电气技术评估永磁直驱风电场谐波发射水平的改进方法
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图1 系统和D-PMSG风电场戴维南等效电路

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图2 直驱风机谐波模型
首先计算D-PMSG风电场侧附加谐波阻抗 ， 作为风电场侧参考阻抗 。 然后利用改进协方差特性建立了PCC处谐波电压和电流偏差量与PCC两侧谐波阻抗的表达式 ， 得到系统谐波阻抗 ， 进而求出谐波发射水平 。 所提方法克服了相关学者的PCC处谐波电流和背景谐波相关性带来的误差 。
仿真和实测数据计算结果表明所提方法评估D-PMSG风电场谐波发射水平能有效地抑制背景谐波干扰 ， 计算结果更为合理 ， 并得出以下结论 。
1）计算系统谐波阻抗 ， 考虑了D-PMSG风电场侧附加谐波阻抗 ， 克服了原协方差方法中PCC处谐波电流和背景谐波相关性对结果的影响 。
2）在风机滤波器呈现低阻抗 ， D-PMSG风电场侧附加谐波阻抗不可忽略的情况下 ， 本方法相较于快速独立分量法和原协方差法 ， 更好地抑制了背景谐波的干扰 。 由仿真结果可以看出本方法计算结果误差较小 。 通过评估某D-PMSG风电场谐波发射水平 ， 表明了方法的有效性 。


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