变速恒频风力发电系统电能质量分析

摘要

近年来，风力发电已经迈向快速发展的步伐。变速恒频双馈风力发电机已经是风电领域的主流机型。大规模风力发电的并网运行会对电网产生冲击影响。提高变速恒频风力发电系统的输出电能质量对保证电网电压稳定性有着重要意义。由于双馈发电机内部大量电子器件的存在，发电机输出电压含有高次谐波，谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使绝缘老化，使用寿命缩短，严重时甚至使电气设备发生故障或烧毁。引起电力系统局部并联谐振或串联谐振，使谐波含量放大，造成电网并联电容器等设备烧毁。
　　 由阶梯波形理论分析知，变速恒频风力发电系统中交一交变频器输出电压中含有6n±1次谐波，发电机输出电能质量较难满足电网稳定性需求。针对这一问题，本文对以下情况：1)双馈发电机转子侧输入非标准正弦电压情况，2)定子侧电压出现三相不平衡情况时，通过对电机定子及转子侧的电流进行傅里叶分解，分解为基波电流和一系列谐波电流，得到各次谐波幅值及其频率。建立双馈异步电机数学模型，在MATLAB/SIMULINK中建立发电机并网以及定子磁链定向有功、无功解耦控制的仿真模型。验证了分析的正确性。通过对甘肃省某风电场110kV侧母线电压及#1主变高压侧的供电电压偏差、三相电压不平衡度、电压波动与闪变、谐波电压、谐波电流等进行实时检测，测试风电场输出电能质量，通过对风电场电能质量测试表明实际运行过程中，5次谐波的幅值最大，影响电网的频率稳定。