海上风电场交流并网谐波谐振放大机理分析与治理

由于相同电压等级下电力电缆的电容效应比架空线路大出20倍以上,使得一般在陆上风电场并网中并不严重的谐波谐振放大问题,在海上风电场并网中可能会变得十分严重,为此研究了海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题及其治理原理.首先,对海上风电场并网时的谐波谐振放大机理进行了分析,从原理上给出了治理的技术途径;然后,以某海上风电并网实际工程为研究案例,分别建立了海上风电电网和陆上电网的谐波模型,包括电缆、变压器和风电机组的谐波模型以及超高压大电网的等效谐波模型和低压配电网的等效谐波模型,并根据所建立的谐波模型分析了发生谐波谐振放大的原因,提出了解决谐波谐振放大问题的治理方案并进行了验算;最后,对海上风电场并网引起的谐波谐振放大问题的机理和治理原理进行了总结.     

海上风电场并网对暂态过电压和谐波谐振特性的影响

海上风电场并网易引起电力系统的谐波谐振问题，从而威胁到电网的安全运行。为此研究了海上风电场并网对陆上电网PCC（公共耦合点）暂态过电压和谐波谐振特性的影响，并提出了谐波谐振的治理方案。首先对浙江省某海上风电场并网工程进行PSCAD仿真建模。然后通过仿真计算得到并网系统在不同运行方式下的暂态过电压和谐波谐振特性。研究结果表明：在不同运行方式下，PCC暂态过电压标幺值最大值为2.1 p.u.，小于限制值3.0 p.u.，符合安全要求。最后采用在PCC处并联5次和7次低阻抗支路滤波器的谐波抑制策略，使得PCC谐波放大现象明显减弱，总谐波畸变率大幅下降，均小于1.5%，消除了2～7次低频谐波放大现象。     

海上风电场谐波异常的调查与试验分析

电能质量是海上风电并网的重要议题。该文介绍了国内某海上风电谐波异常案例。首先基于长距离海底电缆的分布参数,建立了海上风电220k V主电路的频域数学模型,通过不同位置谐波源计算海上风电的谐振点和谐波放大特性。其次设计并实施了现场试验,试验证明谐波超标的主要原因是长距离海底电缆放大了电网背景谐波。最后,使用Moore-Penrose广义逆分析海缆运行状态,估算并网点谐波阻抗,初步设计了用于海上风电的220k V高压无源滤波器,通过滤波器调整风电场谐波阻抗,抑制谐波超标。     

某海上风电场谐波谐振实测及仿真分析

海上风电发展迅速,很多海上风电场采用长距离交流海底电缆接入电网,海缆较高的对地电容使风电场谐波谐振问题愈加突出.本文对某海上风电场因5次谐波谐振造成谐波异常及风机偏航系统故障进行实测,就谐振原因开展阻抗频率扫描和谐波潮流分析并提出相应的抑制措施.     

谐波放大对配电电缆的损耗影响分析及谐波抑制技术研究

以配电电缆为研究对象,基于电路理论建立电缆的单位等效电路,计算了配电电缆的等效电路参数,建立了配电电缆的谐波阻抗模型,分析了电缆漏电容对谐波电流的放大机理,利用Matlab仿真得到了谐波电流放大倍数随电缆长度和谐波次数的变化曲线,从曲线可以得出,曲线的极值点即为并联谐振点;分析了谐波电流放大下的电缆损耗,从电阻损耗和介质损耗两方面展开分析,考虑了谐波电流下的趋肤效应和邻近效应;最后,分析了适合配电电缆系统的谐波抑制方案。本文对配电电缆的谐波阻抗模型和谐波电流放大机理的分析对于避免电缆线路发生谐振有一定的指导意义。     

考虑集电网结构的海上风电场谐振研究

海上风力发电已经成为风电领域的重要发展方向。海上风电场中大量应用海底电缆进行电力传输,其较高的对地电容使得风电场的谐振问题更加突出。风电场集电网结构决定了电缆的长度、电气参数与连接方式,直接影响系统的谐振频率与强度。建立了海上风电场电力传输系统的谐波模型,包括风电机组、电缆与变压器模型等。基于模态分析方法,对不同集电网结构下系统的谐振情况进行了仿真计算,并由各节点参与因子分析谐振的主要来源;采用元件参数灵敏度分析方法,评估了主要结构参数对谐振的影响程度;进而针对不同频段谐振给出滤波措施。仿真结果验证了谐振抑制的有效性。     

考虑集电系统结构的山地风电场耦合谐振特性

山地风电场限于地形、风能分布等因素,通常拥有复杂的集电结构、多样化的电气连接,导致风电场谐波建模繁琐、谐波谐振分析困难。为此基于实际山地风电场拓扑,将集电结构划分为3种类型,并建立传递函数模型,对山地风电场耦合谐振现象及发生机理进行了系统的研究。首先,揭示了山地风电场中广泛存在着内部谐振、组内谐振、组外谐振和跨区域谐振,针对3种集电结构,在宽频域内区分了控制谐振带、滤波谐振带及叠加谐振带。对以上4种谐振中各谐振带引起的谐波放大进行分析,发现跨区域谐振中谐振频率带拓宽且趋向于高频。进一步考虑谐波传播路径变化,定义了谐波传导系数,揭示了耦合的谐波经过不同路径传播下的放大机理。最后,通过仿真验证了理论分析与模型的正确性。     

海上风电场集电网的高频谐振分析

大型海上风电场已经成为风力发电的发展趋势,海上风电场集电网采用电缆线路汇集电能,电缆相间电容和对地电容不可忽略,集电网的阻抗网络复杂多变,存在与风电机组阻抗交互作用进而发生高频谐振的风险,威胁到风电场的安全稳定运行。针对这一问题,构建集电网的阻抗网络,将风电场集电网等效为风电机组子系统和剩余等效风场子系统,进一步揭示了高频谐振发生的机理,研究了电缆参数、场内链式电路数量、风电机组接入台数和电网阻抗与互联系统谐振频率的变化规律。以某海上风电场系统作为研究对象,利用MATLAB软件和基于RT-LAB的控制器硬件在环仿真对该风电场进行分析,验证了理论分析的正确性。     

电气化铁路牵引线路高次谐波异常机理分析

本文针对某电气化铁路牵引供配电系统存在的高次谐波异常问题,通过现场测试分析了牵引供配电系统中存在对牵引负荷特性高次谐波谐振放大的问题;并结合牵引供配电系统的特点,从理论上分析了影响牵引供电线路在传递谐波电流过程中对谐振频率和谐振峰的影响机理和影响因素;同时,通过对实际配电系统的参数进行了仿真验证,证明了牵引配电系统确实存在谐波电流谐振放大问题。本文从测试数据、理论分析和建模仿真3个角度对电气化铁路配电系统高次谐波异常的机理进行了研究,为电气化铁路高次谐波谐振问题的分析与控制提供了理论依据。     

孤岛方式下MMC长电缆连接点的高次谐波测试

MMC是柔性直流配网与交流电网电能转换的核心设备。对变流器交流并网点开展电能质量测试,验证了正常运行下变流器波形质量良好。但孤岛模式弱电网运行条件下,经长距离电缆并网的交流并网点存在超高次谐波谐振现象,并严重劣化了电压波形。本文建立了变流器-长电缆-负载的小系统数学模型,对高频谐波传导的内在机理进行研究。使用Numpy、Scipy等Python开源软件包进行数值分析,论证发生高频谐振的必要前提条件是弱电网,推导了求解固有谐振频率长缆弱网特征方程;得到随着电缆长度增加、桥臂电抗器阻抗增加谐振频率降低等规律;理论计算结果与现场实测结果基本一致。建议长电缆并网的MMC换流器宜在电缆对侧加装高频滤波器抑制弱电网运行的谐波放大。     

基于敏感度分析的海上风电场谐波谐振研究

海上风电场多采用电缆敷设或海底电缆传输,存在较大对地分布电容,而分布电容较易引起风电场谐波谐振问题。同时,风电机组工作状态及风电场参数配置都将影响系统结构及参数,进而影响系统的谐波谐振。基于此,对双馈风力发电机组建立了随风速变化的动态谐波模型。同时还建立了风电场其他主要电气元件的谐波模型,如电缆谐波模型及变压器谐波模型。然后以海上风电场为例,利用频率扫描法对公共耦合点谐振问题进行仿真分析。考虑到风电场中各部分参数对谐振的影响程度不同,利用敏感度分析方法,计算出各参数的敏感度指标,为制定抑制谐波谐振的相应措施提供了依据。     

海上风电场谐振分析的实用计算方法

海上风电场采用海底电缆并网,电缆的容性效应使得其谐波谐振问题突出,为此提出了一种频模分析法,用以分析海上风电场的谐波谐振问题。首先,通过对海上风电场内部各元件进行谐波建模,建立起海上风电场的等效谐波模型。然后,以江苏某海上风电场为例,采用所提出的计算方法对其内部存在的谐振模式进行了分析,并重点考虑了风电机组容量配比和无功补偿设备安装位置的影响,验证了所提出方法的适用性。对算例的分析证明:所提出的实用计算方法结合了模态分析法和频率扫描法的优点,既能够有效确定谐波谐振影响区域,又能够提高计算效率。     

基于双传播模型的含风电场的配电网谐波谐振影响分析

针对含风电场的配电网谐波谐振进行研究,对于确保电网正常运行有重要意义,但传统的研究方法在风电功率转化率和风电功率稳定性这两方面研究较少,针对这一问题,基于风电功率特性对含风电场的配电网谐波谐振进行研究。分析含风电场的配电网谐波的产生原因,通过构建谐波产生途径来明确谐波走向,建立谐波传播模型,分别为GSC传播模型和RSC传播模型;根据建立的模型,对谐振特性进行判断,综合分析含风电场的配电网中谐振的危害,给出了抑制谐振影响的方法。为检测研究方法的效果,设定实验,结果表明：随着谐波、谐振的强度逐渐增大,风电功率的转化率与稳定性都会随之降低。     

基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略

由于电力电缆的电容效应,海上风电经电缆汇集系统极易出现谐波谐振放大的现象,造成电能质量的下降。分布式潮流控制器属于基于电压源换流器的装置,在进行潮流调节的同时也能进行谐波治理。文中首先构建了海上风电系统的频域相关模型,基于该模型分析了谐波谐振放大的原因;随后,采用了将分布式潮流控制器串入海上风电系统的谐波治理方式,推导并得到了含分布式潮流控制器的海上风电系统的谐波特性。基于该谐波特性,设计了一种控制策略。该策略通过控制分布式潮流控制器实时跟踪使并网点谐波电压幅值为零的谐波补偿电压,从而降低并网点的谐波电压含量。仿真结果表明,所提出的基于分布式潮流控制器的海上风电系统谐波治理方法和控制策略能够有效地降低并网点的谐波电压,改善电能质量。     

电动汽车充电站谐振现象及其分析

针对多个充电站反映的随着LCL型交流充电机运行数量的增加,其它充电负荷终止运行的问题,首先选取其中一个充电站进行测试,并基于所得充电机并网参数,分析了故障原因为多并联充电机与电网发生谐振,导致谐波放大,系统无功功率剧增;随后结合充电站LCL型充电机拓扑及控制策略,建立了其诺顿等值电路,并分析了电网与充电机发生谐振的机理;最后在Simulink仿真环境下,搭建了仿真模型,对上述谐振机理分析进行了验证。结果表明：在电网电压含有某些谐波的前提下,并联LCL型充电机可与电网发生谐振,放大电网电压的谐波分量,且随着LCL型充电机并联数量的增加,谐振频率呈逐渐下降趋势。     

电网谐波放大与抑制仿真研究

文章介绍了低压电网谐波放大机理，并根据某厂电网实际情况，对电网电压及电流谐波放大进行了电路仿真研究。研究了电网谐波放大抑制对策。特别对电力电容器的串联电抗器的选择方法上作了较为详尽的讨论。提出了按电容支路串联谐振频率点选择电抗值的方案。针对不同频率谐波源、多电容器投切、三角形接法电容器情况进行了电路仿真，给出了相应情况下谐波放大抑制的结论。结论说明了按电容支路串联谐振频率点选择电抗值的方法可操作性和该方法物理意义的直观性。     

车网耦合系统谐波谐振特性研究

交直交机车产生的高次谐波容易在牵引网上引起谐波谐振,导致牵引网上电压升高,影响到电力机车的正常运行.文章利用实测谐波电流数据推导机车谐波电流源,在 MATLAB/SIMULINK平台上搭建车网耦合系统模型,基于阻抗分析车网耦合系统谐振机理及放大特性,进一步研究了不同因素对车网耦合系统谐波谐振的影响规律.结果表明, 短路容量、机车位置、供电臂长度等因素改变对车网耦合系统谐波谐振特性影响显著,可为谐波谐振抑制提供参考。     

变电站补偿电容器引起谐波放大与防治对策

并联电容器是目前电网中普遍应用的无功补偿设备。由于电容器的容性阻抗,易与系统谐波产生相互影响,发生谐波的谐振。通过对河南电网某35 kV变电站的测试,分析了变电站并联补偿电容器引起的谐波放大效应,说明了并联补偿电容器谐波放大效应的危害,并提出抑制谐波放大效应的措施。     

风火打捆半波长交流输电系统的谐振分析

长距离架空输电线、电缆存在较大的对地分布电容,易引起风电并网系统的谐振等问题。为了分析大规模风火打捆半波长交流输电系统的谐波谐振放大特性,基于选择性模态分析,推导得到谐波谐振传输放大解耦矩阵,使用交互参与因子评估谐波扰动源对系统任意节点的激励作用,确定易受谐波传输放大影响的节点。针对实际风电并网系统中含量较大的特征谐波,分析不同风电占比情况下发生谐振时系统各节点的谐波电压响应;引入元件标准化灵敏度及其主导系数,分析综合考虑了各谐振情况后的元件灵敏度,为能够同时抑制多种谐波谐振放大或次谐波谐振提供理论依据。研究表明,风火打捆半波长交流系统中可能发生谐波谐振放大的现象;随着风电占比的增加,谐振频率逐渐降低; 35 kV及110 kV电压等级的母线受7、11次谐波谐振放大的影响严重,可能危害系统的安全运行;半波长线路首、末端基本不受谐波传输放大的影响,可以安全运行。利用PSCAD进行模拟计算,结果验证了所提方法的有效性。     

牵引供电系统谐波谐振特性分析

牵引供电系统谐波谐振一直是影响系统安全的重要因素之一,本文首先介绍了牵引供电系统等效阻抗的分析方法,然后在等效阻抗的基础上进一步分析了谐波阻抗和系统谐振频率的变化规律,同时利用均匀输电方程和传输参数矩阵分析了系统中的谐波电流放大情况,讨论了谐波电流放大和系统参数、机车位置之间的关系,并简述了抑制谐波谐振的措施。