CN115622061A - 基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，涉及输电领域。海上风电场因为海缆阻抗的容性特征以及电网系统阻抗的感性特征，会造成系统背景谐波被放大。本发明包括有源谐波抑制装置等效谐波电路，其主动向并网点注入少量谐波电流并同时测量并网点的各次谐波电压以及流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值，根据测量到的各次谐波电压值和对应流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值计算出系统侧以及风电场侧的背景谐波等效电路中的对应的各次等效背景谐波电压和等效谐波阻抗。本技术方案考虑背景谐波电压和谐波阻抗和接入电网的运行方式、海上风电场运行方式，计算准确，保障谐波抑制效果和稳定性。

Description

基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法

技术领域

本发明涉及输电领域，尤其涉及基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法。

背景技术

海上风电场具有发电利用小时高、不影响居民环境等优点在我国沿海得到大力发展。目前我国绝大多数的海上风电场均通过交流海底电缆连接到陆上交流大电网。随着海上风电场数量的增加，海缆的总长度也相应地增加。由于海缆阻抗的容性特征以及电网系统阻抗的感性特征造成系统背景谐波被放大的问题，严重情况下造成谐波谐振过电压而损坏电网输变电设备。

针对上述问题，采用虚拟谐波阻抗法的控制策略对并网点的谐波进行抑制。而该控制策略的效果以及稳定性和风电场并网系统侧以及并网点风电场侧的背景谐波电压、谐波阻抗有很强的关联性。然而背景谐波电压和谐波阻抗和接入电网的运行方式、海上风电场运行方式有关。运行方式的变化会引起背景谐波电压和谐波阻抗的变化，从而造成谐波抑制效果的改变，更严重地甚至引起稳定性问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，以得到一个准确的各次等效背景谐波电压和等效谐波阻抗，保证谐波抑制效果和稳定性的目的。为此，本发明采取以下技术方案。

基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，其特征在于：包括一海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路、一海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路、一有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路和一测试和计算模块；所述的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路由一系统侧背景谐波电压源和一系统侧谐波阻抗串联构成；所述的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路由一风电场侧背景谐波电压源和一风电场侧谐波阻抗串联构成；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路在注入测试谐波电流的时间内等效为一个电流源；所述的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路和所述的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路在风电场和系统的并网点并联；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路也并联连接在风电场和系统的并网点；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路包括一有源谐波抑制装置主电路和一有源谐波抑制装置控制器；有源谐波抑制装置等效谐波电路主动向并网点注入少量谐波电流并同时测量并网点的各次谐波电压以及流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值，根据测量到的各次谐波电压值和对应流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值计算出系统侧以及风电场侧的背景谐波等效电路中的对应的各次等效背景谐波电压和等效谐波阻抗。

作为优选技术手段：所述的有源谐波抑制装置控制器包括所述的测试和计算模块，有源谐波抑制装置控制器每间隔一定的时间周期进行一次完整的测试和计算，有源谐波抑制装置等效谐波电路控制策略根据计算结果进行调整。

作为优选技术手段：测试和计算模块工作方法为：当测试周期开始时控制有源谐波抑制装置等效谐波电路分两次向并网点注入预先设置的复合谐波电流I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)；每次注入电流持续若干个工频周波的时间；有源谐波抑制装置控制器对应于I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)进行实时采样，包括并网点(PCC)的电压值U_PCC1(t)和U_PCC2(t)、从并网点流入系统的电流I_sys1(t)和I_sys2(t)、和从并网点流入海上风电场的电流I_windfarm1(t)和I_windfarm2(t)。

作为优选技术手段：复合谐波电流I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)的计算公式为：

上述两式中，I_{h_1}(t)和I_{h_2}(t)分别是设定的h次谐波电流；N的取值范围根据系统和风电场中的谐波成分而定；当I_{h_1}(t)或I_{h_2}(t)设为0时，即有源谐波抑制装置等效谐波电路在这个时段中处于开路状态。

作为优选技术手段：有源谐波抑制装置控制器对采样到的并网点(PCC)的电压值U_PCC1(t)和U_PCC2(t)、从并网点流入系统的电流I_sys1(t)和I_sys2(t)、和从并网点流入海上风电场的电流I_windfarm1(t)和I_windfarm2(t)进行傅立叶变化，提取对应的h次谐波分量：U_{PCC,h_1}和U_{PCC,h_2}；I_{sys,h_1}和I_{sys,h_2}；I_{windfarm,h_1}和I_{windfarm,h_2}；其中h取值为2到N，N小于或等于13。

作为优选技术手段：有源谐波抑制装置控制器根据各次谐波分量计算海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路和海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路中的参数，即谐波电压和谐波阻抗；

海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路中的参数包括：h次谐波背景电压U_sys,h以及h次谐波阻抗Z_sys,h；

通过联立求解下述方程(1)和(2)可得；h取值为2到N；

U_sys,h-U_{PCC,h_1}＝I_{sys,h_1}Z_sys,h (1)

U_sys,h-U_{PCC,h_2}＝I_{sys,h_2}Z_sys,h (2)

海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路中的参数包括：h次谐波背景电压U_windfarm,h以及h次谐波阻抗Z_{windfarm,h；}

通过联立求解下述方程(3)和(4)可得；h取值为2到N；

U_windfarm,h-U_{PCC,h_1}＝I_{windfarm,h_1}Z_windfarm,h (3)

U_windfarm,h-U_{PCC,h_2}＝I_{windfarm,h_2}Z_windfarm,h (4)。

有益效果：本技术方案通过采用有源谐波抑制装置等效谐波电路主动向并网点注入少量谐波电流并同时测量并网点的各次谐波电压以及流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值，根据测量到的各次谐波电压值和对应流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值计算出系统侧以及风电场侧的背景谐波等效电路中的对应的各次等效背景谐波电压和等效谐波阻抗；本技术方案考虑背景谐波电压和谐波阻抗和接入电网的运行方式、海上风电场运行方式，使得计算准确，且方法便捷，从而保障谐波抑制效果和稳定性。本技术方案的有益效果在于通过对背景谐波电压和谐波阻抗的准确实时在线检测实现：1)提高谐波抑制的效果；2)提高谐波抑制控制策略的稳定性。

附图说明

图1是本发明的海上风电场并网点有源谐波抑制控制器模拟量采样示意图。

图2是本发明的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路。

图3是本发明的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路。

图4是本发明的海上风电场并网点系统侧以及风电场侧谐波等效电路。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示，电网系统包括中压全桥MMC变流器、全桥MMC变流器升压变压器、有源谐波抑制装置等效谐波电路、海上风电场、海上风电场并网高压海缆、和陆上大电网；所述的中压全桥MMC变流器采用星型接线方式，其三相输出连接到所述的全桥MMC变流器升压变压器的中压侧，其中性点和所述的全桥MMC变流器升压变压器的中性点连接；所述的全桥MMC变流器升压变压器采用Y_N/Y_N-12接线组别方式；所述的中压全桥MMC变流器的每相均由若干个全桥功率子模块单元串联而成；所述的全桥MMC变流器升压变压器的高压侧和海上风电场并网点高压母线相连接；所述的海上风电场通过所述的海上风电场并网高压海缆和海上风电场并网点高压母线相连接；所述的陆上大电网和海上风电场并网点高压母线相连接；所述的有源谐波抑制装置控制器采样高压母线的三相电压U_PCC、升压变压器的高压侧电流I_AHS、中压全桥MMC变流器的三相电流I_measure和电压U_MMC、海上风电场电流I_windfarm，通过反馈信号光纤接收所有中压全桥MMC变流器所有功率子模块的直流电容器电压，并通过控制信号光纤将PWM驱动信号传输给中压全桥MMC变流器的所有功率子模块；

在本实施例中，谐波等效电路包括一海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路、一海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路、一有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路和一测试和计算模块；所述的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路由一系统侧背景谐波电压源和一系统侧谐波阻抗串联构成；所述的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路由一风电场侧背景谐波电压源和一风电场侧谐波阻抗串联构成；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路在注入测试谐波电流的时间内等效为一个电流源；所述的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路和所述的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路在风电场和系统的并网点并联；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路也并联连接在风电场和系统的并网点；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路包括一有源谐波抑制装置主电路和一有源谐波抑制装置控制器；本实施例：基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法及其参数辨识方法的参数辨识方法在有源谐波抑制装置等效谐波电路的控制器中实现。为实现该辨识策略，图1中的有源谐波抑制装置控制器实时采样：1)并网点(PCC)的电压值U_PCC；2)从并网点流入系统的电流I_sys；3)从并网点流入海上风电场的电流I_windfarm。

本实施例的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路如图2所示，由一个系统侧背景谐波电压源和一个系统侧谐波阻抗串联构成。

本实施例的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路如图3所示，由一个风电场侧背景谐波电压源和一个风电场侧谐波阻抗串联构成。

本实施例的基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法及其参数辨识方法中所述的测试和计算方法通过图4解释如下：有源谐波抑制装置控制器每间隔一定的时间周期(该周期时间根据电网运行方式的变化速度而定。一般在几个小时范围)进行一次完整的测试和计算，有源谐波抑制装置等效谐波电路的控制策略根据计算结果进行调整。当测试周期开始时控制有源谐波抑制装置等效谐波电路分两次向并网点注入事先设置的复合谐波电流I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)。每次注入电流持续一非常短的时间(几个工频周波)。复合谐波电流I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)的计算表达式为：

上述两式中，I_{h_1}(t)和I_{h_2}(t)分别是设定的h次谐波电流；N的取值范围根据系统和风电场中的谐波成分而定，一般地N<13。其中I_{h_1}(t)或I_{h_2}(t)可以设为0，也就是说有源谐波抑制装置等效谐波电路在这个时段中处于开路状态。

有源谐波抑制装置控制器对应于注入I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)实时采样：1)并网点(PCC)的电压值U_PCC1(t)和U_PCC2(t)；2)从并网点流入系统的电流I_sys1(t)和I_sys2(t)；3)从并网点流入海上风电场的电流I_windfarm1(t)和I_windfarm2(t)。对以上3组数据进行傅立叶变化提取各自的h次谐波分量：U_{PCC,h_1}和U_{PCC,h_2}；I_{sys,h_1}和I_{sys,h_2}；I_{windfarm,h_1}和I_{windfarm,h_2}。其中h取值为2到N，N小于或等于13。

根据上述提取的各次谐波分量计算海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路和海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路中的参数，即谐波电压和谐波阻抗，其特征如下：针对海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路中的参数即：h次谐波背景电压U_sys,h以及h次谐波阻抗Z_sys,h通过联立求解下述两个方程可得。h取值为2到N。

U_sys,h-U_{PCC,h_1}＝I_{sys,h_1}Z_sys,h

U_sys,h-U_{PCC,h_2}＝I_{sys,h_2}Z_sys,h

针对海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路中的参数即：h次谐波背景电压U_windfarm,h以及h次谐波阻抗Z_windfarm,h通过联立求解下述两个方程可得。h取值为2到N。

U_windfarm,h-U_{PCC,h_1}＝I_{windfarm,h_1}Z_windfarm,h

U_windfarm,h-U_{PCC,h_2}＝I_{windfarm,h_2}Z_windfarm,h。

在工作时，有源谐波抑制装置等效谐波电路主动向并网点注入少量谐波电流并同时测量并网点的各次谐波电压以及流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值，根据测量到的各次谐波电压值和对应流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值计算出系统侧以及风电场侧的背景谐波等效电路中的对应的各次等效背景谐波电压和等效谐波阻抗。

以上所示的基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法是本发明的具体实施例，已经体现出本发明实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本发明的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (6)

1.基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，其特征在于：海上风电并网点背景谐波等效电路包括一海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路、一海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路、一有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路和一测试和计算模块；所述的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路由一系统侧背景谐波电压源和一系统侧谐波阻抗串联构成；所述的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路由一风电场侧背景谐波电压源和一风电场侧谐波阻抗串联构成；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路在注入测试谐波电流的时间内等效为一个电流源；所述的海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路和所述的海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路在风电场和系统的并网点并联；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路等效谐波电路并联连接在风电场和系统的并网点；所述的有源谐波抑制装置等效谐波电路包括一有源谐波抑制装置主电路和一有源谐波抑制装置控制器；有源谐波抑制装置等效谐波电路主动向并网点注入少量谐波电流并同时测量并网点的各次谐波电压以及流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值，根据测量到的各次谐波电压值和对应流入系统侧的和流入风电场侧的各次谐波电流值计算出系统侧以及风电场侧的背景谐波等效电路中的对应的各次等效背景谐波电压和等效谐波阻抗。

2.根据权利要求1所述的基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，其特征在于：所述的有源谐波抑制装置控制器包括所述的测试和计算模块，有源谐波抑制装置控制器每间隔一定的时间周期进行一次完整的测试和计算，有源谐波抑制装置等效谐波电路控制策略根据计算结果进行调整。

3.根据权利要求2所述的基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，其特征在于：测试和计算模块工作方法为：当测试周期开始时控制有源谐波抑制装置等效谐波电路分两次向并网点注入预先设置的复合谐波电流I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)；每次注入电流持续若干个工频周波的时间；有源谐波抑制装置控制器对应于I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)进行实时采样，包括并网点(PCC)的电压值U_PCC1(t)和U_PCC2(t)、从并网点流入系统的电流I_sys1(t)和I_sys2(t)、和从并网点流入海上风电场的电流I_windfarm1(t)和I_windfarm2(t)。

4.根据权利要求3所述的基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，其特征在于：复合谐波电流I_{AHS,h_1}(t)和I_{AHS,h_2}(t)的计算公式为：

两式中，I_{h_1}(t)和I_{h_2}(t)分别是设定的h次谐波电流；N的取值范围根据系统和风电场中的谐波成分而定；当I_{h_1}(t)或I_{h_2}(t)设为0时，即有源谐波抑制装置等效谐波电路在这个时段中处于开路状态。

5.根据权利要求4所述的基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，其特征在于：有源谐波抑制装置控制器对采样到的并网点(PCC)的电压值U_PCC1(t)和U_PCC2(t)、从并网点流入系统的电流I_sys1(t)和I_sys2(t)、和从并网点流入海上风电场的电流I_windfarm1(t)和I_windfarm2(t)进行傅立叶变化，提取对应的h次谐波分量：U_{PCC,h_1}和U_{PCC,h_2}；I_{sys,h_1}和I_{sys,h_2}；I_{windfarm,h_1}和I_{windfarm,h_2}；其中h取值为2到N，N小于或等于13。

6.根据权利要求5所述的基于海上风电并网点背景谐波等效电路的谐波抑制方法，其特征在于：有源谐波抑制装置控制器根据各次谐波分量计算海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路和海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路中的参数，即谐波电压和谐波阻抗；

海上风电场并网点系统侧背景谐波等效电路中的参数包括：h次谐波背景电压U_sys,h以及h次谐波阻抗Z_sys,h；

通过联立求解下述方程(1)和(2)可得；h取值为2到N；

U_sys,h-U_{PCC,h_1}＝I_{sys,h_1}Z_sys,h (1)

U_sys,h-U_{PCC,h_2}＝I_{sys,h_2}Z_sys,h (2)

海上风电场并网点风电场侧背景谐波等效电路中的参数包括：h次谐波背景电压U_windfarm,h以及h次谐波阻抗Z_{windfarm,h；}

通过联立求解下述方程(3)和(4)可得；h取值为2到N；

U_windfarm,h-U_{PCC,h_1}＝I_{windfarm,h_1}Z_windfarm,h (3)

U_windfarm,h-U_{PCC,h_2}＝I_{windfarm,h_2}Z_windfarm,h (4)。

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