CN117081072A - 风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法、设备及介质，通过构建风电机组谐波模型和光伏机组谐波模型得到相角差并计算谐波叠加系数，并引入负荷同时系数F，使计算结果能够更加准确的反映风电发电与光伏发电的真实情况。解决了现有技术中在谐波限值分配方面规定的谐波叠加系数和同时系数不适合于风电和太阳能光伏发电并网的问题，实现了风电和太阳能光伏发电的稳定并网，提高新能源利用的可操作性。并且，风电和光伏发电更加宽松的接入方式有利于实现未来可持续发展，也有利于实现节能减排与环境保护。

Description

风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法、设备及介质

技术领域

本发明涉及新能源发电技术领域，具体涉及风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法、设备及介质。

背景技术

在目前众多可再生能源与新能源技术开发中，潜力大、最具开发价值的是风能和太阳能。它们是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。风力发电环境友好、技术成熟、可靠性高、成本低且规模效益显著，是发展最快的新型能源。风力发电和太阳能发电能量变化趋势相反，可以形成能量互补，因而两者可以组成联合供电系统。

对于新能源并网，国标和作为国标补充的《电磁兼容限值中高压电力系统中畸变负荷发射限值的评估》在谐波限值分配方面规定的谐波叠加系数和同时系数不一定适合于风电和太阳能光伏发电并网的情况，风电和光伏发电有其独特的谐波特性，现有技术中还没有对风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法提出。

发明内容

针对背景技术所提出的问题，本发明的目的在于提供风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法、设备及介质，以解决现有技术中在谐波限值分配方面规定的谐波叠加系数和同时系数不适合于风电和太阳能光伏发电并网的问题，实现风电和太阳能光伏发电的稳定并网，提高新能源利用的可操作性。

本发明通过下述技术方案实现：

本发明第一方面提供了风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，包括

步骤S1、构建风电机组谐波模型和光伏机组谐波模型，并分析所述风电机组谐波模型和所述光伏机组谐波模型的谐波特性，得到风电机组谐波电流和光伏机组谐波电流；

步骤S2、根据所述风电机组谐波电流和所述光伏机组谐波电流确定并网处的相角差，根据所述相角差计算谐波叠加系数；

步骤S3、根据所述谐波叠加系数计算风电与光伏发电的同时系数，基于供电量对所述同时系数进行分析，确定风电和光伏发电并网的谐波限值分配量。

在上述技术方案中，本发明风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，不同于谐波国标中供电设备容量的确定方法，本方法通过构建风电机组谐波模型和光伏机组谐波模型得到相角差并计算谐波叠加系数，并引入同时系数，使计算结果能够更加准确的反映风电发电与光伏发电的真实情况。解决了现有技术中在谐波限值分配方面规定的谐波叠加系数和同时系数不适合于风电和太阳能光伏发电并网的问题，实现了风电和太阳能光伏发电的稳定并网，提高新能源利用的可操作性。并且，风电和光伏发电更加宽松的接入方式有利于实现未来可持续发展，也有利于实现节能减排与环境保护。

在一种可能的实施例中，构建风电机组谐波模型包括：

获取风电机组的第一电气参数，基于锁相角度将所述第一电气参数由三相静止坐标转换至dq轴坐标，得到第二电气参数；

基于所述第二电气参数分析由于死区时间引起的dq轴误差电压，根据所述dq轴误差电压确定PI调节器输出电压；

根据所述PI调节器输出电压构建电流谐波模型。

在一种可能的实施例中，所述锁相角度包括：获取PI调节器由于并网点电压产生谐波畸变时的锁相差，将所述锁相差与基波电压相位相加得到锁相角度。

在一种可能的实施例中，所述PI调节器输出电压为：

上式中，u_d为d轴输出电压，u_d-ref为d轴参考电压，u_q为q轴输出电压，u_q-ref为q轴参考电压，b_*为中间参数，ω_r为转子角速度，t为时间，k为谐波次数，U_dc为直流母线电压，T_s为开关周期，T_w为误差周期，Δθ为锁相差。

在一种可能的实施例中，参考电压为：

u_ref＝K_p1(i_ref-i_r)+K_i1∫(i_ref-i)dt+sω_l(L_ri_r+L_mi_s)

上式中，u_ref为参考电压，K_p1为PI调节器的比例系数，K_i1为PI调节器的积分系数，i_ref为参考电流，i_r为转子电流，i_s为定子电流，ω_l为基频角速度，L_r为转子电感，L_m为激磁电感。

在一种可能的实施例中，所述电流谐波模型为：

上式中，I_d为d轴电流谐波，I_q为q轴电流谐波，K_p2为锁相相角的比例系数，K_i2为锁相相角的积分系数，s为转差率。

在一种可能的实施例中，分析所述风电机组谐波模型的谐波特性包括：

上式中，a_i为第i次谐波系数，f₀为风电机组调制频率，t为发电时间，f_r为转子电流频率，f_p为功率绕组频率，f_s为定子绕组频率，p_p为风电机组功率，p_s为定子绕组功率，λ为叶尖速比，c为风电机组极对数，v为风速。

在一种可选的实施例中，根据所述谐波叠加系数计算风电与光伏发电的同时系数包括：

上式中，F_HV为同时系数，I_s为PCC系统侧谐波电流，Z_s为PCC系统侧阻抗，I_u为PCC用户侧谐波电流，Z_u为PCC用户侧阻抗，S_t为用户供电设备容量，α为谐波叠加系数。

本发明第二方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法。

本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，不同于谐波国标中供电设备容量的确定方法，本方法通过构建风电机组谐波模型和光伏机组谐波模型得到相角差并计算谐波叠加系数，并引入负荷同时系数F，使计算结果能够更加准确的反映风电发电与光伏发电的真实情况。

2、本发明风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，解决了现有技术中在谐波限值分配方面规定的谐波叠加系数和同时系数不适合于风电和太阳能光伏发电并网的问题，实现了风电和太阳能光伏发电的稳定并网，提高新能源利用的可操作性。并且，风电和光伏发电更加宽松的接入方式有利于实现未来可持续发展，也有利于实现节能减排与环境保护。

附图说明

为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：

图1为本发明实施例1提供的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法的流程示意图；

图2为本发明实施例2提供的一种电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

图1为本发明实施例1提供的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法的流程示意图，如图1所示，风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法包括：

步骤S1、构建风电机组谐波模型和光伏机组谐波模型，并分析所述风电机组谐波模型和所述光伏机组谐波模型的谐波特性，得到风电机组谐波电流和光伏机组谐波电流。

在一种可选的实施例中，构建风电机组谐波模型包括：

获取风电机组的第一电气参数，基于锁相角度将所述第一电气参数由三相静止坐标转换至dq轴坐标，得到第二电气参数；

进一步的，所述锁相角度包括：获取PI调节器由于并网点电压产生谐波畸变时的锁相差，将所述锁相差与基波电压相位相加得到锁相角度。

需要说明的是，第一电气参数即为输入变流器控制器的电气参数，该电气参数在输入变流器控制器之前需要由三相静止坐标转换至dq轴坐标进行分析。而该坐标变换是根据锁相环所确定的锁相角度进行变换的，但是，由于PI调节器在并网点电压产生谐波畸变时并无法实现无差调节，会产生锁相差，故，在基于锁相角度进行坐标变换时需要在基波电压相位的基础上增加PI调节器由于并网点电压产生谐波畸变时的锁相差。

基于所述第二电气参数分析由于死区时间引起的dq轴误差电压，根据所述dq轴误差电压确定PI调节器输出电压；

进一步的，所述PI调节器输出电压为：

上式中，u_d为d轴输出电压，u_d-ref为d轴参考电压，u_q为q轴输出电压，u_q-ref为q轴参考电压，b_*为中间参数，ω_r为转子角速度，t为时间，k为谐波次数，U_dc为直流母线电压，T_s为开关周期，T_w为误差周期，Δθ为锁相差。

需要说明的是，经坐标变换后dq轴的误差电压主要集中于6k次谐波上，其余的谐波幅值相对较小，且转子在工作转速区间内的振动也以6阶为主导，故在本发明中考虑6k次谐波所产生的误差电压。其中，6k次谐波所产生的误差电压是由6k-1次与6k+1次所决定的。

进一步的，参考电压为：

u_ref＝K_p1(i_ref-i_r)+K_i1∫(i_ref-i)dt+sω_l(L_ri_r+L_mi_s)

上式中，u_ref为参考电压，K_p1为PI调节器的比例系数，K_i1为PI调节器的积分系数，i_ref为参考电流，i_r为转子电流，i_s为定子电流，ω_l为基频角速度，L_r为转子电感，L_m为激磁电感。

需要说明的是，风电机组的电机在运行过程中存在死区时间，该死区时间会引起谐波电流。故在本发明中通过对第二电气参数进行分析，可以得到由于死区时间引起的dq轴误差电压，通过dq轴误差电压对参考电压进行补足，以得到PI调节器实际的输出电压。通过PI调节器实际的输出电压所计算得到电流谐波模型更接近真实的风电机组运行模型，这对于谐波限值的分配至关重要。

根据所述PI调节器输出电压构建电流谐波模型。

进一步的，所述电流谐波模型为：

上式中，I_d为d轴电流谐波，I_q为q轴电流谐波，K_p2为锁相相角的比例系数，K_i2为锁相相角的积分系数，s为转差率。

需要说明的是，风电机组产生谐波的来源主要来自于变流器、非线性负载等，故在分析风电机组的谐波特性之前，需要根据风电机组的结构以及风电谐波电流特性进行分析，构建一个适用于风电机组的谐波电流模型，便于准确分析风电机组的谐波特性，并为并网的谐波限值分配提供重要的依据。风力发电装置中，变流器作为风电转换系统的中枢，是影响机组运行安全和入网稳定的关键器件。故在本发明中，为了构建真实、可靠的风电机组输出谐波电流模型，需要对风电机组的结构以及其控制调节器进行分析，从而为计算风电机组输出谐波电流做准备。

在一种可选的实施例中，分析所述风电机组谐波模型的谐波特性包括：

上式中，a_i为第i次谐波系数，f₀为风电机组调制频率，t为发电时间，f_r为转子电流频率，f_p为功率绕组频率，f_s为定子绕组频率，p_p为风电机组功率，p_s为定子绕组功率，λ为叶尖速比，c为风电机组极对数，v为风速。

需要说明的是，风力发电装置中，变流器作为风电转换系统的中枢，是影响机组运行安全和入网稳定的关键器件，但风电机组变流器不同于普通的电力系统所用的变流器。因为风速时刻在变化，为了捕获最大风能，转子侧变流器的电流电压以及频率需要随风而波动，而为了保证向电网输送频率和电压稳定的电能，网侧变流器的电流同样需要随风速而波动。故在本发明中，为了得到真实、可靠的风电机组输出谐波电流，需要对风电机组转子侧变流器进行分析，从风电机组的谐波特性入手，计算出真实、可靠的风电机组输出谐波电流。计算出开关周期，将开关周期与风速代入到风电机组谐波模型中，即可以得到风电机组谐波电流。

在一种可选的实施例中，构建光伏机组谐波模型包括：

获取光伏机组的第三电气参数，基于锁相角度将所述第三电气参数由三相静止坐标转换至dq轴坐标，得到第四电气参数；

基于所述第四电气参数分析由于死区时间引起的dq轴误差电压，根据所述dq轴误差电压确定PI调节器输出电压；

根据所述PI调节器输出电压构建光伏电流谐波模型。

在一种可选的实施例中，分析所述光伏机组输出谐波电流模型的谐波特性包括：

上式中，a_i为第i次谐波系数，f₀为光伏机组调制频率，t为发电时间，f_r为转子电流频率，f_p为功率绕组频率，f_s为定子绕组频率，p_p为光伏机组功率，p_s为定子绕组功率，λ为叶尖速比，c为光伏机组极对数，e为光照强度，s_l为光伏机组转差率。

需要说明的是，风电机组的不稳定性主要在于风速，而光伏机组的不稳定性主要在于光照强度。

步骤S2、根据所述风电机组谐波电流和所述光伏机组谐波电流确定并网处的相角差，根据所述相角差计算谐波叠加系数。

需要说明的是，分别获取风电机组在并网处风电机组谐波电流和光伏机组在并网处的光伏机组谐波电流，通过风电机组谐波电流和光伏机组谐波电流的波形可以确定并网处的相角差。

其中，所述谐波叠加系数是通过均方根误差和相对误差系数两项指标来评价不同插值技术与传统谐波叠加法相比较的插值模拟计算得到的。谐波叠加系数即同一时刻相角差之差的余弦值的2倍。

步骤S3、根据所述谐波叠加系数计算风电与光伏发电的同时系数，基于供电量对所述同时系数进行分析，确定风电和光伏发电并网的谐波限值分配量。

需要说明的是，同时系数不仅和谐波源的谐波发射特性有关，还与同一母线的谐波源数目有关，此外，同时系数可能还与季节有关，不同的谐波次数也可能具有不同的同时系数，需要考虑多种因素并且分不同谐波次数讨论同时系数，因此具有一定难度。

故，在本发明中提出引入负荷同时系数F_HV，来确定供电设备容量S_i的新方法。

在一种可选的实施例中，根据所述谐波叠加系数计算风电与光伏发电的同时系数包括：

上式中，F_HV为同时系数，I_s为PCC系统侧谐波电流，Z_s为PCC系统侧阻抗，I_u为PCC用户侧谐波电流，Z_u为PCC用户侧阻抗，S_t为用户供电设备容量，α为谐波叠加系数。

不同于谐波国标中供电设备容量的确定方法，本方法比国标中的方法考虑的因素更加全面，通用性好且易于计算，且通过引入负荷同时系数F，使计算结果能够更加准确的反映实际情况。在计算谐波电流限值时，IEC采用的是网络可用功率比率，而谐波国标采用的则是用户用电协议容量占PCC点供电设备容量的比率。从这点来看，谐波国标更便于操作。当采用本实施例提出的引入负荷同时系数F的关系式后，谐波国标中计算谐波电流限值的方法将更加合理，并与IEC标准在形式上得到了统一。

需要说明的是，同时系数是指在同一时间内，电力系统中各个用户所需的最大用电功率与它们各自的额定用电功率之比的最大值。它是评价电力系统负荷特性的指标之一。同时系数越大说明系统负荷峰值越高，对电力系统的稳定性和安全性造成的影响也越大。因此，在电力系统的规划、设计和运行过程中，需要合理控制用电的同时系数，以保证系统的稳定性和可靠性。

实施例2

图2为本发明实施例2提供的一种电子设备的结构示意图，如图2所示，该电子设备包括处理器21、存储器22、输入装置23和输出装置24；计算机设备中处理器21的数量可以是一个或多个，中以一个处理器21为例；电子设备中的处理器21、存储器22、输入装置23和输出装置24可以通过总线或其他方式连接，中以通过总线连接为例。

存储器22作为一种计算机可读存储介质，可用于存储软件程序、计算机可执行程序以及模块。处理器21通过运行存储在存储器22中的软件程序、指令以及模块，从而执行电子设备的各种功能应用以及数据处理，即实现实施例1的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法。

存储器22可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序；存储数据区可存储根据终端的使用所创建的数据等。此外，存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实例中，存储器22可进一步包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置23可用于接收用户输入的id和密码等。输出装置24用于输出配网页面。

实施例3

本发明实施例3还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于实现如实施例1所提供的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法。

本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于实施例1所提供的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的多传感器信息融合的气液联动阀健康状态诊断方法中的相关操作。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、构建风电机组谐波模型和光伏机组谐波模型，并分析所述风电机组谐波模型和所述光伏机组谐波模型的谐波特性，得到风电机组谐波电流和光伏机组谐波电流；

步骤S2、根据所述风电机组谐波电流和所述光伏机组谐波电流确定并网处的相角差，根据所述相角差计算谐波叠加系数；

步骤S3、根据所述谐波叠加系数计算风电与光伏发电的同时系数，基于供电量对所述同时系数进行分析，确定风电和光伏发电并网的谐波限值分配量。

2.根据权利要求1所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，构建风电机组谐波模型包括：

获取风电机组的第一电气参数，基于锁相角度将所述第一电气参数由三相静止坐标转换至dq轴坐标，得到第二电气参数；

基于所述第二电气参数分析由于死区时间引起的dq轴误差电压，根据所述dq轴误差电压确定PI调节器输出电压；

根据所述PI调节器输出电压构建电流谐波模型。

3.根据权利要求2所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，所述锁相角度包括：获取PI调节器由于并网点电压产生谐波畸变时的锁相差，将所述锁相差与基波电压相位相加得到锁相角度。

4.根据权利要求2所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，所述PI调节器输出电压为：

上式中，u_d为d轴输出电压，u_d-ref为d轴参考电压，u_q为q轴输出电压，u_q-ref为q轴参考电压，b_*为中间参数，ω_r为转子角速度，t为时间，k为谐波次数，U_dc为直流母线电压，T_s为开关周期，T_w为误差周期，Δθ为锁相差。

5.根据权利要求4所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，参考电压为：

u_ref＝K_p1(i_ref-i_r)+K_i1∫(i_ref-i)dt+sω_l(L_ri_r+L_mi_s)

上式中，u_ref为参考电压，K_p1为PI调节器的比例系数，K_i1为PI调节器的积分系数，i_ref为参考电流，i_r为转子电流，i_s为定子电流，ω_l为基频角速度，L_r为转子电感，L_m为激磁电感。

6.根据权利要求5所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，所述电流谐波模型为：

上式中，I_d为d轴电流谐波，I_q为q轴电流谐波，K_p2为锁相相角的比例系数，K_i2为锁相相角的积分系数，s为转差率。

7.根据权利要求6所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，分析所述风电机组谐波模型的谐波特性包括：

上式中，a_i为第i次谐波系数，f₀为风电机组调制频率，t为发电时间，f_r为转子电流频率，f_p为功率绕组频率，f_s为定子绕组频率，p_p为风电机组功率，p_s为定子绕组功率，λ为叶尖速比，c为风电机组极对数，v为风速。

8.根据权利要求1所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法，其特征在于，根据所述谐波叠加系数计算风电与光伏发电的同时系数包括：

上式中，F_HV为同时系数，I_s为PCC系统侧谐波电流，Z_s为PCC系统侧阻抗，I_u为PCC用户侧谐波电流，Z_u为PCC用户侧阻抗，S_t为用户供电设备容量，α为谐波叠加系数。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至8所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8所述的风电和光伏发电并网的谐波限值分配方法。