电铁谐波对风电场的影响_张新伟

路牵引站 。 在风资源丰富的新疆有大量的风电场投
0 引 言
随着越来越多的大型风电场并网运行 , 在部分地 区的风电场周围伴随有铁路的穿越 。 电力牵引技术 大大促进了铁路的发展 , 电气化铁路已成为现阶段铁 路建设发展的主要方向 。 现在的研究者主要是对电 铁牵引负荷的谐波特性和风电场的并网运行分别进 行研究 。 文献 [ 1 3] 详细分析了电铁谐波的特点及 其在高压电网中的渗透特性以及对常规电网电能质 量及电力设备的影响 , 但并没有涉及对含有风电场的 地区电网中风电系统的影响 ; 文献 [ 4 -6] 对风电场 的运行特性及并网可靠性进行了研究 , 但并未考虑电 铁谐波对风电场的影响 。 电气化铁路的供电可靠性 要求电铁牵引站需接入高压电网 , 而其穿越的风区的 风电场也根据电网情况接入该地区的高压电网 , 这样 就会在同一地点既接入了风电场 , 又接入了电气化铁
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i t ) =( i B ,1( A , 1 +■i B ,1) 2) s i n ( ω t +φ A , 1 -120°+■φ B , 1) (
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i t ) =( i C ,1( A , 1 +■i C ,1) s i n ( ω t +φ A , 1 -240°+■φ C , 1) V 次谐波的时域表达式如式 ( 3) 所示 . i t ) =i i n ( V ·( ω t +φ A , V( A ,Vs A , 1 )+φ A , V) i t )=( i s i n ( V ( ω t + B , V( A , V +■i B , V) ( 3) φ 120° +■φ A , 1 B , 1 )+φ A , V +■φ B , V) i t )=( i s i n ( V ( ω t + C , V( A , V +■i C , V) φ 240° +■φ A , 1 C , 1 )+φ A , V +■φ C , V) 利用对称分量法 , 各相电流可以分解为正序 、负 序、 零序分量 , 计算公式如式 ( 4) 所示 。
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图 1 基波 、谐波电流的相角
基波电流在时域表达式如式 ( 1) 所示 。
-
i t )= i i n ( ω t +φ A ,1( A ,1 s A ,1)
-
。 当基波电流相角偏差
i t ) =i i n ( ω t +φ B ,1( B ,1 s B ,1) i t ) =i i n ( ω t +φ C ,1( C , 1s C , 1) 式( 1) 可以写成式 ( 2) 的形式 。
第 34卷第 1期 2011年 2月
四 川 电力 技术 S i c h u a nE l e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y
V o l . 34, N o . 1 F e b . , 2011
电铁谐波对风电场的影响
张新伟 , 晁 勤 , 康建东 , 常喜强
1 不平衡谐波电流的序量分析
-Hale Waihona Puke 用 i 分 别表 示 V 次谐 波电流 的幅 A , V、 i B , V、 i C ,V
-
值 , ■i 分别表示 V 次谐波的 B 、C 相电流与 B , V、■ i C ,V A 相电流的幅值偏差 , φ A , 1 、φ B , 1 、φ C , 1分别表示基波的 初始相角 , φ 分别表示 V 次谐波相对于基 A , V、φ B , V、φ C ,V 波的初 始相角 , ■φ 分 别表示 V 次谐波的 B , V, ■φ C ,V B 、C 相电流相对于平衡状态下 B 、C 相电流的相角偏
1 1 2 3
( 1. 新疆大学电气工程学院 , 新疆 乌鲁木齐 830047; 2. 中国电力科学研究院 , 北京 100192; 3. 新疆电力调度通信中心 , 新疆 乌鲁木齐 830002)
摘 要 : 结合电铁牵引负荷的谐波特性与包含 大量异 步风电机 组的风 电场中 升压站 低压侧 谐振点 频带较宽 的特点 , 针对新疆部分地区电网 在同一点同时接入电气化铁路和风电场的情况 , 从理论 上分析了电 铁谐波对 风电场运行 特性 的影响 , 并在仿真软件中搭建了新疆某地区电网 模型 , 对风 电场投 运风机 数量不同 时电铁 牵引负 荷在不 同工况 下可 能引发风电场升压站低 压母线处谐振 现象进 行了 仿真分 析和 评估 , 提出 了减 小电 铁谐波 对风 电场影 响的 建议和 措 施 , 具有一定的实际意义 。 关键词 : 电气化铁路 ; 不平衡谐波 ; 异步风电机组 ; 谐振 Ab s t r a c t : C o m b i n i n gt h eh a r m o n i cc h a r a c t e r i s t i c s o f e l e c t r i f i e dr a i l w a yt r a c t i o nl o a dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c st h a t l o w-p r e s s u r e s i d eo f b o o s t e r p l a n t i nw i n df a r mw h i c hc o n t a i n sa l a r g ea m o u n t o f a s y n c h r o n o u s w i n dt u r b i n eg e n e r a t o r s h o l d s w i d ef r e q u e n c yc h a n n e l o f r e s o n a n c e p o i n t , a n da i m i n ga t t h ep h e n o m e n o nt h a t e l e c t r i f i e dr a i l w a ya n dw i n df a r mc o n n e c t w i t hp o w e r g r i da t t h es a mep o i n t a n da t t h es a m et i mei ns o mea r e ao f X i n j i a n g , t h ei n f l u e n c eo f e l e c t r i f i e dr a i l w a yh a r m o n i co nt h eo p e r a t i o n f e a t u r e so f w i n df a r mi sa n a l y z e dt h e o r e t i c a l l y .T h eg r i dm o d e l f o r aa r e a i nX i n j i a n gi s e s t a b l i s h e di nt h es i m u l a t i o ns o f t w a r e , t h er e s o n a n c e p h e n o me n aa t L Vb u s b a r o f b o o s t e r p l a n t a r ea n a l y z e da n de v a l u a t e dw h i c hma y b ec a u s e du n d e r d i f f e r e n t o p e r a t i n gc o n d i t i o nw h e nt h en u m b e r o f r u n n i n g w i n dg e n e r a t o r sa r ev a r i a b l e .A n dt h e s u g g e s t i o n s a n dm e a s u r e sa r ep r o p o s e dt or e d u c et h ei n f l u e n c eo f e l e c t r i f i e dr a i l w a yh a r m o n i co nw i n df a r m, w h i c hh a ss o m ep r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e . Ke yw o r d s : e l e c t r i f i e dr a i l w a y ;u n b a l a n c eh a r mo n i c ;a s y n c h r o n o u sw i n dt u r b i n eg e n e r a t o r ;r e s o n a n c e 中图分类号 : T M715 文献标志码 : A 文章编号 : 1003 -6954( 2011) 01 -0008 -05
第 34卷第 1 期 2011年 2 月
四川 电 力技 术 S i c h u a nE l e c t r i c P o w e r T e c h n o l o g y
V o l . 34, N o . 1 F e b . , 2011
差 , 基波 、 谐波电流的相角如图 1 所示 。
时 , 电流只有正序分量 ; 当 V= 2 , 5 , 8 …时 , 电流只有 负序分量 ; 当 V= 3, 6, 9…时 , 电流只有零序分量 。 三相电流不平 衡 , 即 ■φ B , V、 ■φ C , V≠ 0 时 , 基波 电流的相位差将对谐波电流的序分量产生较大影响 。 通过式 ( 3) 、 式( 4) 计算可 得 : 当 基波 电流相 角偏 差 ± 5° 时 , 3 次谐波中含有 16%的正序分量和 14%的 负序分量 , 6 次 谐波中含有 33%的正序分量和 24% 的负序分量 ; 当基波电流相角偏差 ± 20 ° 时 , 6 次谐波 的相角差为 120° , 此时的谐波电流是对称的 , 只含有 正序分量 。 由以上分析可知 , 电网接带不对称负荷时 , 3K 次 谐波会含有正序分量和负序分量 , 其含有率随着基波 电流相角差的变化而变化 ( 1)