风电系统的接入对电网谐波的影响

风电场引起的谐波问题

一般而言，理想电力系统应该具有单一频率，单一波形，若干电压等级的电能属性。当电压、电流为同样波形、同频同相时为电能传输的最高效率模式。这同样也是电力产品生产、传输、转换力求保证的最佳电能形式。随着现在工业技术的发展，现代电力系统中正弦波形畸变的问题越来越受到重视。在电力系统中在电力系统中，波形畸变一般情况下并不是任意的，多数畸变是周期性的，属于谐波范畴。因此可用专业术语谐波来描述电力系统中的波形畸变。

由于新型的变速风力发电机组采用了大容量的电力电子器件，在向电网注入有功的同时也会注入谐波，因此风电场引起的谐波问题是必要重视的。 一谐波的定义

谐波的概念起源于声学，表示一根弦或者一个空气柱以本循环的频率倍数频率振动。把这个概念引入电学中，国际上公认的谐波定义为：谐波是一个周期电气量的正弦波分量，其频率是基波频率的整数倍，我们也常称它为高次谐波。

用傅里叶级数表示谐波的含义，可将一个周期波形展开成傅里叶级数

()()()[]

()[]

∑∑∞

=∞

=++=++=1

001000sin sin cos h h h h h h t h C A t h B t h A A t f ψωωω

注意：（1）所谓谐波，其次数h 必须为基波频率的整数倍。

（2）间谐波和次谐波。在一定的供电系统条件下，会出现非工频频率整数倍的周期性电流的波动，分解出的傅里叶级数得出的不是基波整数倍频率的分量，称为间谐波。频率低于工频的间谐波又称为次谐波。 二谐波电流的限值

我国的国家标准GB —T14549——1993《电能质量公用电网谐波》规定了谐波电流的允许值。

标准电压KV

基准短路容量

MV A

谐波次数及谐波电流允许值，A

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

0.38 10 78 62 39 62 26 44 19 21 16 28 13 24 6 100 43 34 21 34 14 24 11 11 8.5 16 7.1 13 10 100 26 20 13 20 8.5 15 6.4 6.8 5.1 9.3 4.3 7.9 35 250 15 12 7.7 12 5.1 8.8 3.8 4.1 3.1 5.6 2.6 4.7 66 500 16 13 8.1 13 5.4 9.3 4.1 4.3 3.3 5.9 2.7 5.0 110

750

12

9.6

6.0

9.6

4.0

6.8

3.0

3.2

2.4

4.3

2.0

3.7

标准电压KV

基准短路容量

MV A

谐波次数及谐波电流允许值，A

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

0.38 10 11 12 9.7 18 8.6 16 7.8 8.9 7.1 14 6.5 12 6 100 6.1 6.8 5.3 10 4.7 9.0 4.3 4.9 3.9 7.4 3.6 6.8 10 100 3.7 4.1 3.2 6.0 2.8 5.4 2.6 2.9 2.3 4.5 2.1 4.1 35 250 2.2 2.5 1.9 3.6 1.7 3.2 1.5 1.8 1.4 2.7 1.3 2.5 66 500 2.3 2.6 2.0 3.8 1.8 3.4 1.6 1.9 1.5 2.8 1.4 2.6 110

750

1.7

1.9

1.5

2.8

1.3

2.5

1.2

1.4

1.1

2.1

1.0

1.9

当公共连接点处的最小短路容量不同于基准短路容量时，可按公式hP K K h I S S I 2

1

换算 式中：1K S 为公共连接点的最小短路容量，MV A;2K S 为基准短路容量,MV A;hP I 为表中第h 次谐波电流允许值，A;h I 为短路容量为1K S 时的第h 次谐波电流允许值，A 。

三谐波产生的原因

电力系统中，谐波是由于非线性备的存在而造成的。对于风电机组来说，发电机本身产生的谐波是可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中采用的电力电子元件。对于定速风电机组来说，在连续运行过程中，没有电力电子元件参与，因而也基本没有谐波产生;当机组进行投入操作时，软并网装置处于工作状态，将产生谐波电流，但由于这个过程较短，产生的谐波可以忽略。变速风电机组产用大容量的电力电子元件，并网后始终处于工作状态，因此变速风电机组产生的谐波需要考虑。 四谐波的危害

谐波对电力系统或并联的负载产生种种危害，危害的程度取决于谐波量的大小、现场条件等因素。谐波的危害主要表现在以下几个方面： 1对电网的影响

当系统中含有高次谐波时，并联电容器投入后，会产生使系统原有谐波放大的现象。当系统的谐波感抗与电容器的谐波容抗相等时，就会发生谐振，对电力系统本身和电容器造成不利。另外谐波的存在还会影响到潮流计算的有效性，增加网络损耗。 2对电气设备的影响

谐波使各种设备出现故障，如使发电机负载加重，产生振荡转矩，转速同期性变化等等;使变压器铁心产生磁滞伸缩现象，噪声增加;使电缆容量减小，损失增加，老化加剧等;对电阻、保险丝、电压表等低压设备也有影响。 3对继电保护的影响

谐波存在可能导致继电器发生误动作，对电磁型、感应型、整流型以及静态继电器都有影响。

4对通信线路的干扰

对通信系统产生电磁干扰，使电信质量下降；使得重要的和敏感的自动控制、保护装置不正确动作；危害到功率处理器自身的正常运行。 五实例分析

本文还是对15台30MW 风电机组成的风电场进行分析。谐波潮流分析结果如下表所示