基于有源濾波器的風(fēng)電諧波檢測與治理的研究

摘 要：隨著風(fēng)電系統(tǒng)中電子電子裝置的使用和電網(wǎng)中的低次諧波的影響，使得變流器中產(chǎn)生較重的諧波成分，為改善變流器系統(tǒng)輸出電能質(zhì)量，提出以有源濾波器和網(wǎng)側(cè)變流器相互整合的方式。該控制策略通過在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下檢測各次諧波成分，并通過有源濾波器對各指定次諧波進(jìn)行控制，可有效降低各次諧波電流，利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。并通過仿真驗(yàn)證其可行性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電；網(wǎng)側(cè)變流器；諧波電流；有源濾波器

中圖分類號：TN713.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）18-0094-01

引 言

近年來，風(fēng)電作為一種綠色能源，被廣泛利用[1]。它所帶來的電能質(zhì)量問題也越來越受到關(guān)注[1～3]。目前，已有文獻(xiàn)對風(fēng)電系統(tǒng)并網(wǎng)諧波治理問題進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[4]針對風(fēng)電諧波，采用不同方法的諧波檢測方法、不同的濾波環(huán)節(jié)以及不同的諧波抑制環(huán)節(jié)深入研究。文獻(xiàn)[5]針對風(fēng)電諧波，提出了一種基于小波包分析和FFT綜合諧波檢測算法，實(shí)現(xiàn)了一種基于熵權(quán)模糊的多指標(biāo)綜合評估模型，并設(shè)計(jì)了電網(wǎng)電能質(zhì)量實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)、風(fēng)電場諧波測試方案和擾動識別方案。在上述文獻(xiàn)中，對各次諧波電流環(huán)的交叉耦合還未考慮到，對精準(zhǔn)控制和穩(wěn)定運(yùn)行不利。

本文從網(wǎng)側(cè)變流器諧波模型和APF模型入手，提出利用FFT變換和小波變換的算法，精準(zhǔn)的計(jì)算各次諧波含量并完成實(shí)時跟蹤補(bǔ)償。

1 有源濾波器的工作原理

有源濾波器是一種動態(tài)抑制諧波成分以及實(shí)現(xiàn)無功補(bǔ)償?shù)碾娏﹄娮友b置，它能夠改善電力系統(tǒng)中存在的電能質(zhì)量問題，從而減少線路損耗。其具體工作原理：通過檢測待補(bǔ)償側(cè)的三相電流或電壓信號，由控制算法得出需補(bǔ)償?shù)碾娏髦噶钚盘?，該補(bǔ)償電流信號與待補(bǔ)償側(cè)的電流諧波成分及無功成分相抵消，最終使得待補(bǔ)償側(cè)輸出純凈的只含基波成分的電流。

2 基于APF的諧波電流抑制策略

網(wǎng)側(cè)變換器指定次諧波電流抑制策略

傳統(tǒng)意義上的PI調(diào)節(jié)器具有精度高、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。那么基于PI調(diào)節(jié)器，可以做到n次諧波的提取。通過同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換實(shí)現(xiàn)n次諧波變?yōu)橹绷鞣至?，再利用低通濾波器將交流分量濾除，濾除后的電流成分只含直流分量，再經(jīng)過坐標(biāo)反變換，可得到n次諧波。其中正序諧波分量經(jīng)同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換公式1變換，得到n次正序諧波直流分量、其他次諧波和基波的交流分量，這部分直流分量與交流分量再經(jīng)過低通濾波器，可得到指定次的n次正序諧波分量，那么，該指定次諧波就可提取出來。同理，n次的負(fù)序諧波分量可通過公式2旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)變換得到n次負(fù)序諧波直流分量、其他次諧波和基波的交流分量，直流分量與交流分量經(jīng)過低通濾波器，最終可得到指定次的n次負(fù)序諧波分量。

該指定次提取算法獲得了各次諧波的d軸分量和q軸分量。根據(jù)所提起諧波電流的特點(diǎn)及建立的APF在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型，提出一種在dq旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的控制方法。

3 仿真分析

如圖1所示為補(bǔ)償5次諧波電流時網(wǎng)側(cè)變流器輸出電流波形，從波形可以看出是基波電流疊加了5次諧波電流的波形。經(jīng)分析，5次諧波能很好地通過該模型得到抑制，其他次諧波同樣也可以通過該模型得到消除。

4 結(jié) 論

本文建立了基于有源濾波器的風(fēng)電并網(wǎng)系統(tǒng)，提出了網(wǎng)側(cè)變換器與有源濾波器整合的控制策略，既能有效的消除指定次的諧波，又能完成DFIG并網(wǎng)方式與APF的統(tǒng)一協(xié)調(diào)控制，達(dá)到了風(fēng)電并網(wǎng)時諧波的抑制，具有實(shí)時性。經(jīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，基于有源濾波器的風(fēng)電并網(wǎng)諧波控制策略可以實(shí)時的檢測諧波，并消除各次指定次的諧波。

參考文獻(xiàn)

[1]馬偉明，肖 飛.風(fēng)力發(fā)電變流器發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國工程科學(xué)，2011，13（1）：11～20.

[2]Jha B，RAO K，Disturbance rejections and harmonics reduction of doubly-fed induction generator using robust controller[C].Proceedings of 2009 Annual IEEE India Conference，Gujarat，India：INDICON，2009：1～5.

[3]Sainz L，Mesas J.Deterministic and stochastic study of wind farm harmonic current[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，2010，25（4）：1071～1080.

[4]巢睿祺.風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)中的諧波檢測與綜合治理研究[D].上海交通大學(xué)，2014.

[5]李晴晴.風(fēng)電并網(wǎng)對電網(wǎng)電能質(zhì)量影響的研究[D].哈爾濱理工大學(xué)，2016.

收稿日期：2018-5-20

作者簡介：劉 燕（1987-），女，甘肅蘭州人，助教，教師，碩士研究生。