某风电场谐波计算分析

某风电场谐波计算分析

刘慧1李桂玲2

（1.武汉四合能源股份有限公司430000；2.武汉都市环保工程技术有限公司430000）

摘要：在风电站设计前期，需对风电站接入的电能质量特别是谐波进行初步计算，看是否能满足IEC标准和相关国家标准，并且判断接入点是否合适，本文通多对某个已实施风电站的谐波分析计算，来看风电接入的谐波是否会对电网产生很大的影响。

关键词：风力发电；电能质量；谐波

引言

目前人类对化石能源使用的不断增加，化石类能源所带来的环境污染、全球变暖等弊端也愈加严重。因此，探求一种清洁能源来替代化石类能源已刻不容缓。目前在众多新能源里面，风能为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，在全球新能源的比重日益提升，随着技术进步风电装机容量将近一步提升。

但由于风电出力随风速而变化，且新型的变速风力发电机组由于采用了大容量的电力电子设备，在向电网送出有功功率的同时还将会产生一定量的谐波注入电网。谐波电压、电流一直是电力系统较为关注的电能质量问题，因此分析风电机组向公共连接点注入谐波电流，因此估算电网中主要母线的谐波影响是十分必要的。本文结合某山地区风电场谐波计算实例，对电网造成的谐波影响进行分析计算，分别计算了并网点处的谐波电压、谐波电流，计算了谐波电压的畸变率。

1、某风电场背景介绍

以2016年某地区电网为基础，在规划50MW的某实际风场并网运行后，对风电场接入引起的谐波问题进行分析。该风场规划容量为50MW，拟采用25台单机容量为2MW的双馈变速风电机组。风电场配套建设一座110kV升压站，风力发电机组出口电压0.69kV，每台风力发电机组经箱变升压至35kV，本期25台机组共分为3回集电线路接至风电场升压站35kV侧，后经50MVA变压器压至110kV后经LGJ-240导线送入对侧变电站。

2、谐波计算电流、电压限值

2.1谐波电流限值

按照国标GB/T14549-93《电能质量－公用电网谐波》中规定，公共连接点的全部用户向该点注入的谐波电流分量（均方根值）允许值如表1-2所示：

表1-2注入公共连接点的谐波电流允许值

公共连接点处的短路容量不同于基准短路容量时，表中的谐波电流允许值应按下式进行换算：

α—相位叠加系数，根据表2-3取值。

表2-3相位叠加系数取值

3、谐波电流与谐波电压分析

3.1某风电场风机相关参数

本项目按照某风电项目，根据风机厂家参数UP-1500，发电机类型：双馈异步电机，额定电压：690V，额定功率：2000kw，额定风速：10.8m/S，视在功率：2000kVA，额定电流：1673A。

3.2公共点短路容量值和规划容量计算

公共点供电设备容量限制条件：

Ssc1=2629MVA，Ssc12=750MVA，Si=50MW（风场装机容量），St=720MVA（接入110kV侧总容量）

3.3谐波电流评估

3.3.1用户注入电网谐波电流理论计算

根据业主要求，风场安装25台国电联合动力风机，从接线图看，25台风机分2组汇集到35kV母线上，不考虑风机分组后产生的谐波抵消，以最大的叠加方式来考虑。

多个谐波源各次谐波叠加按式（3-1）进行计算

（3-1）

式中Kh系数按表3.3-2选取

3.3.2系数Kh值

两个以上同次谐波电流叠加时，首先将两个谐波电流叠加，然后再与第三个谐波电流叠加，依次类推。

25台风机在35kV处叠加计算结果表3.3-4，考虑到风场是110kV并网。

3.4谐波电流评估及分析

按照国家标准要求，各用户注入电网公共点的谐波电流值不得高于公共点允许用户注入谐波电流限值，将110kV侧计算所得谐波电流叠加值与公共点允许用户注入谐波电流限值计算值进行比较如下，超过限值视为不合格，否则视为合格。根据理论计算结果，本风场投入后，风电场风机运行时注入公共点的各次谐波电流分量均小于公共点允许注入的各次谐波电流分量限值，各次谐波电流分量不超标。

3.5谐波电压评估及分析

按照国家标准要求，各用户注入电网公共点的谐波电压值不得高于公共点允许用户注入谐波电流限值，将110kV侧计算所得谐波电流叠加值与公共点允许用户注入谐波电流限值计算值进行比较如下，超过限值视为不合格，否则视为合格。风电站产生的谐波向系统渗透到110kV母线的总电压畸变率分别为0.14%国家标准GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》规定110kV电压畸变率不高于2%，满足标准要求。

4、结论

本章对某风电站接入电网后的电能质量问题进行了分析，得出如下结论：

（1）风电站并网运行产生的谐波注入不会引起并网点110kV母线的各次谐波电压含有率和电压总谐波畸变率超标的问题。

（2）由于谐波计算与风机等谐波源以及本区网架参数密切相关，同时并网点的背景谐波在专题分析时与以后风电站投产时也会随时间推移有所不同，甚至会相差很大。因此，建议在风电站投产初期进行电能质量实测，以准确评估光伏电站接入对电网电能质量的影响，并根据实测结果确定是否有必要加装滤波设备。

参考文献：

[1]水利电力部西北电力设计院．电力工程设计手册[M]．北京：中国电力出版社，1990．