2023風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng) 電氣特性測量和評估 風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型及應(yīng)用

風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)電氣特性測量和評估風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型及應(yīng)用II目 次前言 II引言 III范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語、定義和縮略語 2術(shù)語和定義 2縮略語 7概述 8引言 8背景 8最低要求建議 115.1概述 115.2應(yīng)用 11輸入?yún)?shù) 12諧波模型端口 12輸出變量 125.6結(jié)構(gòu) 13與其他標(biāo)準(zhǔn)文件的接口 136.1GB/T20320—2022，附錄D-諧波評估 136.2GB/T20320—2022，附錄E-風(fēng)力發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電場電能質(zhì)量評估 14諧波模型 147.1概述 14戴維南/諾頓等效電路 15等效諧波電壓/電流源 15風(fēng)力發(fā)電機組類型 178 驗證 218.1總則 218.2概述 21模型驗證 21虛擬電網(wǎng) 229 局限性 22參考文獻(xiàn) 2411風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)電氣特性測量和評估風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型及應(yīng)用本文件為風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型的應(yīng)用、結(jié)構(gòu)和推薦要求提供指導(dǎo)原則。本文件中的諧波模型是指不同類型風(fēng)力發(fā)電機組與所接入電網(wǎng)相互作用下產(chǎn)生諧波的模型。（。本文件提出了一種風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型標(biāo)準(zhǔn)化的表示方法，該諧波模型將廣泛應(yīng)用于陸上風(fēng)電和海上風(fēng)電的電氣基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計、分析和優(yōu)化等電氣工程領(lǐng)域。本文件的諧波模型結(jié)構(gòu)將適用于：—在電氣基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計和并網(wǎng)研究期間，用于評估風(fēng)力發(fā)電機組的諧波性能。—由多臺裝有變流器的風(fēng)力發(fā)電機組構(gòu)成的現(xiàn)代電氣系統(tǒng)中，用于諧波研究/分析?！獮榱藘?yōu)化電氣基礎(chǔ)設(shè)施（如諧振特性設(shè)計）及滿足各種電網(wǎng)導(dǎo)則要求，用于有源或無源諧波濾波器設(shè)計。（?！糜谠u估電網(wǎng)背景電壓畸變對風(fēng)力發(fā)電機組諧波的影響?！糜谙嚓P(guān)人員（如電網(wǎng)企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、開發(fā)人員等）在標(biāo)準(zhǔn)化通信接口進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機組諧波數(shù)據(jù)交互?！糜诠こ誊浖_發(fā)人員在通用接口進(jìn)行諧波研究?！勺鳛轱L(fēng)力發(fā)電機組應(yīng)用于學(xué)術(shù)研究和工業(yè)生產(chǎn)中的一種測試基準(zhǔn)。對于連接有不同類型風(fēng)力發(fā)電機組的大型電力系統(tǒng)，如連接到同一海上或陸上升壓站的、由不同機型組成的多集群風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，利用諧波模型對風(fēng)力發(fā)電機組進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化諧波性能評估的優(yōu)勢越來越顯著。4050或100下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文22件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有修改單）適用于本文件。GB/T2900.53—2001電工術(shù)語風(fēng)力發(fā)電機組（IEC60050-415:1999,IDT）GB/T17626.7—2017 （IEC61000-4-7:2009,IDT）GB/T20320—2022風(fēng)能發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力發(fā)電機組電氣特性測量和評估方法（IEC61400-21-1:2019）IECTR61000-3-6:2008(EMC)第3-6（Electromagneticcompatibility(EMC)–Part3-6:Limits–AssessmentofemissionlimitsfortheconnectionofdistortinginstallationstoHVandEHVpowersystems）術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。以下地址為ISO和IEC標(biāo)準(zhǔn)化術(shù)語維護(hù)資料庫：IEC\h/ISO\h/obp3.1.1兼容性水平compatibilitylevels特定環(huán)境中特定擾動的參考水平，用于協(xié)調(diào)供電系統(tǒng)內(nèi)部或用電設(shè)備的電磁放射和電磁耐受，以確保整個系統(tǒng)（包括系統(tǒng)和連接設(shè)備）的電磁兼容性。注1：兼容性水平通常表示整個系統(tǒng)時間和空間上擾動變化統(tǒng)計分布的95%百分位數(shù)。注置進(jìn)行評估。3.1.2系數(shù)K factorK變壓器對于非正弦電流的負(fù)載能力。注1：非正弦負(fù)載電流下，變壓器等效額定功率等于非正弦電流功率有效值乘以系數(shù)K。[來源：EN50464-3:2007，有修改，增加說明、創(chuàng)建條目并刪除公式]3.1.3諧波相位或相角harmonicphaseorangle頻譜分量yh（角αh，是指諧波電流分量或諧波電壓分量與基波電壓分量之間的相位，33如圖1和下式所示。

hhnthch是指頻譜分量幅值圖1諧波電流分量、諧波電壓分量與基波電壓分量之間的相角示例注1：電壓和電流的符號定義引用GB/T20320—2022，附錄C中發(fā)電機的定義。注2：詳細(xì)內(nèi)容可參考GB/T20320—2022，附錄D。3.1.4諧波畸變harmonicdistortion波形曲線與正弦波的周期性偏離。注1：可在基波中加入一個或多個諧波來描述。3.1.5諧波模型harmonicmodel表示一臺并網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機組諧波輸出的模型。注1：可通過更改模型參數(shù)來表示不同風(fēng)力發(fā)電機組類型。3.1.6諧波模型端口harmonicmodelterminals諧波模型接入電力系統(tǒng)的參考點。3.1.7三相電壓（或電流）負(fù)序分量 nagetive-sequencecomponentof3-phasevoltages（orcurrent）應(yīng)用Fortescue變換矩陣導(dǎo)出的對稱矢量系統(tǒng)，其中，旋轉(zhuǎn)方向與工頻電壓（或電流）相反的分量。44[來源：IECTR61000-3-13:2008,3.26.4,有修改-刪除公式]3.1.8運行模式operationalmode根據(jù)控制設(shè)置運行模式，例如電壓控制模式、頻率控制模式、有功功率控制模式、無功功率控制模式等。[來源：GB/T20320—2022,3.9]3.1.9百分位數(shù)percentile一組數(shù)據(jù)中，小于觀察值的占比表示百分位，該觀察值為此百分位對應(yīng)的百分位數(shù)。3.1.10規(guī)劃水平planninglevel注1：規(guī)劃水平被認(rèn)為是內(nèi)部質(zhì)量目標(biāo)，由負(fù)責(zé)相關(guān)區(qū)域規(guī)劃和運營供電系統(tǒng)的機構(gòu)在當(dāng)?shù)刂付?。[來源：IECTR61000-3-6:2008,3.16]3.1.11連接點pointofconnection風(fēng)力發(fā)電場與電力系統(tǒng)的并網(wǎng)參考點。[來源：GB/T2900.87-2011,617-04-01,有修改-“風(fēng)力發(fā)電場”替代“用戶的電力設(shè)備”]3.1.12（或電流正序分量positive-sequencecomponentof3-phasevoltages（orcurrent）應(yīng)用Fortescue變換矩陣導(dǎo)出的對稱矢量系統(tǒng)，其中，旋轉(zhuǎn)方向與工頻電壓（或電流）相同的分量。[來源：IECTR61000-3-13:2008,3.26.3,有修改-刪除公式]3.1.13功率區(qū)間powerbin對風(fēng)力發(fā)電機組輸出端測得的有功功率劃分區(qū)間，要求各區(qū)間連續(xù)且不重合。注1：這些相等的區(qū)間應(yīng)相鄰且分別為額定功率的0%、10%、20%，…，100%。其中0%、10%、20%，…，100%額定功率分別為各區(qū)間中點。[來源：GB/T20320—2022,3.62,有修改-術(shù)語刪除“有功”；注中，增加“應(yīng)相鄰”且文55字表述有少量修改]3.1.14主導(dǎo)相位角prevailingangle頻譜分量的主導(dǎo)相位角（相位）由下式表示：nImC

h,i n arctani1 ,

當(dāng)ReCi0h,平均 n ReCh,i

i1i1n

mCh,i n πarctani1 ,

當(dāng)ReCh,i0h,平均

n ReCh,i

i1i1 式中n —DFT窗口的數(shù)量Ch,i—第i個10周期或12周期窗頻譜中h次諧波的復(fù)數(shù)值Ch—h次諧波分量幅值。注1：矩形窗的定義見GB/T17626.7—2008。3.1.15主導(dǎo)相位角比值prevailingangleratio主導(dǎo)相位角的隨機性可根據(jù)主導(dǎo)相位角比值來估計，主導(dǎo)角比值表示為n nh,i h,ijh,ii1 i1 n ni1

ah,ijbh,ii1式中Ch,i—DFT的復(fù)數(shù)頻譜分量ah,i—第i個窗口的復(fù)數(shù)頻譜分量的實部bh,i—第i個窗口的復(fù)數(shù)頻譜分量的虛部3.1.16短路容量shortcircuitpower系統(tǒng)某一點短路電流Ik與額定電壓Un（通常為工作電壓）的乘積。Sk 3IkUn66注1：若使用線電流（A）和額定線電壓（V），結(jié)果宜乘以3。[來源：GB/T2900.50-2008,601-01-14，有修改-“額定”代替“常規(guī)”]3.1.17短路比shortcircuitratio連接點處的短路容量Sk與風(fēng)力發(fā)電場或風(fēng)力發(fā)電機組額定容量Sn的比值SCRSkSn[來源：GB/T36237-2018,3.1.18，有修改-刪除“有功”，增加公式]3.1.18系統(tǒng)運營商或責(zé)任主體systemoperatororresponsible與輸配電系統(tǒng)相連的負(fù)荷用戶或發(fā)電企業(yè)簽訂并網(wǎng)協(xié)議的責(zé)任主體。[來源：IECTR61000-3-6:2008,3.23，有修改-“責(zé)任主體”替代“所有者”]3.1.19總諧波畸變率totalharmonicdistortionHHQ2h2Q1hTHD式中Q —電流或電壓Q1—基波分量有效h —諧波階次Qh—h次諧波分量有效值H —應(yīng)用時一般取40、50或100[來源：IECTR61000-3-6:2008,3.26.7，有修改-“H”定義不同]3.1.20風(fēng)力發(fā)電場windpowerplant由一臺或多臺風(fēng)力發(fā)電機組、輔助設(shè)備和場控系統(tǒng)組成的電站。[來源：GB/T36237-2018,3.1.25]3.1.2177風(fēng)力發(fā)電機組windtubine將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為電能的旋轉(zhuǎn)機械裝置。[來源：GB/T2900.53—2001,415-01-01]3.1.22風(fēng)力發(fā)電機組輸出端windturbineterminals風(fēng)力發(fā)電機組與電力匯集系統(tǒng)的連接點，該點為風(fēng)力發(fā)電機組的一部分并由機組制造商標(biāo)記。注1：與IEC61400-21中試驗測量點的定義相同。下列縮略語適用于本文件。AUX 輔助設(shè)備CB 斷路器DC 直流DCL 直流母線DFAG 雙饋異步發(fā)電機DFT 離散傅里葉變換GSC 機側(cè)變流器HD 諧波畸變HIL 硬件在環(huán)HMT 諧波模型端口HV 高電壓HVAC 高壓交流HVDC 高壓直流LSC 網(wǎng)側(cè)變流器LV 低電壓MV 中電壓PA 主導(dǎo)相位角PAR 主導(dǎo)相位角比值POC 連接點PWM 脈沖寬度調(diào)制RMS 均方根/有效值SCR 短路比SIL 軟件在環(huán)88STATCOM 靜止無功補償器TR 變壓器THD 總諧波畸變率VSC 電壓源變流器WPP 風(fēng)力發(fā)電場WT 風(fēng)力發(fā)電機組WTT 風(fēng)力發(fā)電機組輸出端引言對此，考慮當(dāng)前電力變流器的復(fù)雜程度，有必要對風(fēng)力發(fā)電機組開展詳細(xì)的電能質(zhì)量評估，包括機組諧波的測量、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析和建模。3|G(3|G(s)|電網(wǎng)諧波V(t)串聯(lián)諧振風(fēng)力發(fā)電機組網(wǎng)側(cè)變流器控制器并聯(lián)諧振|V(h)|1風(fēng)力發(fā)電機組諧波|Z(f)|風(fēng)力發(fā)電機組網(wǎng)側(cè)變流器控制器靜止無功補償裝置控制器4基礎(chǔ)設(shè)施諧振2控制器諧波穩(wěn)定性圖2風(fēng)力發(fā)電場諧波研究和影響諧波性能的典型部件示例背景目前，大型海上風(fēng)力發(fā)電場（由風(fēng)力發(fā)電機組、集電電纜系統(tǒng)、高壓直/交流海上/陸地傳99輸系統(tǒng)等組成結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜（3，難以預(yù)測并削弱諧波的產(chǎn)生和傳播[7]。因此，IEC61400-21[5]規(guī)定，諧波的測量程序和評估是基于依賴本地電網(wǎng)條件的諧波電流評估。此外，特地電網(wǎng)諧波的測量結(jié)果不適用于其他電網(wǎng)，否則將造成無源濾波器設(shè)計和規(guī)格上出現(xiàn)問題。這主要因為現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)只提供風(fēng)力發(fā)電機組的電流頻譜，因此，可將風(fēng)力發(fā)電機組看作理想諧波電流源，忽視了機組內(nèi)部阻抗。這種方法也忽略了電網(wǎng)阻抗對諧波電流的影響。更準(zhǔn)確的評估方法詳見GB/T20320—2022附錄D。33kV33kV220kV66kV圖3風(fēng)力發(fā)電場復(fù)雜結(jié)構(gòu)示例風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)生的諧波電流很大程度上取決于風(fēng)力發(fā)電機組的內(nèi)部阻抗和外部電網(wǎng)中與頻率相關(guān)的短路阻抗。為了使評估程序更加準(zhǔn)確，GB/T20320—2022附錄D建議除了諧波電流外，還應(yīng)采用諧波電壓測量程序，包括相位信息和聚合方法[8]，此外，還提供了在測量過程中排除外部電網(wǎng)影響的一系列建議和指導(dǎo)。此外，這類擴展測量數(shù)據(jù)不僅可用于風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型驗證，也可應(yīng)用于模型開發(fā)與優(yōu)化，詳見文獻(xiàn)[9]。1010WTsWTsPOC#1WTsWTskVWTsWTsPOC#2WTs海底電纜陸上電纜kVWTskVWTsWTsPOC#3并聯(lián)補償WTs陸上升壓站W(wǎng)TskVWTs圖4風(fēng)力發(fā)電場復(fù)雜電氣基礎(chǔ)設(shè)施示例此外，本文件規(guī)定了測量和數(shù)據(jù)分析的不確定性評估方法。IEC61400-21-1附錄D詳細(xì)描述了如何檢測哪些諧波電流受背景諧波畸變影響。IEC61400-21-1[5]規(guī)定了如何考慮電網(wǎng)對諧波評估的影響，現(xiàn)行方法是在測試報告中提供基于電流的電能質(zhì)量特性，例如諧波電流。這是基于電流諧波輸出獨立于電網(wǎng)電壓的假設(shè)，即可將風(fēng)力發(fā)電機組看作為具有特定單元類型特征的電流源，但這種假設(shè)不適用于由多臺風(fēng)力發(fā)電機組構(gòu)成的具有各種諧振現(xiàn)象的復(fù)雜風(fēng)電系統(tǒng)（見圖3，圖4和圖5）。目前尚無從諧波性能的角度系統(tǒng)地表示風(fēng)力發(fā)電機組的方法，造成風(fēng)力發(fā)電機組諧波性能評估、并網(wǎng)風(fēng)力發(fā)電機組背景諧波畸變計算、風(fēng)力發(fā)電場諧波分析等結(jié)果的不一致性。圖5在圖4規(guī)定的連接點處諧波阻抗的估算值1111風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型的標(biāo)準(zhǔn)化定義有助于風(fēng)電行業(yè)各方之間達(dá)成一致理解和有效交流。風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型可用于：—提供更加全面的風(fēng)力發(fā)電機組諧波性能特征?！a充IEC61400-21-1的諧波測量報告內(nèi)容?！峁┯糜陲L(fēng)力發(fā)電場諧波分析的標(biāo)準(zhǔn)化方法?！u估外部電網(wǎng)對連接點諧波畸變的影響?！獮椴煌C波分析工具提供通用接口?！x制造商、開發(fā)人員、系統(tǒng)運營商或所有者溝通交流的共同基礎(chǔ)?！獮閷W(xué)術(shù)界和工業(yè)界提供基準(zhǔn)。風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型應(yīng)具備如下特性：—可評估被測風(fēng)力發(fā)電機組接入對電網(wǎng)的影響。—準(zhǔn)確表示風(fēng)力發(fā)電機組對接入電網(wǎng)中背景諧波電壓的響應(yīng)。—提供風(fēng)力發(fā)電機組諧波性能的通用測量方法—可應(yīng)用于包含多種電網(wǎng)條件的諧波評估研究，例如緊急場景或故障條件，其中單一場景下的諧波電流測量無法用于諧波評估研究?！硎舅锌赡苡绊懼C波性能的風(fēng)力發(fā)電機組運行模式。—形成標(biāo)準(zhǔn)化、共識性的工程結(jié)構(gòu)，并可廣泛用于系統(tǒng)級諧波分析/研究中。概述—應(yīng)用—輸入?yún)?shù)—諧波模型端口—輸出變量—結(jié)構(gòu)應(yīng)用風(fēng)力發(fā)電機組基礎(chǔ)諧波模型可用于風(fēng)力發(fā)電場的諧波分析，包括諧波輸出研究以及諧波傳播/諧振研究。風(fēng)力發(fā)電場的諧波分析主要應(yīng)用于以下幾個方面:—電網(wǎng)導(dǎo)則要求—諧波濾波器設(shè)計—風(fēng)力發(fā)電場零部件選型（如規(guī)劃水平、兼容性級別和系數(shù)K等）1212—整體電氣基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化。因此，風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型宜能反映包括諧波輸出和阻抗特性在內(nèi)的機組電氣性能。通常大型風(fēng)力發(fā)電場的電氣基礎(chǔ)設(shè)施依據(jù)設(shè)計導(dǎo)則和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計和開發(fā)[10]。在考慮所有諧波源的情況下，應(yīng)根據(jù)規(guī)劃水平來確定諧波畸變限值。在特定環(huán)境下對特定的干擾設(shè)置不輸入?yún)?shù)進(jìn)行模型開發(fā)時，應(yīng)考慮可表征風(fēng)力發(fā)電機組諧波特性的輸入?yún)?shù)。這些參數(shù)取決于應(yīng)用類型（即簡化模型用于基礎(chǔ)研究，而詳細(xì)模型用于風(fēng)力發(fā)電機組諧波特性的精細(xì)化評估）。根據(jù)應(yīng)用的需要，模型開發(fā)人員應(yīng)確定和定義這些參數(shù)（例如有功和無功功率設(shè)定值，發(fā)電機轉(zhuǎn)速，IEC61400-21-1規(guī)定風(fēng)力發(fā)電機諧波性能的評估取決于有功功率區(qū)間。諧波模型開發(fā)過程中，有功功率是推薦的輸入?yún)?shù)之一。為了簡單起見，可選取最惡劣情況下，所有功率區(qū)間中各諧波分量的最大幅值，但這將導(dǎo)致過于保守的結(jié)果。若使用只反映最惡劣情況下幅值的諧波模型，也能夠滿足電力系統(tǒng)運營商要求或設(shè)計可行的濾波器，則這種簡化是合理的。否則，建議在有功功率區(qū)間的基礎(chǔ)上詳細(xì)分析，確定何種情形下會超出限值或?qū)е聻V波器尺寸過大。更加完善且精確的諧波模型更適用于風(fēng)力發(fā)電場業(yè)主/運營商或公用事業(yè)單位。諧波模型端口風(fēng)力發(fā)電機組作為現(xiàn)代電力系統(tǒng)（如風(fēng)力發(fā)電場）的組成部分，諧波模型應(yīng)能反映整個風(fēng)力發(fā)電機組的諧波特性。因此，需定義能夠反映風(fēng)力發(fā)電機組部件特性的諧波模型，且能評估風(fēng)力發(fā)電機組輸出端（即風(fēng)力發(fā)電機組變壓器的低壓側(cè)或高壓側(cè)）的諧波畸變水平。若在電力系統(tǒng)分析中表示風(fēng)力發(fā)電機組的模型，諧波模型端口宜被定義為風(fēng)力發(fā)電機組輸出端。因此，在模型開發(fā)過程中，宜考慮風(fēng)力發(fā)電機組內(nèi)部主回路的所有相關(guān)元件（如濾波器或輔助電路）。為了滿足精度要求，模型開發(fā)者負(fù)責(zé)決定應(yīng)將哪些組件特性（如與頻率相關(guān)的電感損耗）考慮在內(nèi)。輸出變量在頻域/諧波域內(nèi)進(jìn)行典型的諧波分析和風(fēng)力發(fā)電機組諧波性能評估時，應(yīng)將風(fēng)力發(fā)電機組表示為一個諧波源，且該諧波源應(yīng)能涵蓋所有相關(guān)諧波分量（通常要達(dá)到40次，50次）[10]以及與頻率相關(guān)的阻抗，包括風(fēng)力發(fā)電機組有源（如變流器控制器等）和無源（如濾波器、電抗器等）器件。諧波模型用于估算模型端口處的諧波畸變水平（如諧波幅值和相位）、頻率相關(guān)的阻抗。應(yīng)根據(jù)實際的研究內(nèi)容和電網(wǎng)導(dǎo)則要求對諧波范圍進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。隨著海上風(fēng)力發(fā)電場規(guī)模的不斷擴大，對其諧波畸變水平的評估越來越重要。過去通?；?313于正序仿真模型開展所有的一致性和設(shè)計研究。但長距離高壓電纜的使用（如在風(fēng)力發(fā)電場中）引發(fā)了對更精細(xì)建模的需求。經(jīng)證實，在非對稱電纜系統(tǒng)中，采用解耦的相序模型（即非耦合的序阻抗矩陣或者簡單的正序描述）可能會低估系統(tǒng)諧波畸變[11]。對于阻抗分布極其不均衡的系統(tǒng)（如長埋扁平HVAC電纜），表示諧波分量的相序以及三相風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型變得重要。宜根據(jù)建模的詳細(xì)程度以及所研究系統(tǒng)的電氣基礎(chǔ)設(shè)施來設(shè)計或者建立模型的結(jié)構(gòu)。在傳統(tǒng)電力系統(tǒng)的諧波分析中，通過相序分解通?？梢园l(fā)現(xiàn)諧波大體上遵循其自然相序。然而，由于風(fēng)力發(fā)電機組系統(tǒng)的復(fù)雜性，在裝有并網(wǎng)型變流器的風(fēng)力發(fā)電機組中，可以產(chǎn)生任意相序的諧波。此外，在非對稱系統(tǒng)中諧振點附近，諧波將包含另外兩個序列分量的某些成分。結(jié)構(gòu)常用諾頓/戴維南等效電路表示風(fēng)力發(fā)電機組的諧波模型。因此，通過仿真，可利用諧波模型估算風(fēng)力發(fā)電機組向其所接入電力系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波。風(fēng)力發(fā)電機組作為風(fēng)力發(fā)電場系統(tǒng)的一部分，可視為諧波源，也可看作通過有源和無源方式濾波的諧波抑制裝置。諧波模型結(jié)構(gòu)應(yīng)能表現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電機組這兩方面的特性。戴維南等效電路 諾頓等效電路戴維南等效諧波阻抗戴維南等效諧波阻抗諾頓等效諧波電流源圖6諾頓/戴維南等效電路表示的通用諧波模型結(jié)構(gòu)以諾頓/戴維南等效電路表示的通用諧波模型結(jié)構(gòu)如圖6所示。諾頓/戴維南等效電路用等效理想電流/電壓源和等效阻抗來表示每個目標(biāo)階次的諧波/頻率。因此，合適的諧波模型可應(yīng)用于諧波域/頻域研究。第7節(jié)對諧波模型結(jié)構(gòu)做了進(jìn)一步的闡述（附示例）。6.1GB/T20320—2022，附錄D-諧波評估風(fēng)力發(fā)電機組的諧波電流可受以下幾個因素的影響：1414—外部電網(wǎng)背景諧波畸變；—與電網(wǎng)頻率有關(guān)的短路阻抗中的諧振；—并網(wǎng)點處的短路容量。附錄D為了精確地評估風(fēng)力發(fā)電機組產(chǎn)生的諧波，已排除上述影響因素。此外，還可能需要確定并排除其他因素對風(fēng)力發(fā)電機組諧波輸出的影響。上述影響取決于風(fēng)力發(fā)電機組型號、測試地點電網(wǎng)配置和工況以及測試期間電網(wǎng)背景諧波電壓的實際畸變。因此，目前無法規(guī)定用于識別及排除上述影響的特定程序。風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型適用于風(fēng)力發(fā)電機組諧波評估?？筛鶕?jù)測量數(shù)據(jù)和高級仿真工具開發(fā)諧波模型，該模型在理論上對風(fēng)力發(fā)電機組的諧波特性進(jìn)行描述，排除電網(wǎng)畸變對風(fēng)力發(fā)電機組的影響。如附錄D中所描述，該模型可用于評估背景諧波畸變對測量過程的影響。6.2GB/T20320—2022，附錄E-風(fēng)力發(fā)電機組和風(fēng)力發(fā)電場電能質(zhì)量評估隨著風(fēng)力發(fā)電場裝機容量逐漸增加，復(fù)雜電力系統(tǒng)（如圖4所示）的諧波分析面臨新的挑戰(zhàn)。為減小風(fēng)力發(fā)電機組諧波對電網(wǎng)的影響，應(yīng)在并網(wǎng)點進(jìn)行諧波評估，并通過有源或無源濾波方式制定諧波抑制方案?；谏鲜隹紤]，需要開發(fā)并驗證合適的諧波分析模型，用于評估風(fēng)力發(fā)電機組對特定位置諧波的影響，包括評估風(fēng)力發(fā)電機組之間諧波的疊加與抵消。目前暫無對風(fēng)力發(fā)電場諧波分析的標(biāo)準(zhǔn)化方法。針對評估風(fēng)力發(fā)電場的諧波輸出水平，GB/T20320—2022附錄E在IECTR61000-3-6基礎(chǔ)上提供了建議和指導(dǎo)[6]，包括對風(fēng)力發(fā)電場的諧波電流進(jìn)行評估。該建議和指南也可適用于風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型的結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用方面。概述由于風(fēng)力發(fā)電機組制造商采用不同的電氣技術(shù)路線，因此，采用等效電路表示風(fēng)力發(fā)電機組諧波是常用的簡便方法，如：采用理想電壓源（表1）構(gòu)成的等效戴維南等效電路或采用理想電流源（表2）的諾頓等效電路以及等效阻抗（表3）。這類等效電路適用于模型內(nèi)的每個諧波分量。因此，使用常用工具進(jìn)行的仿真時，可利用風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型（如諾頓或戴維南等效電路）來評估其對所接入系統(tǒng)的諧波影響。風(fēng)力發(fā)電機組作為風(fēng)力發(fā)電場系統(tǒng)的一部分，可被看作諧波源，或者使用有源和無源濾波的諧波抑制器。因此，諧波模型宜具備如下特性，例如，可通過設(shè)置有源濾波器的軟件參數(shù)調(diào)整諧波源和等效阻抗；對于風(fēng)力發(fā)電機組的無源諧波濾波器，則應(yīng)能調(diào)整等效阻抗。諧波模型宜反映風(fēng)力發(fā)電機組不受電網(wǎng)擾動影響的諧波特性?；贗EC61400-21-1采集及處理得到的測量數(shù)據(jù)，可用于風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型的開發(fā)和/或驗證（請參見IEC61400-21-1）[9]。在諧波模型的開發(fā)中也可要求采用諧波電壓和電流的幅值和1515相位信息。因此，IEC61400-21-1描述的標(biāo)準(zhǔn)程序（即附錄D中規(guī)定的諧波電壓和相位測量）也應(yīng)進(jìn)行擴展。該模型排除風(fēng)力發(fā)電機組所連接電網(wǎng)畸變的影響，在理論上描述風(fēng)力發(fā)電機組的諧波特性。風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型應(yīng)能反映風(fēng)力發(fā)電機組諧波特性。和其他模型相同，諧波模型也是一種對真實系統(tǒng)的仿真。因此，在模型開發(fā)過程中任何可能造成不確定性的因素，如元件公差、非線性、聚合或平均等，都宜考慮在內(nèi)。不確定性信息對于諧波模型在多機系統(tǒng)諧波分析/研究中的應(yīng)用是非常關(guān)鍵的。主導(dǎo)相位角比值（PAR）有助于評估不確定性。若PAR接近于1，則表明所分析區(qū)間內(nèi)的諧波相位沒有顯著變化?？紤]到風(fēng)力發(fā)電機組之間的諧波相位特性會因系統(tǒng)拓?fù)?、風(fēng)力發(fā)電機組功率輸出等差異而變化。因此，PAR不能用于定義連接點處風(fēng)力發(fā)電機組之間的諧波相位角偏移（諧波抵消）。若PAR值遠(yuǎn)小于1，則表明諧波相位變化可能是由不確定性、分析系統(tǒng)的顯著變化或者缺乏相對于基頻的諧波鎖相分析引起的。若PAR和諧波幅度都較低，則估計的諧波分量可能會受到測量或數(shù)據(jù)處理中的不確定性的顯著影響。PAR是補充指標(biāo)之一，無法對系統(tǒng)不確定性提供決定性指南和建議。戴維南/諾頓等效電路根據(jù)戴維南（或諾頓）定理，任何含有電壓源和電流源且僅有阻抗的線性電網(wǎng)都可以在端口處用由等效電壓源VTh和等效阻抗ZTh串聯(lián)的電路（或是等效電流源INo和等效阻抗ZNo并聯(lián)的電路，且ZTh=ZNo）代替。戴維南與諾頓定理互為對偶關(guān)系，廣泛應(yīng)用于簡化電路分析及電路初始狀態(tài)與穩(wěn)態(tài)響應(yīng)研究中。等效諧波電壓/電流源概述（DFT）61400-21-2（即IEC61000-4-7將頻譜IECTR61000-3-695%可以將相位確定為主導(dǎo)角，并且通過主導(dǎo)相位角比值估算主導(dǎo)相位角若PAR接近于，則表明所分析區(qū)間內(nèi)的諧波相位沒有顯著變化。若PAR值遠(yuǎn)小于，則表明諧波相位變化可能是由不確定性、分析系統(tǒng)的顯著變化或者缺乏相對于基頻的諧波鎖相分析引起任何有關(guān)電能質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)中都沒有規(guī)定諧波相位聚合方法。因此，有時也可見到其他聚合方法，例如，可將幅值和相位看作復(fù)數(shù)從而將諧波幅值和相位一起聚合，復(fù)數(shù)單位相量的諧波相位直接由離1616（1諧波電壓源的示例表示/模板諧波次數(shù)頻率諧波電壓[-](Hz)幅值(RMS)()相位()210031504200……2諧波電流源的示例表示/模板諧波次數(shù)頻率諧波電流[-](Hz)幅值(RMS)(A)相位()210031504200……12所示12中規(guī)定的諧波分量，可用第3條定義的正序或負(fù)序的表示法代替相位表示法。正序諧波模型適用于簡化研究。對于需要詳細(xì)研究的系統(tǒng)，則應(yīng)采用擴展形式的風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型，通過表格給出對應(yīng)不同風(fēng)力發(fā)電機組諧波特性的特定運行模式。此外，通用諧波源表或通用電流源表包括不同工作點但不包括相位列。通用源表(以及等效諧波阻抗表)用于簡化和保守的研究。若簡單模型給出的結(jié)果過于保守，宜建立更加復(fù)雜的模型，來更精確地估計諧波畸變水平，以避免系統(tǒng)的過度設(shè)計。諧波等效阻抗（（LSC）1717（7135）表3諧波等效阻抗的示例表示/模板諧波階次頻率諧波阻抗[-](Hz)電阻,R(Ω)電抗,X(Ω)210031504200……受風(fēng)力發(fā)電機組控制策略的影響，部分諧波等效阻抗也會隨著運行模式的變化而變化。通常，風(fēng)力發(fā)電機組的網(wǎng)側(cè)變流器阻抗是系統(tǒng)的小信號表現(xiàn)形式，因此，需要由制造商定義其所對應(yīng)的運行模式。風(fēng)力發(fā)電機組類型概述介紹了通用的諧波模型如何反映不同類型風(fēng)力發(fā)電機組的特性，并基于所提供的參考文獻(xiàn)描述了諧波模型的示例性應(yīng)用。本部分詳細(xì)介紹了風(fēng)力發(fā)電機組中的諧波以及諧波建模過程。12第1類風(fēng)力發(fā)電機組采用異步發(fā)電機直接接入電網(wǎng)，即不使用變流器。大多數(shù)第1類風(fēng)力發(fā)電機212[6]。據(jù)文獻(xiàn)[4]所述，未曾以諧波的角度對第1類和第2類風(fēng)力發(fā)電機組進(jìn)行評估，所以無需為第1類2/12第3373(GSC)LSC(DCL)(C)3GSC(CH)31818圖7第3類風(fēng)力發(fā)電機組主要機械和電氣部件裝有的風(fēng)力發(fā)電機組是一個變速系統(tǒng)，其變流器分別與轉(zhuǎn)子和電網(wǎng)側(cè)相連。風(fēng)力發(fā)電機組/即諧波。電壓源變流器（VSC）中存在的電力電子并網(wǎng)接口可能會導(dǎo)致諧波和間諧波的產(chǎn)生[12]。根據(jù)文獻(xiàn)[13]，DFAG中的諧波主要通過以下方式產(chǎn)生：（SC（4。SC中使用的電壓源變流器（VSC）可能具有非常小的諧波阻抗，由于其[14]。此外，考慮到雙饋異步發(fā)電機中高頻諧波濾（）8電機[13]34（LSC）諧波模型 風(fēng)力發(fā)電機組電路變壓器電路轉(zhuǎn)子諧波電流源諧波 輔助線濾波器（組） 負(fù)載圖8雙饋異步發(fā)電機（DFAG）諧波模型結(jié)構(gòu)示例1919第4第4類風(fēng)力發(fā)電機組通過全功率變流器并入電網(wǎng)。圖9為第4類風(fēng)力發(fā)電機組主要的電氣和機械4（GA4[8]。圖9第4類風(fēng)力發(fā)電機組主要電氣和機械部件根據(jù)文獻(xiàn)[9]，第4類風(fēng)力發(fā)電機組中的電壓源變流器(VSC)有可能出現(xiàn)以下不同的諧波源：—與變流器控制相關(guān)的諧波，可由電流和電壓反饋以及電流控制器（即內(nèi)環(huán)控制）和電壓控制器（即外環(huán)控制）的開環(huán)傳遞函數(shù)確定。PWM/4（LSC）控制策略和濾波[15]。參考文獻(xiàn)[16]PWM（）基于文獻(xiàn)[9]的變流器諧波模型的示例結(jié)構(gòu)：—變流器產(chǎn)生的諧波以多個戴維南等效電路表示，每個等效電路表示特定諧波（如果適用，也可為間諧波）頻率下的諧波輸出及其控制器與背景諧波的相互作用?！Ｐ椭械牡刃ё杩梗╖c）同時表示變流器電抗器以及表示變流器與背景諧波干擾相互作用的變流器控制頻率響應(yīng)。2020—PWM（圖10表示戴維南等效電路。諧波模型 風(fēng)力發(fā)電機組電路變壓器IcZcVhDyn等效電路諧波濾波器 輔助（組） 線性負(fù)載圖10以戴維南等效電路和風(fēng)力發(fā)電機組功率電路表示的變流器諧波模型示例（來自文獻(xiàn)[9]）風(fēng)力發(fā)電機組的諧波電流受到與頻率相關(guān)的電網(wǎng)阻抗和諧波背景畸變水平的顯著影響。諧波建?？梢詫碾娋W(wǎng)和風(fēng)力發(fā)電機組測量結(jié)果中的諧波分量解耦。因此，所建立的模型可以很好地衡量風(fēng)力發(fā)電機組的諧波性能。圖11（a）表示在風(fēng)力發(fā)電機組變壓器低壓側(cè)測得的諧波電壓。這些測量結(jié)果受到風(fēng)力發(fā)電機組自身以及所并入電網(wǎng)的影響。從圖11（b）中可以看到，在排除諧波背景畸變影響的情況下，相同風(fēng)力發(fā)電機組端口處的電壓如何由開路戴維南等效模型表示。在圖11中，諧波以箱形圖表示，涵蓋所有可能的有功功率段。對于每個“箱子”，中心標(biāo)記是中位數(shù)Q2，箱子的邊緣是第25百分位數(shù)和第75百分位數(shù)（下四分位數(shù)Q1和上四分位數(shù)Q3），虛線延伸到最極端的數(shù)據(jù)點，其中不考慮異常值，且不繪制異常值。（a）風(fēng)力發(fā)電機組變壓器低壓側(cè)諧波電壓（b）戴維南等效模型的諧波電壓圖11各功率區(qū)間的諧波電壓比較2121總則風(fēng)力發(fā)電機組模型應(yīng)采用諧波測量結(jié)果或者已驗證過的基準(zhǔn)系統(tǒng)仿真結(jié)果來驗證。宜統(tǒng)一所有類型風(fēng)力發(fā)電機組諧波模型的驗證過程，并與風(fēng)力發(fā)電機組技術(shù)無關(guān)。目前，驗證程序指南為諧波模型開發(fā)人員執(zhí)行驗證程序提供了一定的靈活性。但宜在諧波模型文檔中對模型驗證過程進(jìn)行詳細(xì)描述。概述驗證是用于檢查模型是否滿足需求及實現(xiàn)預(yù)期目的的過程，是諧波模型開發(fā)和進(jìn)一步應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并用于衡量模型的準(zhǔn)確程度和可信賴程度。在驗證過程中，測得的模型與實際之間可能存在的差異構(gòu)成了估計不確定度和風(fēng)險評估的基礎(chǔ)。每臺現(xiàn)代風(fēng)力發(fā)電機組都具備獨有技術(shù)解決方案，并受專利保護(hù)。因此，應(yīng)由風(fēng)力發(fā)電機組制造商決定諧波模型的架構(gòu)和開發(fā)過程。然而，諧波模型驗證過程的結(jié)果仍有助于行業(yè)和學(xué)術(shù)界在風(fēng)力發(fā)電機組諧波性能上達(dá)成共識。不確定度評估在模型驗證過程中非常關(guān)鍵。不確定度評估（特別是在諧波模型開發(fā)或驗證測量中）宜采用諧波相位評估的方法。在測量時，直接由離散傅里葉變換得到的諧波相位分布可初步表明測量系統(tǒng)的精度。對于較小的諧波幅值（如接近預(yù)期的測量系統(tǒng)精度）預(yù)期概率密度函數(shù)將趨向統(tǒng)一[17]。這點可以通過研究直方圖或者平均值、最小值、最大值、中位數(shù)、偏度、峰度等統(tǒng)計數(shù)據(jù)來評估。此外，這些統(tǒng)計數(shù)據(jù)可反映有關(guān)時變諧波相位的有效信息。模型驗證模型驗證的三個等級可根據(jù)所推薦的范圍來確定。諧波模型不確定度的概述可用于對風(fēng)險的評估和偶發(fā)事件的評價。第一級：根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計的仿真/計算諧波模型的開發(fā)應(yīng)基于仿真/計算或基于考慮精確的產(chǎn)品規(guī)格，結(jié)合風(fēng)力發(fā)電機組實際設(shè)計的軟件在環(huán)（SIL）研究，例如基于風(fēng)力發(fā)電機組設(shè)計文件和詳細(xì)模型（如基于EMTP、來自于控制軟件的C代碼等）開發(fā)諧波模型。第二級：實驗室驗證在受控的實驗室環(huán)境中，基于控制硬件在環(huán)（CHIL）或功率硬件在環(huán)（PHIL）研究進(jìn)行諧波模型開發(fā)。該測試將納入實際的風(fēng)電機組部件，如控制系統(tǒng)或變流器系統(tǒng)。第三級：現(xiàn)場測量驗證/目前，對于諧波模型驗證并沒有明確定義的步驟，因此，對模型驗證過程宜詳細(xì)描述并納入諧波模型文檔中。在此文件的未來版本中，將針對標(biāo)準(zhǔn)化的模型驗證過程開展更多工作。無論接入電網(wǎng)