雙饋異步風電機組諧波產生原因分析

圖1 變流器輸出線電壓和線電流波形

　　變頻電源輸出的波形稱為PWM 波，線電壓和線電流波形見圖1。它可以分解出一系列的諧波，在典型的三相對稱系統中，一般只存在除了3 及其倍數次之外的奇次諧波，即諧波次數為k ＝ 6n±1。對其進行傅立葉分解，可以得到以下的電源電壓表達式：

（ 4）

　　式中：Uk 為k 次諧波電壓的有效值；
　　θk 為k 次諧波電壓的初相位；
　　ω1 為基波角頻率。
　　當k=6n+1 時， 所得的電壓為各次正序諧波分量；
　　當k=6n － 1 時，所得的電壓為各次負序諧波分量，其中，n=1,2,3…。
　　由此可知，當DFIG 的轉子采用電壓型PWM 變頻器勵磁后，變頻器輸出的電流不是標準的正弦波，該電流將通過電機氣隙磁場的作用在定子側產生有害的諧波電壓和電流。定子側和轉子側對電網產生的諧波是實際應用中非常受關注的一個問題。隨著雙饋感應發電機系統容量的不斷擴大，諧波對于雙饋感應發電機的運行會帶來較大的影響。在并網前，定子空載電壓波中含有大量的諧波，嚴重時會造成無法并網。并網后在強電網中電壓畸變率不大，諧波主要表現為定子電流中的諧波分量。但在弱電網或獨立電網中，定子電壓和電流都會變現出明顯的畸變。
　　諧波問題在定子側和轉子側都存在，但由于雙饋感應發電機定轉子功率分配的特點，定子側諧波對電網的影響大于轉子側。
　　2.2 減小變頻器勵磁轉子諧波電流的方法
　　為了減小電壓型PWM 變頻器勵磁的轉子諧波電流，從而削弱時間諧波對定子側的諧波電壓和電流的影響，可以從以下兩方面著手考慮：
　　（1）變流器本身加裝諧波抑制裝置[4]。
　　（2）適當增大轉子的電阻和漏抗、定子的電阻和漏抗以及定轉子互感參數。
　　3 DFIG的諧波檢測結果
　　以上從電機本體和電壓型PWM 變頻器勵磁兩方面對雙饋感應發電機諧波進行了分析，并且給出了減小諧波電壓和電流的方法。同時，我們在進行雙饋感應發電機的設計時，就著重從減小電機諧波電壓和電流的角度對電機的繞組設計和參數設計進行了優化。圖2 是一雙饋感應發電機的諧波檢測結果，該結果是在專用的兆瓦級雙饋感應發電機試驗臺進行測量的，檢測方法按照IEC 標準規定執行。

圖2 雙饋異步風電機組額定運行狀態的諧波

　　從試驗結果可以看出電機的諧波電流總畸變率為1.49%，遠遠低于雙饋異步發電機標準規定的諧波電流總畸變率小于5% 的要求。
　　4 結論
　　雙饋異步風電機組產生諧波在所難免，如何消除或抑制諧波發生或把其降低到最低限度，是問題的關鍵。通過理論研究和實踐，文中提出的各種方法不僅僅是拋磚引玉，實際上是行之有效的，具有一定的參考價值。隨著科技的發展和技術創新能力的提高，更多新的方法將不斷出現，風電的質量將會隨著科技的不斷進步得到全面提升。