一种风力发电机组电压闪变的测量方法技术

本发明专利技术涉及风力发电机组电能质量测量技术领域，公开了一种风力发电机组电压闪变的测量方法，包括以下步骤：S1、测量风力发电机组的输出端，得到电压和电流的时间序列；S2、在虚拟电网中模拟电压波动，S3、对虚拟电网的输出信号进行平方；S4、通过Nuttall窗函数对平方后的输出信号进行截断；S5、利用FFT进行滤波；S6、对只包含直流分量和低频闪变包络的信号通过经验模态分解筛分出频率最高的闪变包络信号；S7、对每个IMF波动信号进行HHT变换；S8、对多个闪变电压进行频谱分析，获得包含多个频率成分的短时闪变严重程度，这种测量方法，能够准确测量出含有多个频率成分的闪变电压的短时闪变严重程度。 1

A method for measuring voltage flicker of wind turbines

The invention relates to the field of power quality measurement in wind turbine, and discloses a method for measuring the voltage flicker of a wind turbine, including the following steps: S1, measuring the output end of the wind turbine, obtaining the time series of voltage and current; S2, the voltage fluctuation in the virtual grid, S3, and the virtual grid. The output signal is squared; S4, the output signal after the square is truncated through the Nuttall window function; S5, using the FFT to filter; S6, the signal containing only the DC component and the low frequency flicker envelope can be divided by the empirical mode screen to separate the flicker envelope signal with the highest frequency; S7, HHT changes for each IMF wave signal. S8, frequency spectrum analysis of multiple flicker voltages, the severity of short time flicker containing multiple frequency components, which can accurately measure the short time flicker severity of flicker containing multiple frequency components. One

【技术实现步骤摘要】
一种风力发电机组电压闪变的测量方法
本专利技术涉及风力发电机组电能质量测量
，特别涉及一种风力发电机组电压闪变的测量方法。
技术介绍
近年来，在化石能源日益消耗并造成环境严重恶化的今天，风能作为清洁能源已经得到广泛的应用，它越来越被人们重视，其中一种有效的利用发式就是风力发电，风力发电成为各国的研究重点。随着风力发电的快速发展，越来越多的大功率风机的并入电网，使得电网的电能质量严重降低。从而使风电的电能质量问题及其解决措施逐渐成为研究的热点。要对电网的电能质量进行改善，首先要对电能质量做出精确的检测和分析，测量电网的电能质量水平，并分析和判断造成各种电能质量问题的原因，为电能质量的改善提供依据。所以对电能质量的检测和分析尤其重要。近年来，在化石能源日益消耗并造成环境严重恶化的今天，风能作为清洁能源已经得到广泛的应用，它越来越被人们重视，其中一种有效的利用发式就是风力发电，风力发电成为各国的研究重点。IEC模拟闪变仪、数字闪变仪和整流检测法在低频和高频时的测量误差较大；瞬时无功功率法、Teager能量算子法、Hilbert算法、在低频时的测量误差较大；IEC模拟闪变仪、数字闪变仪、瞬时无功功率法、D-q变换法，无法对闪变包络进行时-频分析，不能求出闪变发生的时间和闪变电压的频率、幅度。为了解决以上问题，提出了基于FFT和HHT的窗校正的机组电压闪变测量算法，使用虚拟电网求出机组引起的电压波动，为了抑制频谱泄露，对平方器输出的信号加一个性能优良的窗函数，通过FFT滤除高于35Hz的频率分量，再使用经验模态分解求出闪变电压，接着使用Hilbert变换求出闪变电压的时间、幅值、频率等参数，最后使用频域法求出短时闪变严重程度。
技术实现思路
本专利技术提供一种风力发电机组电压闪变的测量方法，可以解决现有技术中的上述问题。本专利技术提供了一种风力发电机组电压闪变的测量方法，包括以下步骤：S1、测量风力发电机组的输出端，得到电压和电流的时间序列；S2、对电压和电流的时间序列，在没有其他波动源的虚拟电网中模拟电压波动，S3、通过平方器对虚拟电网的输出信号进行平方；S4、通过Nuttall窗函数对平方后的输出信号进行截断；S5、利用FFT对Nuttall窗函数截断后的信号中高于35Hz的频率分量进行滤波，获得只包含直流分量和低频闪变包络的信号；S6、对只包含直流分量和低频闪变包络的信号通过经验模态分解EMD减去过零点波动的方法筛分出频率最高的闪变包络信号，获得频率由高到底依次排列的多个IMF波动信号；S7、对每个IMF波动信号进行HHT变换，得到多个闪变电压；S8、对多个闪变电压进行频谱分析，获得包含多个频率成分的闪变电压的短时闪变严重程度。较佳地，所述步骤S2中的虚拟电网由理想电压源u0(t)、电流源、电感和电阻串联组成，风力发电机组用电流源表示，im(t)为线电流瞬时值，其中模拟电压的瞬时值ufic为：式(1)中Rfic为虚拟电网的电阻，Lfic为虚拟电网的电感；理想电压源u0(t)应满足理想电压的如下特性：理想电压不应有任何波动，且电压闪变为零；u0(t)应与测量电压的基波具有相同的电气角αm(t)；为满足以上条件u0(t)定义为：式(2)中，un为电网额定电压的有效值，测量电压的基波的电气角αm(t)为：式(3)中，f(t)为电网频率，随时间变化；t为开始记录的起始时间；α0为t＝0时的电气角；机组电压和电流时间序列通过虚拟电网，得到电压波动完全来自于风力发电机组的模拟电压的瞬时值ufic。较佳地，所述步骤S4中Nuttall窗函数的时域表达式为：式(4)中M为四项最小旁瓣Nuttall窗的项数，bm需满足式(5)使用四项最小旁瓣Nuttall窗对u2(t)进行截断，即时间域相乘，频率域卷积，得到z(t)z(t)＝ufic2WN(n)(6)对四项最小旁瓣Nuttall窗截断后的信号z(t)进行傅里叶变换，得到其频谱F(ω)式(7)中在频率域去掉F(ω)的大于35Hz高频分量，得到F1(ω)，对F1(ω)求傅里叶逆变换得到只包含直流和低频闪变包络的信号z1(t)式(8)中z1(t)仅包含直流分量和闪变包络。较佳地，所述步骤S6中所述经验模态分解EMD通过减去过零点波动的方法筛分出频率最高的成分，依照此方法，IMF根据频率从高到低依次排列，每个IMF代表了信号包含的一个波动，EMD过程如下：1)令只包含直流和低频闪变包络的信号z1(t)＝x(t)，找到信号x(t)的极值点，使用三次样条差值的方法得到信号的上包络v1(t)和下包络v(t)；2)均值包络m(t)可以按照式(9)得到：m(t)＝[v1(t)+v(t)]/2(9)3)由式(10)得到h1(t)：h1(t)＝x(t)-m(t)(10)4)如果由式(10)得到的h1(t)不满足分量终止条件，则将h1(t)迭代为新的x(t)，重复1)、2)和3)步，直到h1(t)满足分解终止条件时，迭代停止，此时得到的一个IMF记为c1(t)，均值包络m(t)和减去均值包络m(t)之后的信号h(t)继续按照式(11)迭代：5)由式(12)得到第一个IMF分量c1(t)式(12)r1(t)为残余信号；将x(t)中的最高频率分量，按照式(13)继续迭代得到几乎不含任何频率成分的rn(t)原始信号x(t)可由式(14)重构：式(13)中rn(t)为第n个残余量，cn(t)为第n个IMF分量。较佳地，所述步骤S7中对每个IMF做希尔伯特变换可得式(15)：式(15)中，P为柯西主分量，Cj(t)为IMF；相应的复数解析函数为式(16)：由式(16)可得：式(17)中，aj(t)为瞬时幅度；θj(t)为瞬时相位；ωj(t)为瞬时频率。较佳地，所述步骤S8中依据IEC61000-4-15标准，瞬时视感度S(t)表示为：即瞬时视感度S(t)等于闪变电压调制度mf的平方与视感度系数kf的平方进行加权运算，再乘上一个常系数h得到，当闪变电压的频率为8.8Hz，调制度为m＝0.0025时，瞬时视感度S(t)＝1，此时kf＝1可求得h＝1/0.00252；对S(t)进行10分钟统计分析，依据式(19)可得到短时闪变严重程度Pst式(19)中P0.1、P1、P3、P10、P50分别为10分钟内超0.1％、1％、3％、10％、50％时间的觉察单位值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术实现了单台风力发电机组引起电压闪变的准确测量,利用机组输出端测量得到的电压、电流时间序列在没有其他波动源的虚拟电网中模拟电压波动；通过Nuttall窗减少频谱泄露，利用FFT进行滤波，用HHT得到闪变包络，以提高其测量精度，不受系统频率变动、白噪声、谐波、间谐波的影响，还可以对闪变电压进行频谱分析。该方法的误差明显小于IEC推荐的闪变仪和整流检测法、瞬时无功功率法、Teager能量算子法、Hilbert变换法、D-q变换法这五种常见的闪变包络解调方法，几乎不受白噪声、谐波的影响，而且可以准确测量出含有多个频率成分的闪变电压的短时闪变严重程度，同时该方法也可以直接对闪变电压进行频谱分析，得到闪变的频率和闪变发生的起止时间。此外，还可以检测机组引起的谐波和电压暂升等电能质量问题。附图说明图1为本专利技术提供的一种风力发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、测量风力发电机组的输出端，得到电压和电流的时间序列；S2、对电压和电流的时间序列，在没有其他波动源的虚拟电网中模拟电压波动；S3、通过平方器对虚拟电网的输出信号进行平方；S4、通过Nuttall窗函数对平方后的输出信号进行截断；S5、利用FFT对Nuttall窗函数截断后的信号中高于35Hz的频率分量进行滤波，获得只包含直流分量和低频闪变包络的信号；S6、对只包含直流分量和低频闪变包络的信号通过经验模态分解EMD减去过零点波动的方法筛分出频率最高的闪变包络信号，获得频率由高到底依次排列的多个IMF波动信号；S7、对每个IMF波动信号进行HHT变换，得到多个闪变电压；S8、对多个闪变电压进行频谱分析，获得包含多个频率成分的闪变电压的短时闪变严重程度。2.如权利要求1所述的风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的虚拟电网由理想电压源u0(t)、电流源、电感和电阻串联组成，风力发电机组用电流源表示，im(t)为线电流瞬时值，其中模拟电压的瞬时值ufic为：式(1)中Rfic为虚拟电网的电阻，Lfic为虚拟电网的电感；理想电压源u0(t)应满足理想电压的如下特性：理想电压不应有任何波动，且电压闪变为零；u0(t)应与测量电压的基波具有相同的电气角αm(t)；为满足以上条件u0(t)定义为：式(2)中，un为电网额定电压的有效值，测量电压的基波的电气角αm(t)为：式(3)中，f(t)为电网频率，随时间变化；t为开始记录的起始时间；α0为t＝0时的电气角；机组电压和电流时间序列通过虚拟电网，得到电压波动完全来自于风力发电机组的模拟电压的瞬时值ufic。3.如权利要求1所述的风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，所述步骤S4中Nuttall窗函数的时域表达式为：式(4)中M为四项最小旁瓣Nuttall窗的项数，bm需满足式(5)使用四项最小旁瓣Nuttall窗对u2(t)进行截断，即时间域相乘，频率域卷积，得到z(t)z(t)＝ufic2WN(n)(6)对四项最小旁瓣Nuttall窗截断后的信号z(t)进行傅里叶变换，得到其频谱F(ω)式(7)中在频率域去掉F(ω)的大于35Hz高频分量，得到F1(ω)，对F1(ω)求傅里叶逆变换得到只包含直流和低频闪变包络的信号z1(t)式(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟克其劳，王旭，张占强，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15