一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法技术

本发明专利技术公开了一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，包括以下步骤：获取海上风电场系统中各部分的阻抗，并通过阻抗构建风力发电阻抗网络；设置母线位置关注点P，并以关注点P为基础，对风力发电阻抗网络进行简化；根据简化后的风力发电阻抗网络，获取关注点P对应的背景谐波放大系数

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法
本专利技术属于风电场领域，具体涉及一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法。
技术介绍
海上风力发电因其本身的强非线性、海底电缆的分布电容以及无功补偿装置的应用，其谐振问题突出，易与陆地电网背景谐波电压产生交互，影响系统安全稳定运行。目前，针对由电网中容性、感性元件的交互作用造成的谐振问题的分析方法，无法对背景谐波放大的严重程度进行评估，为电缆设计、无功补偿配置以及风电场规划提供指导，且这些分析方法较为复杂，不能直观便捷地对风电场的背景谐波谐振风险进行快速的评估。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法解决了现有技术中存在的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，包括以下步骤：S1、获取海上风电场系统中各部分的阻抗，并通过阻抗构建风力发电阻抗网络；S2、设置母线位置关注点P，并以关注点P为基础，对风力发电阻抗网络进行简化；S3、根据简化后的风力发电阻抗网络，获取关注点P对应的背景谐波放大系数S4、根据背景谐波放大系数获取限值方程，并对限值方程求解，得到若干解；S5、使用步骤S4中得到的解构建谐波放大风险评估图，并通过谐波放大风险评估图进行低次背景谐波放大风险评估，得到风电场系统的低次背景谐波放大风险评估结果。进一步地，所述步骤S1中海上风电场系统中各部分的阻抗包括风电场直驱永磁风机阻抗、h次谐波输电线路阻抗、h次谐波输电线路对地导纳、变压器h次谐波阻抗和无功补偿装置的h次谐波阻抗。进一步地，所述风电场直驱永磁风机阻抗ZPMSG的获取方法为阻抗辨识法或建模方法，所述阻抗辨识法具体为：在并网点注入扰动，并通过测量系统对应响应的阻抗辨识方法，得到风电场直驱永磁风机阻抗ZPMSG；所述建模方法具体为：根据风电场参数，并采用基于谐波线性化的建模方法进行建模，得到风电场直驱永磁风机阻抗ZPMSG；所述输电线路阻抗通过分布参数获取，所述h次谐波输电线路的阻抗Zh和对地谐波导纳Yh为：Zh＝Zcsin(γl)Yh＝tanh(γl)/Zc其中，Zc表示输电线路的特性阻抗，γ表示输电线路的传播系数，l表示输电线路长度；所述特性阻抗Zc和传播系数γ具体为：其中，Zh0表示输电线路单位长度的h次谐波阻抗，Yh0表示输电线路单位长度的h次对地谐波导纳；所述单位长度谐波阻抗Zh0和单位长度对地谐波导纳Yh0具体为：其中，j表示虚数单位，h表示谐波次数，R0、X0和B0分别表示基波下单位长度电缆的电阻、电抗和电纳；所述变压器h次谐波阻抗ZT具体为：其中，RT表示折算至电网侧基波电阻，ω表示基波角速度，LT表示折算值电网侧的基波电抗；所述无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ具体为其中，QL表示无功补偿装置中并联电抗器发出的感性无功，UL表示并联电抗器处的额定电压，L表示并联电抗器的无功补偿。进一步地，所述步骤S1中风力发电阻抗网络包括电网背景谐波源，所述电网背景谐波源Vgh通过海底输电线路阻抗Zline2分别与变压器阻抗ZT2的一端、无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ的一端以及输电线路对地导纳Yline2连接，所述无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ的另一端和输电线路对地导纳Yline2的另一端接地，所述变压器阻抗ZT2的另一端通过汇流母线连接若干风机链路，第k条所述风机链路包括直驱永磁风机阻抗ZPMSGk，所述直驱永磁风机阻抗ZPMSGk一端接地，其另一端通过风机变压器h次谐波阻抗ZT1k与风机输电线路阻抗Zline1k的一端连接，所述风机输电线路阻抗Zline1k的另一端与阻抗ZT2的另一端连接；k＝1,2,...,n，n表示风机链路的总数。进一步地，所述步骤S2包括以下分步骤：S21、在无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ一端的连接点与海底输电线路阻抗Zline2之间设置母线位置关注点P；S22、以母线位置关注点P为基础，将除海底输电线路阻抗Zline2之外的所有阻抗进行聚合，得到聚合阻抗Zs；S23、将海底输电线路阻抗Zline2、电网背景谐波源Vgh、聚合阻抗Zs和母线位置关注点P依次连接，得到简化后的风力发电阻抗网络。进一步地，所述聚合阻抗Zs为：其中，||表示求取并联阻抗的符号，ZPMSGk表示直驱永磁风机阻抗，ZT1k表示风力发电系统中第一变压器阻抗，ZT2表示风力发电系统中第二变压器阻抗，Zline1k表示第k条所述风机链路直驱永磁风机至集电线路的输电线路阻抗，Zline2表示海底输电线路阻抗，Yline2为连接陆上电网的输电线路对地导纳，ZQ表示无功补偿装置的h次谐波阻抗，k＝1,2,...,n，n表示风机链路的总数。进一步地，所述步骤S3中背景谐波放大系数为：进一步地，所述步骤S4包括以下分步骤：S41、定义电缆前端感性无功补偿系数KL为：其中，QC表示输电线路一侧对地电容发出的容性无功，XC表示电缆等值模型一侧电容的基频电抗，XL表示表示电缆等值模型并联电感的基频电抗；S42、将无功偿装置的h次谐波阻抗ZQ表示为关于电缆前端感性无功补偿系数KL的函数，所述无功偿装置的h次谐波阻抗ZQ具体为：其中，UL表示并联电抗器处的额定电压，QC表示输电线路一侧对地电容发出的容性无功；S43、根据输电线路阻抗求取公式，获取海底输电线路的线路阻抗Zline2和对地导纳为：Zline2＝Zc_line2sin(γc_line2lc_line2)Yline2＝tanh(γc_line2lc_line2)/Zc_line2其中，Zc_line2表示海底输电线路的特性阻抗，γc_line2表示海底输电线路的传播系数，lc_line2表示海底输电线路的长度；S44、根据聚合阻抗Zs和海底输电线路的线路阻抗Zline2的具体公式，将背景谐波放大系数表示为关于海底输电线路的长度lc_line2和电缆前端感性无功补偿系数KL的函数所述函数具体为：S45、获取背景谐波含量ζVh和母线位置关注点P处的规定谐波含量限值ζlim，并通过背景谐波含量ζVh和谐波含量限值ζlim获取母线谐波放大限值为：S46、根据母线谐波放大限值和函数获取限值方程为并对限值方程求解，得到若干关于线缆长度l和电缆前端感性无功补偿系数KL的解。进一步地，所述步骤S5中使用步骤S4中得到的解构建谐波放大风险评估图的具体方法为：A1、将l和KL分别作为横纵坐标，构建坐标平面α；A2、将步骤S45中得到的解依次放入坐标平面α中，得到坐标点P1(l1,K1)、P2(l2,K3),...,Px(lx,Kx),...,Pm(lm,Km)，其中，(lx,Kx)表示第x本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、获取海上风电场系统中各部分的阻抗，并通过阻抗构建风力发电阻抗网络；/nS2、设置母线位置关注点P，并以关注点P为基础，对风力发电阻抗网络进行简化；/nS3、根据简化后的风力发电阻抗网络，获取关注点P对应的背景谐波放大系数

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取海上风电场系统中各部分的阻抗，并通过阻抗构建风力发电阻抗网络；
S2、设置母线位置关注点P，并以关注点P为基础，对风力发电阻抗网络进行简化；
S3、根据简化后的风力发电阻抗网络，获取关注点P对应的背景谐波放大系数
S4、根据背景谐波放大系数获取限值方程，并对限值方程求解，得到若干解；
S5、使用步骤S4中得到的解构建谐波放大风险评估图，并通过谐波放大风险评估图进行低次背景谐波放大风险评估，得到风电场系统的低次背景谐波放大风险评估结果。


2.根据权利要求1所述的海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，其特征在于，所述步骤S1中海上风电场系统中各部分的阻抗包括风电场直驱永磁风机阻抗、h次谐波输电线路阻抗、h次谐波输电线路对地导纳、变压器h次谐波阻抗和无功补偿装置的h次谐波阻抗。


3.根据权利要求2所述的海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，其特征在于，所述风电场直驱永磁风机阻抗ZPMSG的获取方法为阻抗辨识法或建模方法，所述阻抗辨识法具体为：在并网点注入扰动，并通过测量系统对应响应的阻抗辨识方法，得到风电场直驱永磁风机阻抗ZPMSG；所述建模方法具体为：根据风电场参数，并采用基于谐波线性化的建模方法进行建模，得到风电场直驱永磁风机阻抗ZPMSG；
所述输电线路阻抗通过分布参数获取，所述h次谐波输电线路的阻抗Zh和对地谐波导纳Yh为：
Zh＝Zcsin(γl)
Yh＝tanh(γl)/Zc
其中，Zc表示输电线路的特性阻抗，γ表示输电线路的传播系数，l表示输电线路长度；
所述特性阻抗Zc和传播系数γ具体为：



其中，Zh0表示输电线路单位长度的h次谐波阻抗，Yh0表示输电线路单位长度的h次对地谐波导纳；
所述单位长度谐波阻抗Zh0和单位长度对地谐波导纳Yh0具体为：



其中，j表示虚数单位，h表示谐波次数，R0、X0和B0分别表示基波下单位长度电缆的电阻、电抗和电纳；
所述变压器h次谐波阻抗ZT具体为：



其中，RT表示折算至电网侧基波电阻，ω表示基波角速度，LT表示折算值电网侧的基波电抗；
所述无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ具体为



其中，QL表示无功补偿装置中并联电抗器发出的感性无功，UL表示并联电抗器处的额定电压，L表示并联电抗器的无功补偿。


4.根据权利要求3所述的海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，其特征在于，所述步骤S1中风力发电阻抗网络包括电网背景谐波源，所述电网背景谐波源Vgh通过海底输电线路阻抗Zline2分别与变压器阻抗ZT2的一端、无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ的一端以及输电线路对地导纳Yline2连接，所述无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ的另一端和输电线路对地导纳Yline2的另一端接地，所述变压器阻抗ZT2的另一端通过汇流母线连接若干风机链路，第k条所述风机链路包括直驱永磁风机阻抗ZPMSGk，所述直驱永磁风机阻抗ZPMSGk一端接地，其另一端通过风机变压器h次谐波阻抗ZT1k与风机输电线路阻抗Zline1k的一端连接，所述风机输电线路阻抗Zline1k的另一端与阻抗ZT2的另一端连接；k＝1,2,...,n，n表示风机链路的总数。


5.根据权利要求4所述的海上风电场低次背景谐波放大风险评估方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下分步骤：
S21、在无功补偿装置的h次谐波阻抗ZQ一端的连接点与海底输电线路阻抗Zline2之间设置母线位置关注点P；
S22、以母线位置关注点P为基础，将除海底输电线路阻抗Zline2之外的所有阻抗进行聚合，得到聚合阻抗Zs；
S23、将海底输电线路阻抗Zline2、电网背景谐波源Vgh、聚合阻抗Zs和母线位置关注点...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杨，吴星翰，李卓城，汪颖，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川;51