避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置制造方法
【專利摘要】一種避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置，包括電容器組、晶閘管及觸發(fā)電路、電氣量檢測模塊、信號處理模塊、阻抗計(jì)算模塊、阻抗分析模塊和電容器組投切邏輯模塊，電容器組分為m組電容器，其容量值為等比數(shù)列遞增，分別為Cf1、2Cf1、…、2m-1Cf1容量值形成2m-1種容量組合；每個(gè)電容器分別通過晶閘管與風(fēng)電場的公共連接點(diǎn)連接，每個(gè)晶閘管均與觸發(fā)電路連接；所述電氣量檢測模塊與所述信號處理模塊連接，所述信號處理模塊與所述阻抗計(jì)算模塊連接，所述阻抗計(jì)算模塊與所述阻抗分析模塊連接，所述阻抗分析模塊與所述電容器組投切邏輯模塊連接，所述電容器組投切邏輯模塊與所述觸發(fā)電路連接。本實(shí)用新型能有效避免出現(xiàn)高次諧波諧振、消除安全隱患。
【專利說明】避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及風(fēng)電場【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝 置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電場容量越來越大，對系統(tǒng)的影響也越來越明顯，所產(chǎn)生的諧波問題是電 力系統(tǒng)較為關(guān)注的電能質(zhì)量問題。在電力電子裝置普及以前，變壓器是主要的諧波源。隨 著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由于采用了大量的電力電子元件，會(huì)產(chǎn)生一定 的諧波。風(fēng)電場設(shè)計(jì)過程中的諧波污染問題已經(jīng)成為一個(gè)重要課題，必須控制風(fēng)電場接入 電網(wǎng)的諧波污染要求范圍內(nèi)，避免對電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成潛在威脅。
[0003] 現(xiàn)有風(fēng)電場設(shè)計(jì)時(shí)，只考慮避免風(fēng)電場低次諧波諧振，而對于高次諧波沒有充分 考慮或者難以考慮。風(fēng)電場系統(tǒng)發(fā)生諧振時(shí)諧波電流和電壓放大引起的過電壓往往超過了 設(shè)備的安全范圍，對風(fēng)場設(shè)備穩(wěn)定和安全運(yùn)行造成巨大影響。近幾年，多處風(fēng)電場發(fā)生高次 諧波諧振，帶來了嚴(yán)重電網(wǎng)危害以及經(jīng)濟(jì)損失，引起風(fēng)電場業(yè)主、電網(wǎng)公司及風(fēng)電機(jī)組整 機(jī)廠家共同關(guān)注，成為一個(gè)亟待解決的難題。
[0004] 從諧振發(fā)生的機(jī)理分析，諧振分為并聯(lián)諧振和串聯(lián)諧振。在風(fēng)電系統(tǒng)中，感性元件 和容性元件同時(shí)存在，當(dāng)電路滿足一定條件時(shí)，就會(huì)發(fā)生并聯(lián)諧振或串聯(lián)諧振。當(dāng)并聯(lián)諧振 發(fā)生時(shí)，電路的總電流最小，而支路電流往往大于電路中的總電流，表現(xiàn)為電流諧振，最大 諧振電壓出現(xiàn)在參與并聯(lián)諧振的變壓器中壓側(cè)。當(dāng)串聯(lián)諧振發(fā)生時(shí)，在電感和電容上可能 產(chǎn)生比電源電壓大很多倍的高電壓，即表現(xiàn)為電壓諧振，最大諧振電流出現(xiàn)在風(fēng)電場并網(wǎng) 點(diǎn)處。諧振響應(yīng)特性受系統(tǒng)諧波響應(yīng)特性與諧波源的共同影響，諧振率取決于風(fēng)電場的拓 撲結(jié)構(gòu)、連接的發(fā)電設(shè)備以及無功補(bǔ)償裝置。風(fēng)電場通常發(fā)生并聯(lián)諧振，諧波電流源來自 于風(fēng)電機(jī)組，諧振的發(fā)生存在于箱式變壓器、線路以及無功補(bǔ)償裝置的高次諧波阻抗回路 中。
[0005] 風(fēng)電場中含有感性和容性元件，必然會(huì)形成并聯(lián)或串聯(lián)諧振點(diǎn)。風(fēng)電場中的感性 元件主要體現(xiàn)在風(fēng)電場主變、中壓的架空線和電纜、箱變和風(fēng)電機(jī)組；容性元件主要體現(xiàn)在 中壓長距離線路或電纜的對地電容、風(fēng)電場PCC點(diǎn)的無功補(bǔ)償?shù)?。風(fēng)電場諧振事故分析發(fā) 現(xiàn)諧振次數(shù)均為罕見的高次諧波，且不同的風(fēng)場諧振的諧振頻次不盡相同。由于風(fēng)電場系 統(tǒng)諧振頻率隨著線纜距離、并網(wǎng)風(fēng)機(jī)臺數(shù)、風(fēng)電場無功補(bǔ)償設(shè)備容量等變化而不同，因而機(jī) 組作為諧振源注入風(fēng)電場電力收集系統(tǒng)的某次諧波電流與電力集電系統(tǒng)的各元件參數(shù)發(fā) 生配合，進(jìn)而引起風(fēng)電場系統(tǒng)諧振的發(fā)生。風(fēng)電場通常發(fā)生并聯(lián)諧振，諧波電流源來自于 風(fēng)電機(jī)組，諧振的發(fā)生存在于箱式變壓器、線路以及無功補(bǔ)償裝置的高次諧波阻抗回路中。 并聯(lián)諧振的最大諧振電壓出現(xiàn)在參與并聯(lián)諧振的變壓器中壓側(cè)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了克服已有風(fēng)電場中無法避免出現(xiàn)高次諧波諧振問題、存在安全隱患的不足， 本實(shí)用新型提供了一種有效避免出現(xiàn)高次諧波諧振、消除安全隱患的避免風(fēng)電場發(fā)生高次 諧波諧振的裝置。
[0007] 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置，包括電容器組、晶閘管及觸發(fā)電路、電 氣量檢測模塊、信號處理模塊、阻抗計(jì)算模塊、阻抗分析模塊和電容器組投切邏輯模塊，電 容器組分為m組電容器，其容量值為等比數(shù)列遞增，分別為Cfl、2Cfl、…、ZMCfi容量值形成 2m_l種容量組合；每個(gè)電容器分別通過晶閘管與風(fēng)電場的公共連接點(diǎn)連接，每個(gè)晶閘管均 與觸發(fā)電路連接；所述電氣量檢測模塊與所述信號處理模塊連接，所述信號處理模塊與所 述阻抗計(jì)算模塊連接，所述阻抗計(jì)算模塊與所述阻抗分析模塊連接，所述阻抗分析模塊與 所述電容器組投切邏輯模塊連接，所述電容器組投切邏輯模塊與所述觸發(fā)電路連接。
[0009] 進(jìn)一步，所述電容器組分為5組電容器。作為一種常用的選擇方式，可以形成31 中選擇容量；當(dāng)然，也可以選擇其他的組數(shù)。
[0010] 更進(jìn)一步，每個(gè)電容器均與電阻串聯(lián)。可以有效防止電容與電網(wǎng)發(fā)生諧振，保證系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0011] 所述晶閘管由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管單體組成。
[0012] 本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為：風(fēng)電場電力收集系統(tǒng)的諧振產(chǎn)生的諧波電壓放大主要 是由于諧波電流在諧振點(diǎn)附近經(jīng)過較高的諧波阻抗放大引起的，因此抑制諧波諧振的發(fā)生 可以從諧波電流或諧振阻抗兩個(gè)方面出發(fā)考慮。本實(shí)用新型裝置的使用可以改變風(fēng)電場電 力集電系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或參數(shù)，使得諧振點(diǎn)移動(dòng)，從而避開與諧波電流配合，抑制了高次諧 波諧振發(fā)生。
[0013] 本實(shí)用新型的有益效果主要表現(xiàn)在：1.高次諧波阻抗計(jì)算精確度高，受基波影響 ?。?.阻抗邏輯判斷確定投切方式和容量，有效偏離各次諧波諧振點(diǎn)；3.晶閘管投切方式 諧波引入含量少；4.晶閘管投切方式響應(yīng)速度快，諧波抑制效果良好。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是風(fēng)電場諧振示意圖。
[0015] 圖2是實(shí)用新型基本工作原理圖。
[0016] 圖3是電容器組投切邏輯流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0017] 下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0018] 參照圖1?圖3,一種避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置，包括電包括電容器 組、晶閘管及觸發(fā)電路、電氣量檢測模塊、信號處理模塊、阻抗計(jì)算模塊、阻抗分析模塊和 電容器組投切邏輯模塊，電容器組分為m組電容器，其容量值為等比數(shù)列遞增，分別為Cfl、 2Cfl、…、容量值形成2m-l種容量組合；每個(gè)電容器分別通過晶閘管與風(fēng)電場的公共 連接點(diǎn)連接，每個(gè)晶閘管均與觸發(fā)電路連接；所述電氣量檢測模塊與所述信號處理模塊連 接，所述信號處理模塊與所述阻抗計(jì)算模塊連接，所述阻抗計(jì)算模塊與所述阻抗分析模塊 連接，所述阻抗分析模塊與所述電容器組投切邏輯模塊連接，所述電容器組投切邏輯模塊 與所述觸發(fā)電路連接。
[0019] 進(jìn)一步，所述電容器組分為5組電容器。作為一種常用的選擇方式，可以形成31 中選擇容量；當(dāng)然，也可以選擇其他的組數(shù)。
[0020] 更進(jìn)一步，每個(gè)電容器均與電阻串聯(lián)。可以有效防止電容與電網(wǎng)發(fā)生諧振，保證系 統(tǒng)的穩(wěn)定性。
[0021] 所述晶閘管由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管單體組成。
[0022] 本實(shí)施例中，所述晶閘管及觸發(fā)電路實(shí)現(xiàn)電容器投入和切出風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)，所述 電氣量檢測模塊對電壓和電流進(jìn)行采樣以獲取風(fēng)電場實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，所述信號處理模對電 壓和電流采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行高通濾波HPF、離散傅里葉分解DFT號處理，所述阻抗計(jì)算模塊用于 計(jì)算風(fēng)電場并網(wǎng)點(diǎn)的50次以下各次諧波阻抗值；所述阻抗分析模塊用于分析和判斷風(fēng)電 場并網(wǎng)點(diǎn)諧振頻率；所述電容器組投切邏輯模塊根據(jù)諧振頻率分析合適的投切方式和電容 器容量，并選定電容器組合。
[0023] 本實(shí)施例中，電氣量檢測模塊、信號處理模塊、阻抗計(jì)算模塊、阻抗分析模塊和電 容器組投切邏輯模塊均采用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，例如集成電路。
[0024] 本實(shí)施例中，以m= 5為例，即所述電容器組分為5組，其容量值為等比數(shù)列遞增， 分別為Cfl、2Cfl、4Cfl、8Cfl、16Cfl容量值形成31種容量組合，
[0025] 本實(shí)施例的具體實(shí)施步驟如下：
[0026] 1)信號測量采集與處理分析。
[0027] 實(shí)用新型設(shè)備通過電氣量檢測模塊，實(shí)時(shí)監(jiān)測風(fēng)電場PCC點(diǎn)的電壓和電流信號， 電氣檢測模塊、信號處理模塊、阻抗計(jì)算模塊依次連接，順序完成電壓和電流信號的采集、 高通濾波、離散傅里葉分解分析處理。
[0028] 2)高次諧波阻抗計(jì)算分析。
[0029] 阻抗分析模塊順序連接于阻抗計(jì)算模塊之后，其以戴維南等效定理為理論依據(jù)， 分析計(jì)算風(fēng)電場系統(tǒng)的50次以下各次諧波阻抗值，對于無諧波電流的諧波阻抗可不予考 慮，阻抗計(jì)算公式如下：

【權(quán)利要求】
1. 一種避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置，其特征在于：包括電容器組、晶閘管及 觸發(fā)電路、電氣量檢測模塊、信號處理模塊、阻抗計(jì)算模塊、阻抗分析模塊和電容器組投切 邏輯模塊，電容器組分為m組電容器，其容量值為等比數(shù)列遞增，分別為Cfl、2Cfl.....2 m4Cfl 容量值形成2m-l種容量組合；每個(gè)電容器分別通過晶閘管與風(fēng)電場的公共連接點(diǎn)連接，每 個(gè)晶閘管均與觸發(fā)電路連接；所述電氣量檢測模塊與所述信號處理模塊連接，所述信號處 理模塊與所述阻抗計(jì)算模塊連接，所述阻抗計(jì)算模塊與所述阻抗分析模塊連接，所述阻抗 分析模塊與所述電容器組投切邏輯模塊連接，所述電容器組投切邏輯模塊與所述觸發(fā)電路 連接。
2. 如權(quán)利要求1所述的避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置，其特征在于：所述電容 器組分為5組電容器。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置，其特征在于：每個(gè) 電容器均與電阻串聯(lián)。
4. 如權(quán)利要求1或2所述的避免風(fēng)電場發(fā)生高次諧波諧振的裝置，其特征在于：所述 晶閘管由兩個(gè)反并聯(lián)的晶閘管單體組成。
【文檔編號】H02J3/01GK204131129SQ201420564006
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】楊帆, 楊靖, 許國東, 應(yīng)有 申請人:浙江運(yùn)達(dá)風(fēng)電股份有限公司