风电场谐波预测评估方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及风电场谐波预测评估领域，更具体地说，本发明涉及一种新型的风电 场谐波预测评估方法。
【背景技术】
[0002] 风能作为一种取之不尽的清洁无污染的可再生能源，使得我国的风机装机容量迅 速上升。与此同时风电场的装机容量也越来越大，对系统的影响也越来越明显，于是给电网 带来了严重的风电场电能质量问题。
[0003] 随着电力电子设备迅速兴起，大容量风电机组并入电网，因电力电子换流设备而 引起电力系统的谐波污染，会给电网的安全稳定运行带来一定的威胁，同时会带来经济损 失。如果风电场接入电网的设计不能使谐波电流得到有效的抑制，那么后期投入的设备改 造工程将会引来巨大的人力财力的损失。于是在风电场设计阶段就能够有效的预测风电场 的谐波污染，相应采取有效措施就会使得电网更加稳定。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，针对风电场各台风 电机组的各次谐波电流相位具有一定离散性而提出了一种基于蒙特卡洛法模拟风电场各 次谐波叠加效应的预测方法。
[0005] 为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种风电场谐波预测评估方法，包 括：
[0006] 第一步骤：对即将建立的风电场内单台风电机组建立数学模型，并利用数学模型 得到单台机组在相应地区历史风速下的输出各次谐波电流的总体分布状况，利用最小二乘 法拟合获得其相应的概率密度函数；同时对已有的风电场谐波电流相位的历史数据进行统 计，得到各次谐波相位的总体分布区间或者各次谐波相位的离散程度，由此建立相位的随 机性模型；而且，根据随机性模型模拟风电场内各机组的谐波电流幅值和相位状况；
[0007] 第二步骤：根据风电场拓扑结构图及输电线路和变压器谐波模型，计算各条输电 线路及其变压器所带来的谐波电流的幅值和相角变化值，得到各台机组所带来的各次谐波 电流汇入主变前的幅值和相角；
[0008] 第三步骤：汇入主变的各次谐波电流，由下式计算h次谐波电流，并评估基于扇区 分布下的谐波相角叠加；
[0010] 其中：N为风机台数；Xjh为第j台风机h次谐波矢量值的实部；Yjh为第j台风机h 次谐波矢量值的虚部；
[0011] 第四步骤：通过蒙特卡洛法多次模拟风电场运行状况，得到风电场谐波叠加效益 概率密度函数；并且利用风电场谐波叠加效益概率密度函数预测出主变侧谐波电流在极限 状况的概率以及风电场主变侧谐波电流幅值的均值状况。
[0012] 优选地，第三步骤中评估基于扇区分布下的谐波相角叠加包括：
[0013] 对测量到的风电场历史数据在给定的测量周期内进行FFT输出得到一个复数I= \+jYh，对复数进行计算得到相应的η次谐波相位；在计算相角时按下式来求得其加权相角 平均值9h:
[0015] 其中0h表示第h次谐波的加权相角平均值；
[0016] 对风电场内各台机组的测量数据计算在FFT下的各次谐波的瞬时分量，对所得数 据进行统计，并根据下式评估相应的相位角的一致性；
[0018] 根据下式计算α所表示的相角范围内的各个相角的总谐波的电流幅值：
[0020] α表示在0-360度之间每个特定的相角范围，t表示测量采样窗口，200ms为一个 米样窗口；η表不在整个测试周期内被米样的窗口。
[0021] 根据下式计算求得α所表示的相角范围的电流总和：
[0023] 其中，当扇区为2度时，对应的β为1到180的范围；
[0024] 由下式计算α所表示的相角范围的精确相角：
[0025]
[0026] 优选地，第四步骤中的蒙特卡洛法包括：获取单台机组各次谐波电流幅值和相角 的特性以及风电场相角分布的历史数据；根据风电场规模生成随机数；将随机数变成随机 现实；对经过的输电线路和变压器所引起的各次谐波的幅值和相角的变化进行计算；按统 计实验模型进行计算；对计算所得结果进行处理，并随后判断是否停止计算，如果停止计算 则输出结果，如果不停止计算则回到根据风电场规模生成随机数的步骤，从而重复后续步 骤。
【附图说明】
[0027] 结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解 并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
[0028] 图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的风电场谐波预测评估方法的总体 流程图。
[0029] 图2示意性地示出了 5次谐波的电流评估。
[0030]图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的蒙特卡洛法模拟算法的流程图。
[0031] 需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可 能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0032] 为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内 容进行详细描述。
[0033] 本发明提出基于蒙特卡洛法通过风电机组数学模型来模拟风电场各次谐波的电 流幅值的输出状况。
[0034] 图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的风电场谐波预测评估方法的总体 流程图。如图1所示，为了能够有效的评估预测到风电场内主变侧各次谐波电流幅值，本发 明的风电场谐波预测评估方法执行下述步骤：
[0035] 第一步骤S1 :首先对即将建立的风电场内单台风电机组建立数学模型，并利用数 学模型得到单台机组在该地区历史风速下的输出各次谐波电流的大致分布状况，利用最小 二乘法拟合获得其相应的概率密度函数。同时需要对已有的风电场谐波电流相位的历史数 据进行统计，得到各次谐波相位的大致分布区间或者各次谐波相位的离散程度，对此建立 相位的随机性模型；根据随机性模型模拟风电场内各机组的谐波电流幅值和相位状况。
[0036] 第二步骤S2 :然后，考虑风电机组运行过程中的箱变的输出电流波形的情况，那 么当风电场内每个箱变的出口处的谐波电流经过输电线路会带来的一定变化，根据风电场 拓扑结构图及输电线路和变压器谐波模型，计算各条输电线路及其变压器所带来的谐波电 流的幅值和相角变化值，得到各台机组所带来的各次谐波电流汇入主变前的幅值和相角。
[0037] 第三步骤S3:接着，汇入主变的各次（主要是5次、7次、11次、13次等）谐波电流 (可近似地认为是多台风电机组的该次电流的矢量和），h次谐波电流可以由下式（1-1)表 示，并评估基于扇区分布下的谐波相角叠加（提出了基于扇区分布下的谐波相角叠加的相 位评估方法，下文将详细描述）。
[0039] 其中：N为风机台数；Xjh为第j台风机h次谐波矢量值的实部；Yjh为第j台风机h 次谐波矢量值的虚部。
[0040] 第四步骤S4:最后，通过蒙特卡洛法多次模拟风电场运行状况，得到风电场谐波 叠加效益概率密度函数，这样就能够预测出主变侧谐波电流在极限状况的概率，以及风电 场主变侧谐波电流幅值的均值状况，这些都可以对风电场安装滤波设备提供实际参考。
[0041] 本发明针对风电场电能质量这一关注热点的实际问题，提出了一种可预测，可管 理风电场电能质量的统计方法。该方法可为风电场并网点谐波电流的抑制提供了有效的预 测。同时还能够通过更改输电线路的长度和变压器的参数来模拟的谐波电流的幅值，使得 风电场并网点谐波电流的幅值能得到最小值。
[0042] 〈风电场谐波叠加的相位评估〉
[0043] 下面详细描述根据本发明优选实施