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摘 要：随着风电系统中电子电子装置的使用和电网中的低次谐波的影响，使得变流器中产生较重的谐波成分，为改善变流器系统输出电能质量，提出以有源滤波器和网侧变流器相互整合的方式。该控制策略通过在旋转坐标系下检测各次谐波成分，并通过有源滤波器对各指定次谐波进行控制，可有效降低各次谐波电流，利于提高系统的稳定性。并通过仿真验证其可行性。
关键词：风力发电；网侧变流器；谐波电流；有源滤波器
中图分类号：TN713.8 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0094-01
引 言
近年来，风电作为一种绿色能源，被广泛利用[1]。它所带来的电能质量问题也越来越受到关注[1～3]。目前，已有文献对风电系统并网谐波治理问题进行了研究。文献[4]针对风电谐波，采用不同方法的谐波检测方法、不同的滤波环节以及不同的谐波抑制环节深入研究。文献[5]针对风电谐波，提出了一种基于小波包分析和FFT综合谐波检测算法，实现了一种基于熵权模糊的多指标综合评估模型，并设计了电网电能质量实时监测系统、风电场谐波测试方案和扰动识别方案。在上述文献中，对各次谐波电流环的交叉耦合还未考虑到，对精准控制和稳定运行不利。
本文从网侧变流器谐波模型和APF模型入手，提出利用FFT变换和小波变换的算法，精准的计算各次谐波含量并完成实时跟踪补偿。
1 有源滤波器的工作原理
有源滤波器是一种动态抑制谐波成分以及实现无功补偿的电力电子装置，它能够改善电力系统中存在的电能质量问题，从而减少线路损耗。其具体工作原理：通过检测待补偿侧的三相电流或电压信号，由控制算法得出需补偿的电流指令信号，该补偿电流信号与待补偿侧的电流谐波成分及无功成分相抵消，最终使得待补偿侧输出纯净的只含基波成分的电流。
2 基于APF的諧波电流抑制策略
网侧变换器指定次谐波电流抑制策略
传统意义上的PI调节器具有精度高、动态响应好等优点。那么基于PI调节器，可以做到n次谐波的提取。通过同步旋转坐标变换实现n次谐波变为直流分量，再利用低通滤波器将交流分量滤除，滤除后的电流成分只含直流分量，再经过坐标反变换，可得到n次谐波。其中正序谐波分量经同步旋转坐标变换公式1变换，得到n次正序谐波直流分量、其他次谐波和基波的交流分量，这部分直流分量与交流分量再经过低通滤波器，可得到指定次的n次正序谐波分量，那么，该指定次谐波就可提取出来。同理，n次的负序谐波分量可通过公式2旋转坐标变换得到n次负序谐波直流分量、其他次谐波和基波的交流分量，直流分量与交流分量经过低通滤波器，最终可得到指定次的n次负序谐波分量。
该指定次提取算法获得了各次谐波的d轴分量和q轴分量。根据所提起谐波电流的特点及建立的APF在dq旋转坐标系下的数学模型，提出一种在dq旋转坐标系下的控制方法。
3 仿真分析
如图1所示为补偿5次谐波电流时网侧变流器输出电流波形，从波形可以看出是基波电流叠加了5次谐波电流的波形。经分析，5次谐波能很好地通过该模型得到抑制，其他次谐波同样也可以通过该模型得到消除。
4 结 论
本文建立了基于有源滤波器的风电并网系统，提出了网侧变换器与有源滤波器整合的控制策略，既能有效的消除指定次的谐波，又能完成DFIG并网方式与APF的统一协调控制，达到了风电并网时谐波的抑制，具有实时性。经实验结果验证，基于有源滤波器的风电并网谐波控制策略可以实时的检测谐波，并消除各次指定次的谐波。
参考文献
[1]马伟明，肖 飞.风力发电变流器发展现状与展望[J].中国工程科学，2011，13（1）：11～20.
[2]Jha B，RAO K，Disturbance rejections and harmonics reduction of doubly-fed induction generator using robust controller[C].Proceedings of 2009 Annual IEEE India Conference，Gujarat，India：INDICON，2009：1～5.
[3]Sainz L，Mesas J.Deterministic and stochastic study of wind farm harmonic current[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，2010，25（4）：1071～1080.
[4]巢睿祺.风力发电并网中的谐波检测与综合治理研究[D].上海交通大学，2014.
[5]李晴晴.风电并网对电网电能质量影响的研究[D].哈尔滨理工大学，2016.
收稿日期：2018-5-20
作者简介：刘 燕（1987-），女，甘肃兰州人，助教，教师，硕士研究生。
关键词：风力发电；网侧变流器；谐波电流；有源滤波器
中图分类号：TN713.8 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）18-0094-01
引 言
近年来，风电作为一种绿色能源，被广泛利用[1]。它所带来的电能质量问题也越来越受到关注[1～3]。目前，已有文献对风电系统并网谐波治理问题进行了研究。文献[4]针对风电谐波，采用不同方法的谐波检测方法、不同的滤波环节以及不同的谐波抑制环节深入研究。文献[5]针对风电谐波，提出了一种基于小波包分析和FFT综合谐波检测算法，实现了一种基于熵权模糊的多指标综合评估模型，并设计了电网电能质量实时监测系统、风电场谐波测试方案和扰动识别方案。在上述文献中，对各次谐波电流环的交叉耦合还未考虑到，对精准控制和稳定运行不利。
本文从网侧变流器谐波模型和APF模型入手，提出利用FFT变换和小波变换的算法，精准的计算各次谐波含量并完成实时跟踪补偿。
1 有源滤波器的工作原理
有源滤波器是一种动态抑制谐波成分以及实现无功补偿的电力电子装置，它能够改善电力系统中存在的电能质量问题，从而减少线路损耗。其具体工作原理：通过检测待补偿侧的三相电流或电压信号，由控制算法得出需补偿的电流指令信号，该补偿电流信号与待补偿侧的电流谐波成分及无功成分相抵消，最终使得待补偿侧输出纯净的只含基波成分的电流。
2 基于APF的諧波电流抑制策略
网侧变换器指定次谐波电流抑制策略
传统意义上的PI调节器具有精度高、动态响应好等优点。那么基于PI调节器，可以做到n次谐波的提取。通过同步旋转坐标变换实现n次谐波变为直流分量，再利用低通滤波器将交流分量滤除，滤除后的电流成分只含直流分量，再经过坐标反变换，可得到n次谐波。其中正序谐波分量经同步旋转坐标变换公式1变换，得到n次正序谐波直流分量、其他次谐波和基波的交流分量，这部分直流分量与交流分量再经过低通滤波器，可得到指定次的n次正序谐波分量，那么，该指定次谐波就可提取出来。同理，n次的负序谐波分量可通过公式2旋转坐标变换得到n次负序谐波直流分量、其他次谐波和基波的交流分量，直流分量与交流分量经过低通滤波器，最终可得到指定次的n次负序谐波分量。
该指定次提取算法获得了各次谐波的d轴分量和q轴分量。根据所提起谐波电流的特点及建立的APF在dq旋转坐标系下的数学模型，提出一种在dq旋转坐标系下的控制方法。
3 仿真分析
如图1所示为补偿5次谐波电流时网侧变流器输出电流波形，从波形可以看出是基波电流叠加了5次谐波电流的波形。经分析，5次谐波能很好地通过该模型得到抑制，其他次谐波同样也可以通过该模型得到消除。
4 结 论
本文建立了基于有源滤波器的风电并网系统，提出了网侧变换器与有源滤波器整合的控制策略，既能有效的消除指定次的谐波，又能完成DFIG并网方式与APF的统一协调控制，达到了风电并网时谐波的抑制，具有实时性。经实验结果验证，基于有源滤波器的风电并网谐波控制策略可以实时的检测谐波，并消除各次指定次的谐波。
参考文献
[1]马伟明，肖 飞.风力发电变流器发展现状与展望[J].中国工程科学，2011，13（1）：11～20.
[2]Jha B，RAO K，Disturbance rejections and harmonics reduction of doubly-fed induction generator using robust controller[C].Proceedings of 2009 Annual IEEE India Conference，Gujarat，India：INDICON，2009：1～5.
[3]Sainz L，Mesas J.Deterministic and stochastic study of wind farm harmonic current[J].IEEE Transactions on Energy Conversion，2010，25（4）：1071～1080.
[4]巢睿祺.风力发电并网中的谐波检测与综合治理研究[D].上海交通大学，2014.
[5]李晴晴.风电并网对电网电能质量影响的研究[D].哈尔滨理工大学，2016.
收稿日期：2018-5-20
作者简介：刘 燕（1987-），女，甘肃兰州人，助教，教师，硕士研究生。