雙饋異步風(fēng)電機(jī)組諧波產(chǎn)生原因分析

圖1 變流器輸出線電壓和線電流波形

　　變頻電源輸出的波形稱為PWM 波，線電壓和線電流波形見圖1。它可以分解出一系列的諧波，在典型的三相對(duì)稱系統(tǒng)中，一般只存在除了3 及其倍數(shù)次之外的奇次諧波，即諧波次數(shù)為k ＝ 6n±1。對(duì)其進(jìn)行傅立葉分解，可以得到以下的電源電壓表達(dá)式：

（ 4）

　　式中：Uk 為k 次諧波電壓的有效值；
　　θk 為k 次諧波電壓的初相位；
　　ω1 為基波角頻率。
　　當(dāng)k=6n+1 時(shí)， 所得的電壓為各次正序諧波分量；
　　當(dāng)k=6n － 1 時(shí)，所得的電壓為各次負(fù)序諧波分量，其中，n=1,2,3…。
　　由此可知，當(dāng)DFIG 的轉(zhuǎn)子采用電壓型PWM 變頻器勵(lì)磁后，變頻器輸出的電流不是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，該電流將通過電機(jī)氣隙磁場(chǎng)的作用在定子側(cè)產(chǎn)生有害的諧波電壓和電流。定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的諧波是實(shí)際應(yīng)用中非常受關(guān)注的一個(gè)問題。隨著雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)容量的不斷擴(kuò)大，諧波對(duì)于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的運(yùn)行會(huì)帶來較大的影響。在并網(wǎng)前，定子空載電壓波中含有大量的諧波，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成無法并網(wǎng)。并網(wǎng)后在強(qiáng)電網(wǎng)中電壓畸變率不大，諧波主要表現(xiàn)為定子電流中的諧波分量。但在弱電網(wǎng)或獨(dú)立電網(wǎng)中，定子電壓和電流都會(huì)變現(xiàn)出明顯的畸變。
　　諧波問題在定子側(cè)和轉(zhuǎn)子側(cè)都存在，但由于雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子功率分配的特點(diǎn)，定子側(cè)諧波對(duì)電網(wǎng)的影響大于轉(zhuǎn)子側(cè)。
　　2.2 減小變頻器勵(lì)磁轉(zhuǎn)子諧波電流的方法
　　為了減小電壓型PWM 變頻器勵(lì)磁的轉(zhuǎn)子諧波電流，從而削弱時(shí)間諧波對(duì)定子側(cè)的諧波電壓和電流的影響，可以從以下兩方面著手考慮：
　　（1）變流器本身加裝諧波抑制裝置[4]。
　　（2）適當(dāng)增大轉(zhuǎn)子的電阻和漏抗、定子的電阻和漏抗以及定轉(zhuǎn)子互感參數(shù)。
　　3 DFIG的諧波檢測(cè)結(jié)果
　　以上從電機(jī)本體和電壓型PWM 變頻器勵(lì)磁兩方面對(duì)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)諧波進(jìn)行了分析，并且給出了減小諧波電壓和電流的方法。同時(shí)，我們?cè)谶M(jìn)行雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)時(shí)，就著重從減小電機(jī)諧波電壓和電流的角度對(duì)電機(jī)的繞組設(shè)計(jì)和參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行了優(yōu)化。圖2 是一雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的諧波檢測(cè)結(jié)果，該結(jié)果是在專用的兆瓦級(jí)雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行測(cè)量的，檢測(cè)方法按照IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定執(zhí)行。

圖2 雙饋異步風(fēng)電機(jī)組額定運(yùn)行狀態(tài)的諧波

　　從試驗(yàn)結(jié)果可以看出電機(jī)的諧波電流總畸變率為1.49%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于雙饋異步發(fā)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的諧波電流總畸變率小于5% 的要求。
　　4 結(jié)論
　　雙饋異步風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)生諧波在所難免，如何消除或抑制諧波發(fā)生或把其降低到最低限度，是問題的關(guān)鍵。通過理論研究和實(shí)踐，文中提出的各種方法不僅僅是拋磚引玉，實(shí)際上是行之有效的，具有一定的參考價(jià)值。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新能力的提高，更多新的方法將不斷出現(xiàn)，風(fēng)電的質(zhì)量將會(huì)隨著科技的不斷進(jìn)步得到全面提升。