基于MATLAB的双馈风电场谐波特性仿真分析

基于MATLAB的双馈风电场谐波特性仿真分析摘要随着我国经济的发展，煤炭石油等传统资源的消耗日渐严重，在经济发展的同时必须要注意环境的保护。风能的使用是清洁能源的突破，因此，风能技术的突破对未来能源的发展有着重要意义。风电技术的不断发展再到大型并网风电场，同时也伴随着很多问题，例如，风电场并网产生的谐波对电网产生了不利影响。在当前使用的双馈异步风力涡轮机的情况下，双馈异步发电机的转换器通过控制转子的电流分量来控制有功功率和无功功率。电力电子设备易于产生谐波，并且必须减少风电场连接到电网时产生的谐波，以确保电力系统的稳定性。本文以MATLAB为基础，模拟由双馈发电机组成的风电场的内部谐波特性。并研究了正常运行情况下和故障运行情况下的谐波特性，从而寻求解决谐波问题的方法。关键词：双馈风力发电机；风电场；谐波耦合；谐波特性

目录TOC\o"1-3"\h\u1绪论 绪论论文研究背景及意义新疆是个风能资源非常丰富的地方，其主要风资源地区有阿拉山口风区、吐鲁番西部风区、达坂城谷底风区、准格尔盆地风区、额尔齐斯河谷风区、罗布泊风区、哈密北戈壁风区、哈密南戈壁风区、百里风区。装机总容量约在1.243亿千瓦。新疆风资源的蕴含量大约为8.7亿千瓦，新疆乌鲁木齐达坂城地区风电场规模更处于亚洲第一，它拥有丰富的风力资源。可见新疆风资源的利用不仅可以降低火电厂的负担，还对新疆的经济发展做出来巨大贡献。虽说风能是一种清洁能源，但也存在很多问题，风电并网是当前一大难题。由于风速、风向、风区的随机性，风力发电不确定，输出功率不恒定，影响电网频率。双馈风力涡轮机的交流器属于电力电子设备，在向电网传输功率的同时，一定量的谐波也注入到电网，谐波对风电场的危害有很多，会严重影响电能质量，同时它将影响风力涡轮机的公共连接点与电网主要母线。谐波的产生增加了电能的损耗，降低了发电效率，影响了设备老化。对于风电系统设备，降低谐波污染就是保障安全并网的重要条件之一。所以为提高风能的安全可靠性和风能的利用率，风电场内的谐波的特性相关分析是不可忽略的。通过对正常情况下与不对称故障情况下的谐波比较分析，在电网发生不对称短路时双馈风电机组的输出电压和电流波形含有大量谐波，电力系统继电保护则恰好可以利用这些特点来利用对谐波的观测结果来整定保护参数。不仅提高电网谐波治理能力，也对电网安全高效运行具有重要的意义。国内外研究现状风电技术的发展中国的风电发展晚于发达国家，虽然我国起步较晚，但始终坚持发展风电设备制造业。起初从发达国家购买设备图纸，再到自主研发新技术，逐渐的形成了大规模的生产制造，小到精细零件大到巨型叶片都能做到自给自足。不仅如此通过十几年的不断努力创新，我国的风电技术已经可以逐步出口到海外，技术日渐成熟。随着我国风电事业的高速发展风电总装机容量在快速提升的同时，并网问题没有得到很好的解决，开始出现了弃风限电的问题。因为我国风资源集中于新疆、内蒙古和甘肃等经济较落后地区。但是，风电的远程传输技术不成熟。因此导致了非常严重的弃风问题。风电的自身的不确定因素较多，使局部电网接入能力不足，导致风电与电网不协调，因此，风电产业的快速发展与电网消纳的不平衡存在矛盾。国外风电市场较为成熟，而我国风电发展较为迅速，时间的缩短导致了风机质量的隐患2011年8月底，全国共发生193风力发电中断事故。国家的大力发展风电导致了过快的竞争，企业为了利益买图纸造风机，而不细心钻研，风机图纸一般从国外购买，无法及时维修，导致了严重的资源浪费。风资源是清洁可再生能源，能带来较高的经济效益，我国是风能大国，更要好好利用，面对各种问题要苦心钻研，迎难而上。相信在国家政策的支持和企业的不断创新中，中国的风电发展将进一步加强。风力发电的谐波研究现状随着电力系统中电力电子器件的广泛应用，同时也带来了谐波的影响。目前风电场的大部分谐波研究都是谐波畸变对风电场的影响。风电场的谐波频谱评估和谐波畸变对风电场中单台风机运行点的影响。由于风力发电功率是随风速实时变化的，因此对风电场的谐波电流的评估不是唯一的。文献讨论了风电场内各机组谐波电流的概率密度特征，并结合IEC方法叠加计算了各个风机产生的随机谐波电流之和。利用概率分布来分析风电场谐波电流特性这方面相对缺乏，只有少数的参考文献对风电场的谐波电流随机性进行分析。文献是对实验测量下风机谐波电流的数据进行了分析；并且从均匀对称的角度分析了风电场谐波的电流分布，证明了在并网点谐波电流的畸变增大是可能的。文献介绍了一种双馈风力发电机组的静态和动态建模及相关控制，证明其控制方法在稳定条件下的有效性；通过对实际数据的统计分析来对风电机组的谐波电流进行建模。目前，我国的科研人员研究研究的方向更多的面向工业领域谐波治理。但是，随着科技的进步，新型用电器逐渐民用化，而一些新型用电设备的非线性负载特性产生的各次谐波也不容小视，随着电力电子装置的应用，电力系统结构的规模也越来越复杂谐波的问题迎来了前所未有的新挑战。论文主要内容根据上述对风电场谐波分析问题的论述，可以看出，风电场的谐波分析是专家们研究的重中之重。然而，目前对谐波模型的建立，主要是在双馈机组下变流器所产生的整数次谐波。双馈机组的谐波模型较少而且精度不高，因此实际运行中的风电场会存在电能质量的问题。本文第一章中主要介绍了风力发电的背景现状，及谐波对风力发电与电力系统的影响，并对风力发电谐波研究现状进行了叙述。第二章主要针对双馈风电场并网系统的建模进行了介绍。并对双馈风电机组的数学模型，空气动力学模型，转子轴系模型，双馈发电机模型分别进行了介绍。第三章介绍了谐波的定义、危害及其基本特征，并介绍了电力系统谐波标准，重点说明了谐波的分析方法。简要描述了谐波的畸变因数及双馈发电机的谐波模型。第四章在并网状态下，基于MATLAB/SIMULINK环境对双馈风电场内部谐波进行了仿真分析，首先研究了正常运行情况下风力发电机组启动时的谐波特性，其次对故障情况下的谐波特性进行分析，分别对单相接地故障，两相相间短路故障，两相接地短路故障情况下的谐波特性分别进行了讨论分析。得出风机启动瞬间由于电流的冲击作用会产生较大的谐波，短路情况的谐波总畸变率较高，且主要为三次谐波。第五章对本文的研究内容作总结和概括，并对未来风电的发展和风电场电能质量评估领域的工作进行了展望。

双馈风电场并网系统建模空气动力学模型风力发电机发出的电能是由风能转化而来的，自然界中的风能通过风机的叶片转化为旋转的机械能，再把获得的机械能经过机械驱动系统传递给发电机，由发电机将其化为磁场能，最终通过电磁转化获得电能，风机截获空气中的动能转化为机械能是一个复杂的过程，涉及到流体力学、空气动力学等。根据发电机电气特征，能得到简化的空气动力学模型。根据空气动力学，空气流过风机的能力可表示为：（2-1）式中，Pw表示风力机机械功率，是空气密度，通常为1.225kg/，A是风轮叶片旋转经过的面积，，R为风轮叶片的半径，为注入风速。由于经过风机叶片的风能只有部分转换为机械能，定义功率系数表示风机将动能转化为机械能的转化效率，可用如下式子求得：（2-2）（2-3）（2-4）式中，又表示叶尖速比，表示叶片桨距角，表示风机旋转角速度。由此可得风机的输入机械功率为：(2-5)功率系数不能超过贝兹理论极限值，最大取0.593，在实际中还会受到叶片翼形、叶片数量、功率等的影响，一般为0.25~0.45。由机械功率的表达式可得到机械转矩为：(2-6)转子轴系模型风力机机械传动系统的运行非常复杂，它将获得的动能通过齿轮箱、高速轴、低速轴等结构传送给发电机。依据不同的轴系建模方式，机械传动系统可分成单质量块模型、双质量块模型和三质量块模型。研究双馈风电机组的谐波问题时，由于二阶谐振频率很高，幅值很小，因此建立双质量块模型足以模仿机械传动系统。图2-1风电机组轴系双质量块模型结构示意图风电机组轴系的双质量块模型结构如图2-1所示，其数学模型可表示如下：（2-7）式中和分别代表发电机和风力机的惯性时间常数；为轴系的刚度系数和分别代表发电机和风力机的转子阻尼系数；Qs为两个质量块间的相对角位移；和分别为发电机和风力机的机械转矩；，和分别代表风力机转速，发电机转速和频率基准值。双馈发电机模型双馈发电机(DFIG)的定子绕组和电网直接相接，转子绕组经过AC/DC/AC转换器和电网相接，从而对电网进行双向馈电。双馈发电机具有非线性、强耦合、多变量、阶数高的特点，在对其进行建模时，为了方便分析，常作如下假设：(1)忽略空间谐波及磁路饱和的影响，三相绕线对称星型连接，气隙磁动势按正弦规律在空问分布。(2)忽略铁芯损耗，忽略温度、频率等因素变化引起绕组参数的改变。(3)转子绕组参数折算到定子侧，经折算后定子匝和数转子匝数相同。在建立双馈风力发电机模型时，定转子均遵循电动机惯例。为了简化模型，采用Park变换，将三相静止abc坐标系转化到同步旋转dq坐标系下进行模型的研究。两坐标系的转化关系如图2-2所示，图中为a相与d轴的夹角。图2-2风电机组轴系双质量块模型结构示意图经过转换后，获得在同步旋转dq坐标系下，发电机定转子电压方程如下：（2-8）定转子磁链方程为：（2-9）式中，，，，分别代表定转子位于dq轴上的电压分量，Isd，Isq，Ird，Irq分别为定转子位于dq轴上的电流分量，，，，分别代表定转子位于dq轴上的磁链分量，，分别代表定转子的电气角速度，Rs，Rr分别代表定转子电阻，Ls，Lr，Lm分别代表定转子位于同步旋转dq坐标系下的等效自感和互感。双馈电机电磁转矩表达式如下：（2-10）将式(2.9)代入式((2.10)可得：（2-11）双馈风电场并网模型在双馈风电场中主要采用可以接受变化风速，但发电频率必须保持不变的发电形式。增速器、DFIG、变流器、变压器、风轮构成了这一完整的发电系统。一个绕线式转子的异步发电机、一个基于IGBT的交-直-交PWM变流器，构成变速恒频发电系统，该系统是整个双馈风电场谐波的主要来源。结构如图（2-3）所示：图（2-3）变速恒频发电系统定子绕组直接连接到工频电网，转子绕组由三相电源激励，具有可调的频率，相位和幅度功能。AC-DC-AC转换器通常用于控制转子电流分量以控制有功功率和无功功率。为了研究变速恒频发电系统的双馈发电机，首先要建立一个基本的数学模型：双馈发电机系统与电网频率同步旋转的坐标系中的电压和通量方程由（2-12）—（2-15）得到：（2-12）（2-13）（2-14）1（2-15）式中：、——转子角速度、同步速度；、——定子复磁链、转子复磁链；、——定子阻抗、转子阻抗；、——定子复电流、转子复电流；、1——定子端复电压、转子端复电压。在近乎稳定的状态下，两个导数项和均设为零：1（2-16）（2-17）（2-18）转换成等值电路，如图（2-4）所示：图（2-4）双馈发电机系统等值电路图中：、——定子漏感、转子漏感；——互感系数。双馈风电场仿真模型使用Matlab/Simulink环境中自含的Dfig模型，如图（2-5），以此为例进行实验分析。模型中含有3条母线和2台变压器：电压等级为：575V/25kV/120kV；变压器容量分别为10.5MVA和47MVA。且使用120kV电源和25000MVA电感等效成电网。图（2-5）双馈风电场模型双击DFIGWindTurbine模块，出现如图（2-6）对话框，在Numberofwindturbines栏中可调节台数。双击风速模块，出现如图（2-7）对话框，在Constantvalue栏中可调节风速。图（2-6）DFIGWindTurbine模块图（2-7）风速模块本章总结本章主要介绍了双馈风电场并网系统的数学模型，分别展开介绍了空气动力学模型，转子轴系模型，双馈发电机模型，并主要介绍了双馈风电场并网系统数学模型。最后对双馈风电场仿真模型进行了简单介绍，在本文第四章中将会利用此模型进行仿真分析。

风电场谐波特性分析谐波的概念谐波的定义在18世纪至19世纪，傅里叶提出的谐波数学分析仍然被今天的人们所使用，可以通过傅里叶分解来检查失真波形的所有风量，公式如下：（3-1）式中：——一个频率为的周期函数，其角频率为；——基波分量；——第次谐波，幅值为，频率为，相位为。傅里叶级数的系数有下式给出：（3-2）（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）在式（3-1）中的傅里叶级数中，具有50Hz频率的分量我们称为基波，具有50Hz频率的整数倍的分量我们称为谐波。如图（3-1）所示，失真波形由具有不同频率的正弦波形成，并且可以理解为：由一个基频下的基波波形，如图（3-2）所示，加上若干个频率为基本频率整数倍的谐波分量。图（3-1）5次谐波图（3-2）基波谐波特性谐波的性质主要有以下几点：（1）仅存在正整数次谐波，且n次谐波的频率就是n倍的基频频率。（2）区分谐波和瞬态现象是必要的。根据傅里叶级数理论，傅里叶变换只有在被变换的波形确定且具有一定的周期性时才有效。但在生产实践中，这两者都是难以满足的，因为电力系统负载不可能不变，负载变化的电压和电流波形一定会变化，谐波含量同时，必将改变。也就是说，实际的电力波形不是严格使用傅里叶变换，但是在实际的分析中，你不需要得到一个绝对准确的波形，所以你只需要分析一段时间的现象，当傅里叶变换的应用引起的误差在允许的范围内。因此，在进行谐波分析时，有必要明确区分谐波现象(一定波形)和瞬态现象(波形变化)。根据国际权威的定义，如图3-3所示的波形，由于它只在标准正弦波的一小部分偏离正弦波波形，虽然完全符合谐波的定义，但由于其谐波影响过小，不被认为是一种谐波，而是一种瞬态现象。根据二者的特点，当谐波的存在时间过小时，认为是一种瞬态现象。图3-3属于暂态现象的畸变波形此外，谐波与基波之间的相角关系对最终复合波的波形是有很大影响的。由不同元件产生的不同谐波的相位变化能够明显的改变复合波的波形。电力系统中的谐波主要由两类元件产生，其一是含半导体的非线性元件，如各种换流器、变频器和各种各样的电力电子设备等；另一类为含有电弧和铁磁非线性的元件，如发电机、电动机、变压器和电焊机等。谐波的危害随着电网的不断扩大，产生的谐波源越来越多，谐波造成的污染也越来越严重。其危害主要体现在以下几个方面：（1）谐波会在电机或发电机运行过程中产生额外的损耗和热量，以及脉动扭矩噪声。（2）谐波通过电容器可能引起谐振，使电容器因过载而损坏；由于电力电缆与地面之间也有接地电容，所以有可能引起故障。（3）谐波会在输电线路上产生较大的线损。一旦发生谐振可能会造成更大的损失。（4）电流波形的畸变可能大大减小短路器的容量，谐波严重可能造成过零点时的高di/dt，增大开断难度，变相的延长了故障电流的切除时间使得电力系统的故障更加难以切除，进而造成更大的损失。（5）电流中的谐波会使变压器的铁耗增加，从而大大增加了变压器的散热难度，使其带负荷的能力大大减少。如果发生则会造成铁芯振动，损坏变压器。电力系统谐波标准为确保电力质量，各国颁布了国标，使电网中的谐波含量，限制在电力系统能够正常工作的范围内。公共电网谐波电流允许值如表（3-1）：表（3-1）公共电网谐波电流允许值标准电压kV基准短路容量MVA谐波次数及谐波电流允许值A234567890.381078623962264419216100433421341424111110100262013208.5156.46.83525015127.7125.18.83.84.16650016138.1135.49.34.14.3110750129.66.09.64.06.83.03.2公共电网谐波电压允许值如表（3-2）：表（3-2）公共电网谐波电压允许值标准电压kV电压总谐波畸变率%各次谐波电压含有率%奇次偶次0.385.04.02.064.03.21.6104.03.21.6353.02.41.2663.02.41.21102.01.60.8谐波分析方法离散傅里叶级数法的谐波分析方法已比较成熟并得到了广泛的运用，并且不断提出诸如简单迭代算法，双线性构造算法，最小补偿电流神经网络方法和单相电路瞬时功率等新方法。下面对以下几种谐波电流的分析方法进行介绍：（1）离散傅里叶级数法以式3-7、式3-8为基本理论依据，其目的是检测谐波电流。其基波有功电流和无功电流幅值可由下式表示： Ip= Iq=2Ni=1式中iL(i)表示电源电压为1V时所对应的负载电流，Ip、I（2）简单迭代算法。对谐波电流进行迭代相加的方法称为简单迭代算法。其迭代步数h越大，单位周期采样个数N越高，其精准度越大，其基本迭代公式为： IpN+1=I式中IpN+1表示为（3）双线性构造算法。利用双线性构造算法对谐波进行计算，其基波有功电流幅值为：IpNiL(1)sinwt1+iL式中IpN与式3-9中的含义相同；谐波的畸变因数对于谐波，我们也要了解电压和电流的畸变率，电压总谐波畸变率：（3-12）电流总谐波畸变率：（3-13）式中——基波电压峰值；——基波电流峰值双馈风力发电机的谐波模型在电力系统中，理想情况下电网都是接受一恒定频率的电能，但是由于电力系统中的非线性负载的存在，电力系统所输出的电压和电流并不是理想的同频正弦波，会有一定的畸变。由于电力电子器件在风电领域的大量使用，尤其是双馈风力发电机，包含大量的电力电子器件，不可避免的会有谐波的产生。图3-4双馈风机的谐波产生示意图由图3-4可知，双馈风机谐波的产生来源主要有以下两类：（1）定子产生的齿谐波，也称风机的固有谐波，其谐波的产生为风电机的设计所决定。齿谐波的频率计算如公式3-1所示： fsh=式中fsh（2）变流器处主要由开关器件产生的开关谐波，其谐波频率计算如公式3-15所示： fsh=Nf式中N表示载波率，f2表示电子电流的频率，N=2，4，（3）变压器产生的谐波。双馈风电场中主要有升压变压器和机侧变压器两种，其n次谐波阻抗表达式为： Zn=Rn+jX Rn= Xn=n式中R1表示基波等效电阻值，Rn表示第n次谐波的等效电阻值，X1（4）输电线路产生的谐波。在风电场中线路模型的临界长度的表达式为： lc=式中k表示第k次谐波。当lc＜1时，输电线路采用集中参数模型；当lc＞1时，采用分布参数模型。由此可见，风电场中输电线谐波等效电路主要采取集中参数模型，其简化等效电路如图3-图3-5输电线路简化电路线路等值阻抗和导纳的表达式为： Zn=( Yn=jn式中l表示输电线路长度，长度取km，r0表示单位长度的基波电阻值，x0表示单位长度的基波电抗值，（5）用于无功补偿的电容器产生的谐波。电容器电抗的表达式为： Xc=UC式中Uc为电容值额定电压，Q Xck=本章小结本章开始首先介绍了谐波的基本概念，分别详细介绍了谐波的定义，谐波的特性，谐波的危害，通过简单的介绍可以看出电力系统中谐波的存在对我们的生产生活的危害是非常大的。其次介绍了电力系统谐波标准电力系统的畸变因数，以及电力系统谐波的分析方法。主要介绍了离散傅里叶级数法的谐波分析方法，这种方法已比较成熟并得到了广泛的运用。最后介绍了双馈风力发电机的谐波模型。

基于MATLAB/SIMULINK的双馈风电场内部谐波仿真分析在Matlab/Simulink环境下对风电场模型的内部的参数进行调节，设置整个双馈风电场包含一台1.5WM风机，风速设置为8m/s，频率为系统默认60Hz。模型中含有3条母线和2台变压器：电压等级为：575V/25kV/120kV；变压器容量分别为10.5MVA和47MVA。且使用120kV电源和25000MVA电感等效成电网。本文使用Simulink中风电场模型作为分析模型（power_wind_dfig_det）该模型如图所示。图4-1正常运行状态下风电场模型风力发电机启动时谐波分析分析风力发电机启动时的谐波时，采用图4-1的模型，在Matlab/Simulink环境下对风电场模型的内部的参数进行调节，分别选取0.02s时刻和0.16s的十个周期电流波形观察风电场谐波波形的变化。对风力发电机启动时575V母线侧的谐波进行分析。图4-20.02s时谐波的分析结果图4-30.16s时谐波的分析结果风速为8m/s，风机启动0.02s时刻十个周期电流波形对575V母线侧的三相电流使用FFT分析，并以THD（TotalHarmonicDistortion，谐波总畸变率）为指标反映正弦电流受谐波影响的程度，其分析结果如图4-2，可以很明显看出总畸变率为11.64%，含有各次谐波分量都很高。风速为8m/s，风机启动0.16s时刻十个周期电流波形575V母线侧的三相电流使用FFT分析，并以THD为指标反映正弦电流受谐波影响的程度，其分析结果如图4-3，可以很明显看出当风机稳定启动后，总畸变率仅为2.25%，3次，5次，7次，9次谐波含量都很低。通过此次仿真结果可以很直观的看出在正常启动时谐波畸变率的变化。在风机启动的瞬间，由于风机启动时电流的冲击作用，导致总的谐波畸变率含量很高，但经过很短的时间内就会趋于稳定。对风机的正常启动不会造成较大的影响。A相短路接地故障情况的谐波分析故障设置如图4-4所示，在风机出口A相设置短路接地故障。通过Scope模块观测B575母线电压电流波形，并通过Drscrete模块进行快速傅里叶变换，对A相电压电流进行FFT分析。图4-4A相短路接地故障模型图4-5A相短路接地故障电压波形仿真结果图4-6A相短路接地故障电流波形仿真结果从图4-5、4-6中可以看出A相短路接地后，A相电压为0，明显看出A相的电流波形受到影响，产生了明显的畸变。A相电流电压波形经傅里叶变换后如图4-7与4-8所示。图4-7A相短路接地故障A相电压FFT分析图4-8A相短路接地故障A相电流FFT分析图4-7中由于A相电压为0，其波形为一条直线不产生任何谐波。图4-8中可以看出谐波含量明显高于正常运行状态的谐波含量，而且所产生的谐波以3次谐波为主。这是由于A相短路接地后，会产生较大的零序电流，正是零序电流产生了3次谐波。BC两相短路故障情况的谐波分析故障设置如图4-9所示，在风机出口BC相设置相间故障。通过Scope模块观测B575母线电压电流波形，并通过Drscrete模块进行快速傅里叶变换，对A相电压电流进行FFT分析。图4-9BC两相短路接地故障模型图4-10BC两相短路故障电压波形仿真结果图4-11BC两相短路故障电流波形仿真结果从图4-10，4-11中可以看出BC两相短路后，BC两相电压相等，且BC两相电压均产生明显畸变。BC两相电流明显增大，达到正常运行状态下的2.5倍左右，也产生了明显的畸变。A相电流电压波形经傅里叶变换后如图4-12与4-13所示。图4-12BC两相短路故障A相电压FFT分析图4-13BC两相短路接地故障A相电流FFT分析图4-12和图4-13原始电压波形经过快速傅里叶变换后可以看出，与正常运行状态相比发生BC两相短路接地故障时，A相电压电流谐波含量明显提高，分别达到基波的22.46%、12.00%，且谐波以3次谐波为主。这是由于BC两相短路后破坏了电力系统的三相对称产生谐波。BC两相短路接地故障情况的谐波分析故障设置如图4-14所示，在风机出口设置BC两相接地故障。通过Scope模块观测B575母线电压电流波形，并通过Drscrete模块进行快速傅里叶变换，对A相电压电流进行FFT分析。图4-14BC两相短路接地故障模型图4-15BC两相短路接地故障电压波形仿真结果图4-16BC两相短路接地故障电流波形仿真结果从图4-15中可以看出BC两相短路接地后，BC两相的电压都是0，电压波形只有A相电压的波形。从图4-16中可以看出A相的电流波形出现小幅畸变。BC两相电流明显增大，达到正常运行状态下的5倍左右，并且产生了明显的畸变。A相电流电压波形经傅里叶变换后如图4-17与4-18所示。图4-17BC两相短路接地故障A相电压FFT分析图4-18BC两相短路接地故障A相电流FFT分析在图4-17和图4-18原始电压波形经过快速傅里叶变换后可以看出，正常运行状态与发生BC两相短路接地故障时相比，A相电压电流谐波含量明显提高，分别达到24.96%、8.45%。这同样也是接地系统中流过零序电流所造成的。谐波中所含的偶次谐波是由于三相系统的平衡性被打破而产生的。本章总结在分析完正常运行状态与单相接地故障，两相相间故障，两相接地故障运行状态后，得出以下结论，当电力系统中出现故障之后的波形，与正常状态下的波形相比谐波的含量会有不同程度的升高，单相短路、相间短路、两相接地短的谐波含量都很大。这些谐波中又大多以三次谐波为主。在得到这些大致的规律后，不难得出以下结论，在电网发生不对称短路时双馈风电机组的输出电压和电流波形含有大量谐波，电力系统继电保护则恰好可以利用这些特点来利用对谐波的观测结果来整定保护参数。

总结总结不足谐波的产生有很多原因，一般集中在电力系统三相不平衡，电力电子装置的使用等，本文的主要内容是研究风力发电系统正常情况下以及发生不对称故障情况下风电场谐波的现象，主要内容归纳如下：本文首先通过理论研究为基础，对研究对象有了初步分析。文章前三章通过背景原理的介绍，对谐波的概念以及研究意义有了一定认识。然后开始进行仿真实验，以达到研究目的。本文的仿真是在Simulink环境下进行的，利用了Matlab中自带的风电厂模型。通过修改参数在该模型下仿真出了正常运行状态、A相短路接地故障、BC两相短路、BC两相短路接地时双馈发电机并网侧电压电流波形，得到各种情况下电流波形与电流畸变率THD的数据，并对其进行快速傅里叶变换处理，之后对得到的频谱进行了简单的比较分析。经过分析发现，正常状态下运行的双馈异步发电机启动时的输出电压电流波形中含有较多谐波，但这些谐波在启动稳定后马上恢复至正常值，对整个电力系统影响较小。A相短路接地的状态下，可以发现此时A相电压为零，电流幅值达到了正常状态的5倍，其他次谐波则变化并不明显。BC相短路的状态下，通过傅里叶分析不难发现A相的电压波形已经严重变形，而造成变形的原因就是含有了大量的3次谐波，A相电流变形与电压相比并不明显，其3次谐波含量也远少于电压的含量。BC两相短路接地的状态下的A相电压电流波形可以看出，此时A相电压波形中的出现了大量谐波，其中以3次谐波为主，但同时也有一部分其他次谐波，这些谐波的出现是由于系统的不平衡状态所引起。基本仿真出了双馈风电场的谐波特性，达到了任务书的要求。但由于个人能力与时间限制的原因，并没有能从真正理解风电机内部各电子元件的工作原理，以及风电场内部多台风机之间的谐波分析和不同地区风电场谐波耦合的分析，对解决实际问题还存在一定不足，对真正理解并解决谐波问题仍需要进一步学习。展望未来电力系统的谐波问题是一直以来的研究热点。上世纪70年代之后，电力电子技术的飞速发展使得电力电子