1．前言

随着可持续能源的增长，电力系统中更多的风力发电机投入使用。由于风力发电机包含大量的电力电子设备，以及风力发电的随机性和不可控性，风力发电场在向电网输入有功功率的同时注入了大量的谐波，给电力系统带来了许多不利影响。谐波水平是风电场业主和电网运营商共同关心的问题。电网运营商担心电网中的电压失真极限会超过。风电场业主必须应对网络运营商规定的并网谐波含量限制，避免谐波造成的设备损坏和保护误动。因此，研究海上风电场谐波分析和抑制措施是风电产业发展中的一个关键问题。本文研究了半岛南3号海上风电场的谐波传播和耦合。通过研究单台风力发电机到电网的谐波分布，找出风电场谐波传导与耦合的规律，通过分析海缆长度对谐波分布的影响，提出了风电场谐波的抑制措施。

2.文献综述

国内外学者对风力发电谐波进行了大量研究。文献[1]建立了多个风电场的谐波相互作用模型，表明随着风电场之间距离的缩小，它们之间的接触阻抗降低，谐波相互作用增强。文献[2]通过研究不同风速和短路容量下风电场出口的电压和电流，以及110kV电压和电流的畸变率，得出了不同风速类型下风机的谐波含量。文献[3]发现接入点短路容抗越大，风电场对并网点的谐波影响越小。在文献[4]中，次同步谐波监测系统用于判断次同步谐波振荡。根据PMU记录的数据频谱，风电场29．6Hz和19．4Hz次同步谐波分量较多，主动作频率为19．4Hz。文献[5]发现风力发电机产生的电流谐波有两种：高开关谐波和锁相环产生的低谐波。研究发现，谐波共振频率的振幅强度取决于地下电缆和变压器的阻抗。

3.谐波与风力电机模型理论研究

3.1谐波的定义

谐波严格意义上是指电流中基波频率大于1整数倍的重量。一般指定期非正弦电量的傅里叶级数分解。大于基频的电流产生的剩余电量。从广义上讲，由于交流电网的有效重量是工频的单一频率，任何不同于工频的重量都可以称为谐波。电力系统中理想的电压或电流波形是基频为50Hz且幅值恒定的正弦曲线。然而，在现实中，由于各种原因，波形是非正弦的或不同的范围或频率。电压和电流的偏移会严重影响电力系统的电能质量，因此谐波是影响电能质量的重要因素。

3.2谐波的影响

高水平的电压或电流波形失真会导致电力系统中敏感元件的故障和损坏。失真电压会影响并联网络组件（如电容器组），失真电流会影响串联网络组件（如变压器）。高频电压谐波可能导致电容器过热和损坏，电容器热应力与频率平方成比例，电容器介电应力与电压峰值范围有关，高频电压谐波导致电容器热应力和介电应力增加，损坏风电场和电网电容器。高频电流谐波引起的变压器与电机加热，设备热损耗与电流平方成比例，大量非基频电流分量流经变压器和电机，产生热点和设备过热问题。

4．半岛南3号海上风电模型建设

ETAP软件中构建了半岛南3号海上风电模型(详见图4.1)，风力电机额定风速为10m/s，额定功率为5.2MW。风电场模型频率为50Hz，风力发电机出口侧电压为1.14kV，中高压段母线电压分别为35kV和220kV。如表4.1所示，本工程从35kV段到1.14kV段共有10条集电线路。除集电线路3、6台风力发电机组外，其余集电线路均接入6台风力发电机，35kV侧母线分为4段，其中35kV1A和2B段仅投入2条集电线路，35kV2A和1B段连接3条集电线路，#1主变和#2主变低压侧分别连接两段35kV母线，两者的高压侧通过38km海电缆和2.5km陆电缆连接到电网220kV侧，每台风力发电机的谐波发生量由风力发电机组电能质量测试单位出具的“风力发电机组电能质量测试报告”获得，风力发电机的谐波模型根据谐波发生量在ETAP中建模。