半岛南3号海上风电场谐波分析

1.单台风力电机运行与风电场全机组投入谐波分布比较

单台风电机运行和风电场全机组投入谐波分布的观测点设置在集电线路5的电机出口F6(详见图4.2)1.14kV段母线、35kV2A段母线和电网220kV侧母线。谐波分布模拟采用ETAP谐波分析模块。

根据结果分析得出以下结论，随着母线电压等级的升高，单台风力电机产生的谐波总含量依次下降，1.14kV母线电压谐波失真最大，为5、7、17次谐波含量最突出，220kV母线侧谐波失真程度最小。与前者相比，17次谐波含量显著降低，7次谐波含量显著增加。通过比较单台风电机运行时不同电压等级母线谐波频谱图，可以发现风电场内的谐波电流从风机侧传导到电网侧，220kV电网侧谐波比例和谐波频率分布呈减弱趋势。

通过比较单台风力电机运行和风电场全机组投入下不同电压等级母线的高频谐波含量，可以得出结论，同一集电线下多台风力电机组成的谐波源相互耦合，导致1.14kV母线电压谐波频谱中多台风力电机产生的5、17次谐波叠加。在多个集电线路的谐波相互耦合作用下，35kV母线电压谐波中7次谐波含量相互抵消，两台机组的谐波分量聚集在电网侧220kV母线上，导致5次谐波含量增加，7次谐波含量下降。

2.风电场全机组投入，海缆长度减半时谐波分布

在这种模拟中，假设海缆长度减少到之前的一半和19公里，然后研究海缆长度对风电场谐波分布的影响。

将220kV海缆长度38km缩小到前半部分和19km后，可以发现风电场各电压等级母线总谐波含量明显提高，220kV电网侧谐波总畸变率降低27%。这是因为降低海缆长度抑制了电力电缆的分布电容，放大了谐波电流。海缆长度减半对5次谐波有很好的抑制作用，相反增加了7次谐波含量。随着海缆长度的减半，电网侧220kV母线7次电压谐波含量的比例变为之前的3倍左右。因此，可以得出结论，当海缆长度较低时，7次谐波占主导地位。随着海缆长度的增加，5次谐波逐渐成为主导谐波分量，7次谐波含量受到抑制。建议海上风电场运营商尽量将海上风电设备缩小到220kV电网侧母线海缆长度，同时注意7次谐波的抑制及其对风电设备的影响。

以半岛南3号海上风电项目为例，根据风力发电机组电能质量测试单位提供的数据，在ETAP中构建风电场模型，研究了单台风力发电机运行与风电场全机组投入的谐波传导与耦合作用，以及海缆长度对风电场谐波含量的影响，最终得出以下结论。

风电场内谐波电流由风电机侧向电网侧传导。风电机出口侧总谐波含量最高，电网220kV侧总谐波含量最低。在不同电压等级母线谐波相互耦合的作用下，电网侧220kV电压谐波的比例和谐波频率分布呈下降趋势。

减少海缆长度对5次谐波有很好的抑制作用，但大大提高了7次谐波含量的比例。海缆长度的减半使220kV电网侧的总谐波含量降低了27%。因此，随着海缆长度的增加，不仅总谐波含量增加，而且5次谐波逐渐取代7次谐波，成为主导的谐波分量。建议海上风电场运营商优化海上风电设备至220kV电网侧母线海缆路径，缩短海缆长度。