电能质量评估方案优化

提供了评估一台或多台机组电能质量的方法，并将测量结果同其他IEC标准的要求进行对比。

这种电能质量评估方法适用于与高压或中压电网连接的机组，并且电网的频率变化不超过±1Hz、有足够的有功和无功功率调节能力，以及有足够的负荷吸收机组生产的电能。

1.稳态电压

机组的运行可能会影响电网的稳态电压。建议进行潮流分析来评估此影响，确保机组不会造成电压超限。根据潮流分析，可以得出风电机组P_mc、Q_mc、P₆₀、Q₆₀、P_0.2、Q_0.2。具有多台机组的发电站可在电网连接点处评估其输出功率。通过简单累加得出10min平均值（P_mc和Q_mc）、60s平均值（P₆₀和Q₆₀），其中0.2s平均值（P_0.2和Q_0.2）按式（6-4）和式（6-5）计算：

式中，N_wt表示机组数。

注：在式（6-4）和式（6-5）中，假定未对机组间的最大功率等级进行修正。在一个弱电网中接入异步发电机，机组会伴随着叶片的转动同步出现功率波峰。另外式（6-4）和式（6-5）对功率峰值附加了偏移量，可能会低估对电能质量的影响。

2.电压波动

机组产生的闪变应严格限定在式（6-6）和式（6-7）所定义的闪变限值内：

P_st≤E_Psti（6-6）

P_lt≤E_Plti（6-7）

式中，P_st和P_lt分别表示机组产生的短期和长期闪变；E_Psti和E_Plti分别表示电网连接点出短期和长期闪变的限定值。

另外，因机组产生的相对电压波动应按式（6-8）来进行限定：

式中，d表示机组切换运行下产生的相对电压波动；表示电压最大允许波动值。

IEC 61000-3-7给出了评估中压和高压设备的闪变极限和最大允许电压波动的推荐方法。后面所述程序适用于评估因机组产生的闪变和电压波动。

3.连续运行

在连续运行状态下的单台机组所产生闪变按式（6-9）进行测算，取概率分布为0.99对应的分位数：

式中，c(ψ_k，υ_a)表示给定轮毂高度年平均风速υ_a和给定电网连接点出的电网阻抗相角ψ_k时机组的闪变系数；S_n表示机组额定视在功率；S_k表示电网连接点的短路视在功率。

如果电网连接点出并有多台机组，则其闪变系数按式（6-10）计算：

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式中，c_i(ψ_k，υ_a)表示单台机组的闪变系数；S_n，i表示单台机组的视在功率；N_wt表示连接于电网连接点机组的数量。

注：在式（6-10）中，假定未对机组间的最大功率等级修正。在一个弱电网中接入感应电机，机组会随着叶片的转动同步出现功率波峰。这种情况下，式（6-10）会低估对电能质量的影响。

4.切换运行

单台机组切换运行产生的闪变可按式（6-11）和式（6-12）计算：

式中，k_f(ψ_k)表示机组在电网连接点出对应ψ_k的闪变阶跃系数。

如果电网连接点处并有多台机组，则其闪变阶跃系数可按式（6-13）和式（6-14）计算：

式中，N₁₀，i和N₁₂₀，i分别表示各台机组在10min和120min内切换运行的次数；k_f，i(ψ_k)表示单台机组的闪变阶跃系数；S_n，i表示单台机组的额定功率。

单台机组切换运行产生的相对电压波动可按式（6-15）进行测算：

式中，d表示相对电压波动（%）。k_u(ψ_k)表示机组在电网连接点对应ψ_k时的电压波动率。

对于电网连接点接入多台机组的情况，同一时间不可能出现两台机组同时进行切换运行的情况。因此，评估多台机组引起的电压波动时不需要考虑累积影响。

5.谐波

谐波电流应在要求的范围内，以避免在电网连接点产生不允许的谐波电压。采用感应发电机的机组直接与电力系统相连（即没有电子功率转换器），不会导致任何严重的谐波畸变。对于有电子功率转换器的机组来讲，其谐波允许值应符合IEC 61000-3-6的规定。

IEC 61000-3-6给出了由负荷引起的总谐波电流畸变的导则。据此，可按式（6-16）推算机组在电网连接点产生的谐波电流：

式中，N_wt表示电网连接点出机组数；I_h∑表示电网连接点第h次谐波电流畸变；n_i表示第i台机组变压器的变压系数；I_h，i表示第i台机组上第h次谐波电流畸变；β表示指数（见表6-9）。

表6-9 指数参数（IEC 61000-3-6）

如果各台机组相同，而且变流器可换向，则谐波几乎同相，且对各次谐波取β=1。