研究背景

风能是一种具有大规模发展潜力的清洁、可再生优质能源。随着风电产业的快速发展，全世界风电总装机容量激增，大量的风电场需要接入电网。在风电机组中，风速变化引起的功率输出波动导致电压闪变，安置电压源换流器(VSC)造成谐波含量丰富等电能质量问题越发突出。由电缆分布电容、无功补偿装置、风电机组中电力电子器件等引起的风电场谐波谐振问题更引起了诸多专家和学者的广泛关注，尤其是海上大型风电场的谐波谐振问题。

海上风电场多采用电缆敷设或海底电缆传输，存在较大对地分布电容，而分布电容较易引起风电场谐波谐振问题。同时，风电机组工作状态及风电场参数配置都将影响系统结构及参数，进而影响系统的谐波谐振。基于此，对双馈风力发电机组建立了随风速变化的动态谐波模型。同时还建立了风电场其他主要电气元件的谐波模型，如电缆谐波模型及变压器谐波模型。然后以海上风电场为例，利用频率扫描法对公共耦合点谐振问题进行仿真分析。考虑到风电场中各部分参数对谐振的影响程度不同，利用敏感度分析方法，计算出各参数的敏感度指标，为制定抑制谐波谐振的相应措施提供了依据。

主要创新点

本文考虑了风速变化引起DFIG谐波模型参数的改变，建立了适用于谐振分析的DFIG谐波模型，并以海上风电场为例，对风电场沿岸电缆和海底电缆进行谐波建模，从而准确计算出公共连接点(PCC)处的主要谐振点。由此，分析了风电机运行状态，风电场结构、参数对风电场谐振问题的影响。通过调整系统的设计方案，避免了谐振点与5次、7次、11次、13次等谐波分量较大的点重合。并基于敏感度分析的方法计算出风电场中各部分参数对谐振的敏感度指标。

解决的问题及意义

本文研究了海上风电场的谐波谐振问题，建立了随风速变化的DFIG动态谐波模型，同时对海上风电场的电缆、变压器等进行了谐波建模。深入探讨了DFIG工作状态、系统各参数等对风电场谐振的影响。根据频率扫描法和敏感度法的分析可以得出以下结论：

1)风电场中存在大量风电机，其数量是影响系统谐振点位置的原因之一，它通过影响系统对地电容的变化来影响谐振的幅值和频率。风电机数量的增加不会导致严重的谐振问题，但谐振点需要避开风电场的低次谐波和高次特征谐波。

2)随着风速的变化，风电机处于不同工作状态时，低次谐振的频率变化幅度较大，可能会经过低次特征谐波，而高次谐振的频率变化很小，几乎不会经过高次特征谐波。

3)当用于无功补偿的收集母线侧电容器组容量增大或电缆对地电容增大时，谐振频率将减小。调整电容器组大小，可以有效地调整谐振点位置。

4)风电场各部分的参数对风电系统的谐振有不同的敏感度，可以用于调节谐振点位置，海底电缆的对地电容和收集母线侧电容器组对谐振的影响最为明显。

后续研究

后续研究方向为风电场谐波不稳定问题。

主要图表