基于HHT的风电场闪变参数估计

    汪晓琦

    

    

    摘要：风力具有随机性和不可控性，风力发电机组几乎时刻受到较大程度的扰动，这种扰动对无论是机组本身还是电力系统都会产生一定程度的影响。因此，风力发电系统动态仿真的研究需要建立与之相适应的动态仿真模型。

    关键词：风电场；电压波动；闪变

    1概述

    为了对仿真得到的波形进行分析，建立了风电机组和风速的动态数学模型，采用Matlab/Simulink进行了仿真分析。本文着重介绍了所选用的Hilbert-Huang变换法：先通过经验模态分解法（EMD法）获得有限个固有模态函数（IMF分量），随后，再利用Hilbert变换以及瞬时频率法，从而获得信号的时频谱一Hilbert谱，得到瞬时频率和能量。最后基于MATLAB环境，通过对信号的时域和频域的同时进行分析，得到仿真信号的时间、频率和幅值信息，其结果表明了HHT法分析风电场闪变的有效性。

    2风电场引起电压波动与闪变的理论研究

    风力机的作用是将风能转化为机械能，并用转化而成的机械能带动风力发电机进行发电。

    基于普通发电机的定速风电机组包括：以异步电机作为发电机的定速风电机组，其组成部分主要有：三叶片风力机、齿轮箱、普通的异步发电机、机端并联补偿电容器和控制系统等。

    电压闪变的相关术语及度量方法有：闪变觉察率、瞬时闪变视感度、视感度系数、短时间闪变值、长时间闪变值；

    3风力发电机系统动态仿真模型

    风速模型仿真分四种，包括基本风、阵风、随机风和渐变风，其中基本风为分量重缓慢变化的，如下图：其余三种风表示风速模型中快速变化的分量。组合风速模型仿真结果如下：

    其中，V1，V2，V3是风轮机三个叶片各自的风速，Vh是轮毂高度的对应风速，g是从轮毂中心位置到叶片顶端三分之四的距离与轮毂高度之比。

    风电场经升压变通过25km长的输电线路并入电网，风电场由6台1.5MW异步风电机组成。风电场输入端接入包含风剪切和塔影效应的风速模型，在B25节点处接示波器，观察电压波动以及输出功率变化波形。

    4基于HHT的风电场闪变参数分析

    为了使瞬时频率有意义，数据函数必须相对中心对称的，EMD方法假设：所有复杂的信号都由简单的函数模态分量组成的。其模态，在整个信号长度内对称于局部均值，直观来看，其波形为拟正弦波。

    想要成功的得到一个分解，至少需要两极值—极大值、极小值。电压的包络信号包含——电压闪变的幅值和电压频率的信息，因此先求信号的极大值包络，对其进行希尔伯特一黄变化分析，得到闪变信号的频率和幅值。

    HHT能准确的检测多频率调制闪变信号的频率和幅值信息。这种方法简单易行，可以为电压闪变的治理提供相关理论依据。EMD分解的最后一项代表趋势项，且具有明确的物理意义。