基于HHT的風(fēng)電場閃變參數(shù)估計

汪曉琦

摘要：風(fēng)力具有隨機性和不可控性，風(fēng)力發(fā)電機組幾乎時刻受到較大程度的擾動，這種擾動對無論是機組本身還是電力系統(tǒng)都會產(chǎn)生一定程度的影響。因此，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)動態(tài)仿真的研究需要建立與之相適應(yīng)的動態(tài)仿真模型。

關(guān)鍵詞：風(fēng)電場；電壓波動；閃變

1概述

為了對仿真得到的波形進行分析，建立了風(fēng)電機組和風(fēng)速的動態(tài)數(shù)學(xué)模型，采用Matlab/Simulink進行了仿真分析。本文著重介紹了所選用的Hilbert-Huang變換法：先通過經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解法（EMD法）獲得有限個固有模態(tài)函數(shù)（IMF分量），隨后，再利用Hilbert變換以及瞬時頻率法，從而獲得信號的時頻譜一Hilbert譜，得到瞬時頻率和能量。最后基于MATLAB環(huán)境，通過對信號的時域和頻域的同時進行分析，得到仿真信號的時間、頻率和幅值信息，其結(jié)果表明了HHT法分析風(fēng)電場閃變的有效性。

2風(fēng)電場引起電壓波動與閃變的理論研究

風(fēng)力機的作用是將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能，并用轉(zhuǎn)化而成的機械能帶動風(fēng)力發(fā)電機進行發(fā)電。

基于普通發(fā)電機的定速風(fēng)電機組包括：以異步電機作為發(fā)電機的定速風(fēng)電機組，其組成部分主要有：三葉片風(fēng)力機、齒輪箱、普通的異步發(fā)電機、機端并聯(lián)補償電容器和控制系統(tǒng)等。

電壓閃變的相關(guān)術(shù)語及度量方法有：閃變覺察率、瞬時閃變視感度、視感度系數(shù)、短時間閃變值、長時間閃變值；

3風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)動態(tài)仿真模型

風(fēng)速模型仿真分四種，包括基本風(fēng)、陣風(fēng)、隨機風(fēng)和漸變風(fēng)，其中基本風(fēng)為分量重緩慢變化的，如下圖：其余三種風(fēng)表示風(fēng)速模型中快速變化的分量。組合風(fēng)速模型仿真結(jié)果如下：

其中，V1，V2，V3是風(fēng)輪機三個葉片各自的風(fēng)速，Vh是輪轂高度的對應(yīng)風(fēng)速，g是從輪轂中心位置到葉片頂端三分之四的距離與輪轂高度之比。

風(fēng)電場經(jīng)升壓變通過25km長的輸電線路并入電網(wǎng)，風(fēng)電場由6臺1.5MW異步風(fēng)電機組成。風(fēng)電場輸入端接入包含風(fēng)剪切和塔影效應(yīng)的風(fēng)速模型，在B25節(jié)點處接示波器，觀察電壓波動以及輸出功率變化波形。

4基于HHT的風(fēng)電場閃變參數(shù)分析

為了使瞬時頻率有意義，數(shù)據(jù)函數(shù)必須相對中心對稱的，EMD方法假設(shè)：所有復(fù)雜的信號都由簡單的函數(shù)模態(tài)分量組成的。其模態(tài)，在整個信號長度內(nèi)對稱于局部均值，直觀來看，其波形為擬正弦波。

想要成功的得到一個分解，至少需要兩極值—極大值、極小值。電壓的包絡(luò)信號包含——電壓閃變的幅值和電壓頻率的信息，因此先求信號的極大值包絡(luò)，對其進行希爾伯特一黃變化分析，得到閃變信號的頻率和幅值。

HHT能準(zhǔn)確的檢測多頻率調(diào)制閃變信號的頻率和幅值信息。這種方法簡單易行，可以為電壓閃變的治理提供相關(guān)理論依據(jù)。EMD分解的最后一項代表趨勢項，且具有明確的物理意義。