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海上风电场并网点谐波治理方法探讨

摘要：近年来，随着国家“3060”战略的逐步落地，各沿海省份大力发展海

上风电项目，在海上风电项目并网过程中，电能质量问题逐渐引起属地电网的关

注，海上风电项目并网电能质量问题中，谐波问题尤为突出。本文主要分析了风

电场产生谐波的原因，并对由于长距离海缆接入引起的地区电网背景谐波放大，

从而导致的海上风电项目并网点谐波超标问题的一种治理方法进行了阐述，并以

东南沿海某海上风电项目为例，分别对无源滤波和有源滤波两种治理方案进行了

分析比较。

关键词：海上风电谐波长距离海缆有源滤波

1.谐波产生的原因及危害

1.1谐波产生的原因

在电力系统中谐波产生的基本原因是由于非线性负载所致。当电流流经负载

时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。谐

波频率是基波频率的整数倍。谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度

和相角。目前，常用的整流电路几乎都采用晶闸管相控整流电路或二极管整流电

路，其中以三相桥式和单相桥式整流电路为最多。带阻感负载的整流电路产生的

谐波为人们所熟悉，另外直流侧采用电容滤波的二极管整流电路也是严重的谐波

污染源，还有采用相控方式的交流电力调整电路及周边变流器等电力电子装置也

会在输入侧产生大量的谐波电流。对于风电机组来说，发电机本身产生的谐波是

可以忽略的，谐波电流的真正来源是风电机组中采用的电力电子元件，变风速风

电机组采用大容量的电力电子元件，直驱永磁同步风力发电机组的交直交变频器

采用可控PWM整流或不控整流后接DC/DC变换，在电网侧采用PWM逆变器输出恒

定频率和电压的三相交流电；双馈异步风力发电机组定子绕组直接接入交流电网，

转自绕组端接线由三只滑环引出接至一台双向功率变换器，电网侧同样采用PWM

逆变器，定子绕组端口并网后始终发出电功率，转子绕组端口电功率的流向取决

于转差率。此类原因的谐波治理方式不在本文的讨论范围内。

1.2谐波的危害

理想的公用电网所提供的电压应该是单一而固定的频率以及规定的电压幅值。

谐波电流和谐波电压的出现，对公用电网是一种污染，他使用电设备所处的环境

恶化，主要体现在以下几个方面：

（1）谐波使公用电网中的元件产生了附加的谐波损耗，降低了发电、输电

及用电设备的效率，大量的3次谐波流过中性线时会使线路过热甚至引发火灾。

（2）谐波影响各种电气设备的正常工作，谐波对电机的影响除引起附加损

耗外，还会产生机械振动、噪声和过电压，使变压器局部严重过热。谐波使电容

器、电缆等设备过热、绝缘老化、寿命缩短，以至损坏。

（3）谐波会引起公用电网中局部的并联谐振和串联谐振，从而使谐波放大，

这就使上述（1）和（2）的危害大大增加，甚至引起严重事故。

（4）谐波会导致继电保护和自动装置的误动作，并会使电气测量仪表计量

不准确。

（5）谐波会使邻近的通信系统产生干扰，轻者产生噪声，降低通信质量，

重者导致数据丢失，使通信系统无法正常工作。

1.谐波的治理方案

以东南沿海某海上风电场并网点谐波电流超标为例，讨论海上风力发电项目

谐波治理的可行方案。

2.1项目概况

该项目一期位于舟山市岱山岛西北侧海域,风电场安装18台4MW的全功率换

流器型风力发电机和36台4.5MW的双馈异步风力发电机，装机总容量234MW，采

用变桨变速功率调节模式。风电机组具备低电压穿越能力，机组额定功率因数为

1，并实现0.95（超前）～0.95（滞后）范围内可调。本项目以220kV电压等级

接入舟山电网。

该项目及其输电海缆构成的整个风电送出系统，主要由六部分组成，包括风

力发电机组、中压海缆集电线路、海上升压站、动态无功补偿装置（SVG）、高

压送出海缆、陆上集控中心及交流出线等，如图1.1所示。

图1.1风电场接入系统示意图

2.2现场谐波问题情况

2.2.1谐波测量结果

目前现场存在的问题为二期风电场投入运行后，电网电压和电网电流中5、7

次谐波含量超标明显，现场测量值为5次谐波电压畸变率达到3.6%（国标

1.6%），同时电网电流中5次谐波电流分别达到92A、超过国标限值，同时系统

出现了明显的5次谐波谐振放大现象。针对这一问题进行以下分析。

2.2.2谐波原因分析

根据舟山220kV电网的实际参数和海上风电场海缆的参数，以及对舟山电网

背景谐波所掌握