[发明专利]一种风力发电机组电压闪变的测量方法

摘要

本发明涉及风力发电机组电能质量测量技术领域，公开了一种风力发电机组电压闪变的测量方法，包括以下步骤：S1、测量风力发电机组的输出端，得到电压和电流的时间序列；S2、在虚拟电网中模拟电压波动，S3、对虚拟电网的输出信号进行平方；S4、通过Nuttall窗函数对平方后的输出信号进行截断；S5、利用FFT进行滤波；S6、对只包含直流分量和低频闪变包络的信号通过经验模态分解筛分出频率最高的闪变包络信号；S7、对每个IMF波动信号进行HHT变换；S8、对多个闪变电压进行频谱分析，获得包含多个频率成分的短时闪变严重程度，这种测量方法，能够准确测量出含有多个频率成分的闪变电压的短时闪变严重程度。 1

主权项

1.一种风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、测量风力发电机组的输出端，得到电压和电流的时间序列；

S2、对电压和电流的时间序列，在没有其他波动源的虚拟电网中模拟电压波动；

S3、通过平方器对虚拟电网的输出信号进行平方；

S4、通过Nuttall窗函数对平方后的输出信号进行截断；

S5、利用FFT对Nuttall窗函数截断后的信号中高于35Hz的频率分量进行滤波，获得只包含直流分量和低频闪变包络的信号；

S6、对只包含直流分量和低频闪变包络的信号通过经验模态分解EMD减去过零点波动的方法筛分出频率最高的闪变包络信号，获得频率由高到底依次排列的多个IMF波动信号；

S7、对每个IMF波动信号进行HHT变换，得到多个闪变电压；

S8、对多个闪变电压进行频谱分析，获得包含多个频率成分的闪变电压的短时闪变严重程度。

2.如权利要求1所述的风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，所述步骤S2中的虚拟电网由理想电压源u₀(t)、电流源、电感和电阻串联组成，风力发电机组用电流源表示，i_m(t)为线电流瞬时值，其中模拟电压的瞬时值u_fic为：

式(1)中R_fic为虚拟电网的电阻，L_fic为虚拟电网的电感；

理想电压源u₀(t)应满足理想电压的如下特性：理想电压不应有任何波动，且电压闪变为零；u₀(t)应与测量电压的基波具有相同的电气角α_m(t)；

为满足以上条件u₀(t)定义为：

式(2)中，u_n为电网额定电压的有效值，测量电压的基波的电气角α_m(t)为：

式(3)中，f(t)为电网频率，随时间变化；t为开始记录的起始时间；α₀为t＝0时的电气角；

机组电压和电流时间序列通过虚拟电网，得到电压波动完全来自于风力发电机组的模拟电压的瞬时值u_fic。

3.如权利要求1所述的风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，所述步骤S4中Nuttall窗函数的时域表达式为：

式(4)中M为四项最小旁瓣Nuttall窗的项数，b_m需满足式(5)

使用四项最小旁瓣Nuttall窗对u²(t)进行截断，即时间域相乘，频率域卷积，得到z(t)

z(t)＝u_fic²W_N(n)                (6)

对四项最小旁瓣Nuttall窗截断后的信号z(t)进行傅里叶变换，得到其频谱F(ω)

式(7)中在频率域去掉F(ω)的大于35Hz高频分量，得到F₁(ω)，对F₁(ω)求傅里叶逆变换得到只包含直流和低频闪变包络的信号z₁(t)

式(8)中z₁(t)仅包含直流分量和闪变包络。

4.如权利要求1所述的风力发电机组电压闪变的测量方法，其特征在于，所述步骤S6中所述经验模态分解EMD通过减去过零点波动的方法筛分出频率最高的成分，依照此方法，IMF根据频率从高到低依次排列，每个IMF代表了信号包含的一个波动，EMD过程如下：

1)令只包含直流和低频闪变包络的信号z₁(t)＝x(t)，找到信号x(t)的极值点，使用三次样条差值的方法得到信号的上包络v₁(t)和下包络v(t)；

2)均值包络m(t)可以按照式(9)得到：

m(t)＝[v₁(t)+v(t)]/2                      (9)

3)由式(10)得到h₁(t)：

h₁(t)＝x(t)‑m(t)                         (10)

4)如果由式(10)得到的h₁(t)不满足分量终止条件，则将h₁(t)迭代为新的x(t)，重复1)、2)和3)步，直到h₁(t)满足分解终止条件时，迭代停止，此时得到的一个IMF记为c₁(t)，均值包络m(t)和减去均值包络m(t)之后的信号h(t)继续按照式(11)迭代：

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